resistencia materiales

CIENCIA DE LOS MATERIALES I
Laboratorio
2013-III

Información complementaria N° 1

Transformaciones de fase
Definiciones:
• Microestructura
Las propiedades mecánicas y físicas de un material dependen
de su microestructura. Esta puede consistir en una “simple”
estructura de granos iguales en un metal o cerámica pura, o en
una mezcla más compleja de distintas fases.
Estructura degranos de
Cu puro

Aleación de Al-Cu con
precipitados de CuAl2

Transformaciones de fase
• Fase
Porción homogénea de un sistema que tiene características
físicas y químicas uniformes: un material puro, un sólido, un
líquido o un gas se consideran fases. Si una sustancia sólida,
puede existir en dos o más formas (por ejemplo, puede tener
tanto la estructura CCCa como la CCCu), cada una deestas
estructuras es una fase diferente.
• Componente
Un elemento y/o un compuesto que forma parte de una
aleación.

Transformaciones de fase
+

=

Solidificación de un metal puro (preliminares)

T

Curva de
equilibrio en el
enfriamiento
para el Al a
1 atm.

V1

V2

Sólido

Líquido

(temperatura)

Gaseoso

Del estado gaseoso al cristalino

t (tiempo)Solidificación de un metal puro (preliminares)
Del estado gaseoso al cristalino
El metal gasificado dentro de un recinto, corresponde al modelo
cinético de un conjunto de átomos con movimiento browniano
(los átomos se mueven desordenados, la gravedad no influye en sus
movimientos y las colisiones entre ellos siguen las leyes de
conservación de la cantidad de movimiento y de la energía).

TempTg1 : velocidad media de átomos V1 más frecuente en la
distribución.
Temp Tg2 : menor dispersión en la velocidad y menor Energía
Cinética Ec (ya que la temperatura es menor → V2 es menor, los

átomos tienen menor recorrido medio).

Al bajar T, se llega al límite en que las fuerzas de atracción
(producidas por la tendencia al enlace metálico → formar red espacial)

empiezan a equilibrar elefecto repulsivo de la energía cinética
(manifestada por choques con las paredes del recipiente y de unos
átomos con otros).

Solidificación de un metal puro (preliminares)
Del estado gaseoso al cristalino (cont.)
El metal pasa del estado gaseoso al estado líquido (para el Al a
2450 ºC a 1 atm) cuando las fuerzas de atracción neutralizan en
parte las de repulsión. Hay una incesanteformación de enlaces
y ruptura de los mismos.
A menor T, la duración de las agrupaciones es permanente y
similares al del estado sólido (el líquido presenta cierta estructura
cristalina -vibración de partículas alrededor de posiciones de
equilibrio-).

Los átomos se desplazan a corta distancia; y el movimiento
térmico de cada uno está constituido por vibraciones de
frecuencia media definida;pero de dirección y amplitud
continuamente cambiantes.

Solidificación de un metal puro (preliminares)
Del estado gaseoso al cristalino (cont.)
Por debajo de cierta T (para el Al a 660 ºC), el metal líquido pasa
a sólido, en forma de granos cristalinos constituidos (cada uno
de ellos por átomos que vibran con centro en los nudos de la red
cristalina típica de cada metal).

Ya en el estadosólido (cristalino), disminuye aún más la T y con
ello la amplitud de vibración, los átomos se aproximan entre sí
hasta alcanzar un nuevo equilibrio entre las fuerzas de
atracción (enlace metálico) y las de repulsión (suma de la energía
de vibración y del rechazo electrostático entre las cargas positivas de
los núcleos).

Las distancia de equilibrio entre los átomos en el interior de
cadagrano del sólido cristalino puede aumentar si se
proporciona energía al metal, al calentarlo, o disminuir si se le
sustrae energía al metal.

Solidificación de los metales líquidos
Mecanismos de solidificación
Esencialmente, todas las transformaciones de
fase y particularmente la solidificación, ocurren
en dos etapas:
1. Formación de núcleos o nucleación y
2. Crecimiento de núcleos...