Diagramas de fases
Aleación es una “mezcla” de un metal con otros
metales o no metales.
Componentes son los elementos químicos que forman
la aleación
Una aleación
componentes
binaria
está
formada
por
dos
Una aleación se describe comenzando por los
elementos que la componen y su concentración % en
peso (Wt %) % atómico (At %)
Diagramas de Equilibrio de las Fases
Para estudiar las aleaciones
Aleación es una “mezcla” de un metal con otros metales o no metales.
•Fase: son las partes de una aleación con la misma composición e
iguales propiedades físicas químicas.
•Para describir completamente una aleación es necesario conocer:
Fases presentes
Fracción en peso de cada fase
Composición de cada fase
•Equilibrio es la condición del sistema en el que no se manifiesta ninguna
tendencia al cambio.
•Variables de estado . Variables independientes de las cuales depende el
estado del sistema. Temperatura, presión y composición
Un diagrama de equilibrio o más
comúnmente llamado diagrama de fases
es un diagrama Temperatura vs.
Composición el cual muestra las fases
presentes en condiciones de equilibrio.
Sistemas binarios característicos
• Solubles en estado líquido y en estado
sólido
• Solubles en estado líquido e insolubles
en estado sólido
• Solubles en estado líquido y
parcialmente solubles en estado sólido
• Sistemas que forman compuestos
intermetálicos
Ag
Estructura FCC
Temp fusión= 960ºC
R at.= 1.65Å
Au
Estructura FCC
Temp fusión= 1064ºC
R at.= 1.74Å
Au (puro)
Temp
1064ºC
940ºC
Temp. constante
tiempo
Ag (pura)
Au
Ag
Estructura FCC
T fusión= 960
R at.= 1.65Å
Estructura FCC
T fusión= 1064
R at.= 1.74Å
Ag25Au75
Temp
Ag75Au25
1064ºC
Au
940ºC
Estructura F
T fusión= 10
R at.= 1.74Å
Au (puro)
tiempo
Ag (pura)
Ag
Estructura FCC
T fusión= 960
R at.= 1.65Å
Ag50Au50
50% y 50%
(AgAu)
Temperatura
Curva de enfriamiento de un elemento puro en
función del tiempo
Cuando
comienza
a
solidificar la temperatura
se mantiene constante.
Líquido
Líquido y sólido
Sólido
Tiempo
Temperatura
Curva de enfriamiento para una sustancia que posee
dos componentes o elementos y una dada
composición
Líquido
Líquido y sólido
Sólido
Tiempo
A
diferencia
del
caso
anterior el líquido y el sólido
coexisten no solo a una
temperatura sino que a un
rango
Curva de enfriamiento para una sustancia que posee dos
componentes o elementos para diferentes composiciones el
elemento puro A tiene menor temperatura de fusión que el
elemento B
Elemento B puro curva
tiene un plato
Elemento A puro curva tiene
un plato
Temp
Diagrama Temperatura-Composición
A
0% B
B
50% B
100% B
Cqca? =22%B
Solución Sólida
Liquidus: por encima de esta curva (temperatura)
todo está líquido
n
o
Temp
m
Solidus: por encima de esta curva (temperatura)
todo está sólido
Cqca?
22%B
CQcasol ~10%B
A
0% B
CQcasol
~20%B
CQcaLiq
~35%B
CQcaLiq
~60%B
50% B
B
100% B
Primera región solidificada
Liquidus
C3
C1
C2
T em p
C4
C5
Solidus
C1 C2 C3 C4 C5
A
Borde de grano.
Última región solidificada
Solución Sólida
%Sól 
no
100  40%
mo
T em p
m
n
o
%Líq 
mn
100  60%
mo
¿Cuál es la proporción de fase sólida y de
fase líquida que hay?
Rta: Regla de la Palanca.
Se aplica entre dos fases.
A
B
REGLAS DE HUME-ROTHERY
Para obtener una solución sólida total
Las reglas de Hume-Rothery representan un conjunto de
condiciones que deben cumplir las soluciones sólidas
metálicas, para que tenga lugar la miscibilidad total entre las distintos
componentes. Dichas reglas establecen que:
1.
2.
La diferencia entre los radios atómicos debe ser inferior al 15 por
100.
La electronegatividad (capacidad del átomo para atraer un electrón)
debe ser similar.
3. Los dos metales deben poseer la misma estructura cristalina.
Si no se cumple una o más de las reglas de Hume-Rothery, sólo es
posible obtener solubilidad parcial
A
B
Temp
Cu 90 Ni 10
Cu 30 Ni 70
Al82% Si18%
Temp
Eutéctico


