Apunte 06 Estructura Polifasica De Los Metales Y Diagrama De Fases

UNIVERSIDAD DEL BÍO BÍO
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE MECANICA

Apunte 6
Profesor
Asignatura

31.10.2006

UBB DIMEC Materiales

: Estructura Polifásica en metales y Diagramas de Fases
: Federico Grossmann.
: Materiales.

Estructuras polifásicas en metales
•

Bajo condiciones de equilibrio
Diagrama de fases

•

Bajo condiciones de no-equilibrio
Reacciones de precipitación

Los metalespuros y las soluciones sólidas son útiles, pero las estructuras
metálicas de mayor resistencia, dureza y resistencia al desgaste, están compuestas
por dos o más fases en una dispersión bien controlada.
Esta micro estructura, generalmente no la encontramos en la pieza fundida o
lingote original. Esta se forma a través de un cuidadoso proceso controlado que
involucra Trabajado en Caliente yTratamientos Térmicos.
Ejemplo: Aleación Al 2014
% Alarg.
Aleación Al 2014
Recocida
Aleación Al 2014
fortalecida con Trat. Térmico

UBB DIMEC Materiales

σ fluencia

conv 0.2 %

Resistencia a la
Tracción

18

980 Kg/cm2

1900 Kg/cm2

13

4220 Kg/cm2

4920 Kg/cm2

SOLUCIONES SÓLIDAS
La cantidad de soluto que el solvente puede disolver es generalmente función
de la temperatura ( a P = Cte.) y suele aumentarcon el incremento de la Tº. Una
solución sólida puede estar:
•
•
•

No Saturada.
Saturada (Línea Solvus)
Sobresaturada.

Solución Sólida Sobresaturada
Si disuelve mas soluto del que debiera en condiciones de equilibrio, esta
condición se puede conseguir por:
•
•

Enfriamiento rápido de la solución.
Agitación.

La condición de sobresaturación es inestable, si se da un tiempo suficiente o un
poco deenergía, la solución tenderá a estabilizarse o saturarse mediante el rechazo o
la precipitación del exceso de soluto.
Precipitación
Formación de una nueva fase como resultado de una Sobresaturación de la
fase inicial, producida por un cambio de temperatura. Ocurre principalmente en las
fronteras de grano de una solución sólida sobresaturada.
La Sobresaturación es lo que permite endurecer lasaleaciones no
ferrosas (algunas). Si la línea Solvus fuera vertical, las aleaciones no se podrían
endurecer. Esta transformación involucra un cambio de Composición Química (CQ).

UBB DIMEC Materiales

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES
1. METAL PURO

2. ALEACIONES
2.1 ALEACIONES BINARIAS
Conocida la Composición Química (CQ) y la temperatura (T º) de una aleación
binaria determinada mediante diagramas,en condiciones de equilibrio, es posible
predecir en cualquier punto del diagrama:
•
•
•

El número de fases presentes.
La composición química de las fases, y
El porcentaje relativo de cada una de ellas.

Estos diagramas se emplean para una presión P = P atmosférica = Constante.
•
•
•
•

Fases Líquidas
Fases Sólidas
Punto Eutéctico: TE – CE
Líneas ( Liquidus, Solidus, Solvus )

3. Diagramas
3.1Sistema de Solubilidad Total
Aleaciones

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Cu - Ni
Ag – Au

Diagrama de fases

Cu – Ni

Figura Diagrama de fases Cu – Ni
• Cu y Ni tienen una solubilidad líquida y sólida completa.
Las soluciones sólidas de Cu y Ni funden más bien en un rango de Tº que a una Tº
fija, como los metales puros.
3.2 Sistema de Solubilidad Parcial o Sistema Eutéctico.
En estas aleaciones, los metalesson parcialmente solubles al estado sólido en
un rango de Composición Química y presentan un diagrama eutéctico.

Figura :
Propiedades
mecánicas de las
aleaciones CobreNíquel. El cobre es
endurecido con un
60 % de Ni y el
níquel con un 40 %
de Cu.

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Aleaciones

Cu – Ag
Al – Si
Pb – Sn

Las propiedades mecánicas ( Resistencia ) en estas aleaciones son máximas
para lacomposición química eutéctica ( CQ = CQEutecica )

•
Figura : Modificación en la estructura de una aleación Cu – 40 % Ni durante la
solidificación en equilibrio. Los átomos de Níquel y de cobre deben difundir durante el
enfriamiento para poder satisfacer el diagrama de fases y producir una estructura de
equilibrio uniforme.

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Diagrama de fases Al – Si

Figura : (a) Diagrama de fases...