Soluciones Solidas y Equilibrio de Fases Final

7/24/2019 Soluciones Solidas y Equilibrio de Fases Final

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CIENCIA DEMATERIALES I

SOLUCIONES SLIDAS YEQUILIBRIO DE FASES


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La resistencia de un material uede ser me!"radamediante#

$% Endurecimient" "r el tama&" de 'ran"s%(% Tra)a!" en *r+" " endurecimient" "r de*"rmaci,n%-% F"rmaci,n de art+culas e.ue&as de se'undas *ases%/% Adici"nes de cantidades e.ue&as de element"s%

Cuand" se adici"nan cantidades e.ue&as deelement"s0 se ")tiene un material s,lid" s"luci,ns,lida%

Una s"luci,n s,lida c"ntiene d"s " m1s element"sdi*erentes disersad"s en *"rma 2"m"'3nea 4uni*"rme en t"d" el material%

Al c"ntr"lar la c"m"sici,n de un materia0 l"'ram"s

maniulas las r"iedades de las s"luci"nes s,lidas


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Las r"iedades mec1nicas 5 *+sicas de un materialdeenden de su micr"estructura%

Esta micr"estructura uede ser simle0 si est1 *"rmada"r 'ran"s de un s"l" element"0 "r e!eml" un metalur"%

O uede ser c"mle!a si est1 c"n*"rmada "r la me6cla edistintas *ases c"m" en una aleaci,n%

Fuente#2tts#77al"!amient"s%u8a%es7'uia9d"cente7ul"ads7(:$$7/-;7/$


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REGLA DE LAS FASES="dem"s descri)ir una relaci,n entre el n?mer" dec"m"nentes0 el n?mer" de *ases en un sistema 5 las

c"ndici"nes .ue ueden 8ariar @"r e!eml"# resi,n0temeratura0 "tr"s%

Regla de las Fases

"sia2 illard Gibbs

2+ C= F+ P de *ases @2ases

de 'rad"s de li)ertad @*reed"m "n?mer" de 8aria)les @tem%0resi,n0 c"m"sici,n%

de c"m"nentes .u+micamenteindeendientes @element"s di*erentes.ue se ueden 8ariar de manera

Se ermite .ue laresi,n 5 latemeratura

8ar+en

El (O es unsistema de un s"l"

c"m"nente

Las c"ncentraci"nes

de 5 O n" ueden8ariarse


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REGLA DE LAS FASES

PRESIN

TEMPERATURA (C)

rama de *ases unari" @C$ ara el ma'ensi"%Dia'rama =GT " resi,n 4 temeratura%

T F!si"#a $ a%&

T Eb!lli'i"#a $ a%&

S!bli&a'i"#


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REGLA DE LAS FASES

PRESIN

TEMPERATURA (C)

2+ C= F+ Prama de *ases unari" @C$ ara el ma'ensi"%Dia'rama =GT " resi,n 4 temeratura%

E# el !#% A*C $ @s"l" ma'nesi"F HH= $ @s"l" l+.uid"

2 + $ = F + $

F = 2

Se necesita !ar (8aria)les indeendientes#resi,n 5 temeratura0

ara denir eJactamente


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REGLA DE LAS FASES

PRESIN

TEMPERATURA (C)


E# el !#% *C $ @s"l" ma'nesi"F HH= ( @l+.uid" 5 s,lid"

2 + $ = F + 2

F = $

Si se !a la resi,n0 eldia'rama de *ases indicala temeratura ara .ue

c"eJistan el s,lid" 5 ell+.uid"% O 8ice8ersa si se


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REGLA DE LAS FASES

PRESIN

TEMPERATURA (C)


E# el !#% ,*C $ @s"l" ma'nesi"F HH= - @s,lid"0 li.uid"0 8a

2 + $ = F + -

F = .

N" 2a5 'rad"s deli)ertad% Las - *asesc"eJisten s,l" si se !an

la temeratura 5 laresi,n%


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REGLA DE LAS FASES

2+ C= F+ P

Diagrama presin-temperatura carbono


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REGLA DE LAS FASES

2+ C= F+ PDiagrama de fases (en equilibrio)

P T para el hierro puro


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Si "r e!eml"0 la resi,n se mantiene c"nstante

@en 'eneral a $ atm,s*era 5 se ")tiene un

dia'rama temeratura 4 c"m"sici,n0 la re'lade *ases estar1 dada "r#

P + F = C + $


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Cuand" se me6clan di8ers"s c"m"nentes "

materiales0 "r e!eml"0 cuand" se a're'anelement"s aleantes " de aleaci,n a un metal0 se

ueden *"rmar s"luci"nes s,lidas " l+.uidas%

S0LUILIDAD 1 S0LUCI0NES SLIDAS


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Sl!'i"#

s"lida

N" es una me6cla% L"s c"m"nentes se disuel8en

c"mletamente entre s+% L"s c"m"nentes n" mantienen sus

caracter+sticas indi8iduales% EJisten ( ti"s # Sustituci"nal El 1t"m" "

i"n del s"lut"0 "cua el lu'ar de l"s 1t"m"s" i"nes del s"l8ente% Intersticial El1t"m" " i"n del s"lut" "cua un esaci"intersticial de la celda unitaria del s"l8ente%