%
%
Matriz = ¿ ó ?
Dispersión = ¿ ó ?
A
B
Temp
Eutéctico


%
%
% Sol. Sól  % Eutéctico
+ 
A
B
Matriz = ¿ ó ?
Dispersión = ¿ ó ?
Temp
Eutéctico


~10% de 
A
B
Pb Sn plomo estaño
Compuesto intermetálico

Temp
Líquido
Peritéctico puro
Solución Sólida
 + líquido

 + Liq
+

A
B


Líquido
Temp

Peritéctico puro
Solución Sólida



A
B
Peritéctico incompleto
Exceso de Sólido
Temp




A

B
Temp

Peritéctico puro
Cambio Alotrópico



A
Curvas de cambio alotrópico
B
Temp

Peritéctico puro
Intermetálico

AnBm

A
B
AnBm
Temp
Peritéctico + Eutéctico

P
E
A + AnBm
A
AnBm + B
AnBm
B
Tiempo
Temp
líquido
d + Líq
d
+d
+d

E’

+
A
B
Temp


P’
E’
A + AnBm
A
AnBm + B
B
Diagrama CuZn
Cu70%
Zn30%
Cu55%
Zn45 %
Cu 80 Sn 20
1535°C
Diagrama Metaestable Fe-Fe3C
d
Líquido
P

Diag. Estable
Fe-C
1130°C
 + Fe3C
768°C

721°C
 + Fe3C
E’
Fe
0.023 0.8
2
4.25
Fe3C
d
1535°C
d
L íq u
P

1130°C
 + F e 3C
721°C

E’
Fe
0 .0 2 3
0 .8
 + F e 3C
2
4
S. Sól.
1 1 3 0 °C

 + F e 3C
7 2 1 °C

E’
Fe
0 .0 2 3
0 .8
Eutect.
Fe3C

 + F e 3C
2
4 .2 5
1535°C
d
L íq u
P

1130°C
 + F e 3C
721°C

E’
Fe
0 .0 2 3
0 .8
 + F e 3C
2
4
1535°C
d
Líquido
P

1130°C
 + Fe3C
768°C

721°C
 + Fe3C
E’
Fe
0.023 0.8
2
4.25
Fe3C
Ledeburita
Dispersión: 
Matriz: Fe3C
Dispersión:
Perlita
Ledeburita Transformada
Perlita ( + Fe3C)

Fe3C
Diagrama Metaestable Fe-Fe3C
Componentes
o Elementos
Fases
Constituyentes
Diagrama Metaestable Fe-Fe3C
Fe
Componentes
o Elementos:
C
Fe
Fases:

d

Fe3C
6,66% C
d

 + Fe3C

Fe
 + Fe3C
Fe3C
Diagrama Metaestable Fe-Fe3C
Constituyentes:
(nos dan una idea
de cómo estan
entremezcladas
las fases; causa
de las propiedades
mecánicas)

d
Const.
Monofásicos

Fe3C
Perlita (+Fe3C)
Ledeburita (+Fe3C)
Ledeburita (+Fe3C)
Transformada
Const.
Bifásicos
1535°C
d
Líquido
P

1130°C
 + Led.
Led. + Fe3C (1°)
+ Fe3C 2°
 + Fe3C
 + Fe3C 2°
768°C

 + Per
721°C
Per. + Fe3C 2°
Per. + Led.
Led. T. + Fe3C
+ Fe3C 2°
Aceros
 + Fe3C
Fe
0.023
0.8
2
Fundiciones
4.25
Fe3C
Soluciones Sólidas
•De nucleación y crecimiento
Metales puros
Eutécticos
Estructuras
Metalográficas
•De tipo eutécticas
Eutectoides
•Compuestos intermetálicos
•Martensíticas (2° parte de la materia)
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