Me'la

C"ntiene m1s de un ti" de *ase% Las caracter+sticas de cada *ase se

mantienen cuand" se *"rma la me6cla% Sus c"m"nentes se ueden searar "r

medi"s *+sic"s% E!%# Si me6clam"s 8irutas

de Fe 5 "l8"0 tenem"s una me6cla .ueuede ser searada c"n un im1n%


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Sl!bili

dadILIMITADA

El a'ua es una *ase

5 el alc"2"l es unase'unda *ase% Al8erter el a'ua en elalc"2"l 5 se a'ita0se tiene una s"la

*ase%El a'ua 5 el alc"2"l s"n s"lu)les entre s+ 5 tienen s"lu)ilidadilimitada% Est" es# sin im"rtar la cantidad de a'ua 5 alc"2"l.ue se me6clen0 se r"ducir1 una ?nica *ase%

Si se s"lidica 5 en*r+a una aleaci,n l+.uidaCuGNi a Tem% am)iente0 se r"duce unas"la *ase s,lida% Dentr" de esta *ase s,lida0la estructura0 r"iedades 5 c"m"sici,ns"n uni*"rmes 5 n" eJiste una inter*a6 entrel"s 1t"m"s de Cu 5 de Ni%


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Sl!bili

dadILIMITADA

C0NDICI0NES PARA LA S0LUILIDAD SLIDA ILIMITADA

Las c"ndici"nes ara .ue element"s ten'an s"lu)ilidads,lida ilimitada0 s"n c"n"cidas c"m" las re'las de 3!&e4R%5e/6#

$% Fact"r de tama&"% L"s 1t"m"s " i"nes de)en ser detama&" similir0 c"n n" m1s del $K de di*erencia en elradi" at,mic"%

(% Estructura cristalina% L"s materiales de)en "seer la

misma estructura cristalina%-% alencia% L"s i"nes de)en tener la misma 8alencia0 sin"0 la di*erencia de 8alencia *"mentar1 la *"rmaci,n dec"muest"s 5 n" de s"luci"nes%

/% Electr"ne'ati8idad% L"s 1t"m"s de)en tener

ar"Jimadamente la misma electr"ne'ati8idad%


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Sl!bili

dadLIMITADA

a S"lu)ilidad ilimitada ) s"lu)ilidad limitada c

ins"lu)ilidad t"tal

Cuand" seadici"na una

cantidad e.ue&ade sal a un 8as"de a'ua 5 sea'ita0 la sal sedisuel8e *"rmand"una s"la *ase%

Si se adici"na demasiada sal al a'ua0 se tendr1n ( *ases# unade a'ua saturada c"n sal 5 "tra del eJces" de sal%

La sal tiene s"lu)ilidad limitada en el a'ua%


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Sl!bili

dadLIMITADA

Si se adici"na una cantidad e.ue&a de n l+.uid"al Cu l+.uid"0 se r"duce una s"la s"luci,n l+.uida%

Al en*riarse 5 s"lidi*carse0 esta s"luci,n de CuGn0tiene una estructura FCC @c"n sus 1t"m"s en las"sici"nes n"rmales%

Si la s"luci,n l+.uida c"ntiene

m1s de alreded"r del -: den0 una arte de l"s 1t"m"s den en eJces" se c"m)inan c"nuna arte de l"s 1t"m"s de Cuara *"rmar un c"muest" deCun%C"eJisten ( *ases s,lidas#Una s"luci,n s,lida de c")resaturad" c"n -: de n 5 "tra*"rmand" un c"muest" deCun%

La s"lu)ilidad de n en Cu

a El Cu l+.uid" 5 el Ni l+.uid" s"ns"lu)les "r c"mlet" entre s+% )Aleaci"nes s,lidas CuGNi tienens"lu)ilidad s,lida c"mleta% cAleaci"nes de CuGn c"n m1s de -:


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Sl!bili

dadLIMITADA

La s"lu)ilidad de n en Cu es limitada% A ma5"r temeratura aumenta la

s"lu)ilidad%

S"lu)ilidad de n en Cu% La l+nea s,lida reresenta el l+mite des"lu)ilidad0 cuand" se adici"na n en eJces"0 se eJcede el l+mite


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Sl!bili

dadLIMITADA

La s"lu)ilidad de l"s 1t"m"s intersticiales

siemre es limitada0 5a .ue s"n muc2" m1se.ue&"s .ue l"s 1t"m"s del element"antri,n0 incumliend" la rimera c"ndici,nde umeGR"t2er5%


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ENDURECIMIENT0 P0R S0LUCINSLIDAUn" de l"s e*ect"s m1s im"rtantes al ")tener

s"luci"nes s,lidas0 es el endurecimient" @aument" dela resistencia .ue ueden lle'ar a tener l"s materialesmet1lic"s%

Imediment" deldesli6amient" de las

disl"caci"nes%

El 'rad" de endurecimient" "r s"luci,n s,lida deendede ( *act"res#

A ma5"r di*erencia en el tama&" at,mic" entre el1t"m" "ri'inal @antri,n 5 el 1t"m" adici"nad"

@in8itad" aumenta el endurecimient" @se 2ace m1sdi*+cil el desli6amient" de disl"caci"nes%

A ma5"r cantidad del element" de aleaci,n0 ma5"rser1 el endurecimient"%

a5 .ue t"mar en cuenta .ue eJiste un l+mite de


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ENDURECIMIENT0 P0R S0LUCINSLIDA

E*ect"s de 8ari"s element"s

de aleaci,ns")re laresistencia a la uencia delc")re% L"s 1t"m"s den+.uel 5 6inc s"n casi delmism" tama&" .ue l"s1t"m"s de c")re0 er" l"s1t"m"s de )erili" 5 esta&"s"n mu5 distint"s de l"s1t"m"s del c")re% Elincrement" de la di*erenciaen el tama&" at,mic" 5 la

cantidad del element" dealeaci,n aumenta elendurecimient" "r s"luci,ns,lida%

te# Ciencia e In'enier+a de Materiales% AsPeland0 D% (:$(


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C,m" a*ecta a las

r"iedades de unmetal HH

Aumenta la resistencia del material%

Si c"maram"s las r"iedadesde# resistencia a la uencia0resistencia a la tensi,n 5 la dure6aentre#&a%e/ial

!/

Ma%e/ial alead alea'i"# (/

sl!'i"# s"lida)

7

s

E*ect" de adici"nar n al Cu s")re lasr"iedades de la aleaci,n endurecida "r


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C,m" a*ecta a las

r"iedades de unmetal HH

Aumenta la resistencia del material%

Casi siemre la ductilidad de la aleaci,n es men"r .ue ladel metal ur"% La aleaci,n de CuGn es una eJceci,n%

La c"nducti8idad el3ctrica de la aleaci,n es muc2" men"r.ue la del metal ur"%

La resistencia a temeraturas ele8adas s"n me!"radas "rel endurecimient" "r s"luci,n s,lida%


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DIAGRAMA DE FASES

Muestra las *ases 5 la c"m"sici,n de estas *ases acual.uier temeratura 5 de c"m"sici,n de laaleaci,n%

Si la aleaci,n est1 c"nstituida s"l" "r ( element"s0 se")tiene un dia'rama de *ases )inari"%

Cuand" l"s c"m"nentes de una s"luci,n s,lidaresentan s"lu)ilidad ilimitada este dia'rama esden"minad" dia'rama de *ases is"m"r*"%

=ara sistemas c"n tres c"m"nentes0 el dia'rama de*ases se den"mina terciari"%

# es%s diag/a&as se !sa#ls %8/&i#s*

INTR0DUCCIN

Te&e/a%!/a deli9!id!s

Temeratura s")re la cual unmaterial es l+.uid" "r c"mlet"%

Te&e/a%!/a de

slid!s

Temeratura )a!" la cual un

material es s,lid" "r c"mlet"%


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C!/7a Li9!id!sDa la temeratura li.uidus ara l"s di*erentesc"m"sici"nes%

C!/7a Slid!sDa la temeratura s"lidus ara l"s di*erentesc"m"sici"nes%

I#%e/7al de

slidi:'a'i"#

Di*erencia de temeratura entre el li.uidus 5

s"lidus ara una c"m"sici,n determinada%Lasaleaci"nes se*unden 5 ses"lidican en

un inter8al"detemeraturas%


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C"& de&s sabe/ 9!8;ases %e#e&s e# !#a

alea'i"#

P/ 9!8 es i&/%a#%esabe/ 9!8 ;ase s"lida

/ese#%a !# &a%e/ial < UILIRI0


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LIDIFICACIN C0N E>UILIRI0

=ara alcan6ar una estructura en e.uili)ri"0 la raide6 deen*riamient" de)e ser )astante )a!a " lenta ara dar eltiem" suciete ara .ue l"s 1t"m"s aleantes sedi*undan%

Sin em)ar'"0 el cas" de en*riamient" lent" n" siemrese da en la industria0 c"n l" cual se r"duce una

LIDIFICACIN SIN E>UILIRI0


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LIDIFICACIN SIN E>UILIRI0

Cuand" el en*riamient" es mu5 r1id"0 n" se r"duce ladi*usi,n .ue de)er+a darse de l"s 1t"m"s0 es decir0 n"

se lle'a a tener una estructura en .uili)ri"0 sin" .ue se*"rman ciertas estructuras sin e.uili)ri"%


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Sistema CuGNi 5 sureresentaci,n en la

e8"luci,n demicr"estructuras

durante las"lidicaci,n *uera del


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Sistema CuGNi 5 sureresentaci,n en la

e8"luci,n demicr"estructuras

durante la

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