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• Stalin Suarez

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DIAGRAMA DE FASE TIPO 2: DOS METALES SOLUBLES EN EL ESTADO LÍQUIDO Y COMPLETAMENTE INSOLUBLE EN EL ESTADO SÓLIDO.

Este diagrama está formado por 4 áreas; el área que se encuentra por arriba de la línea de líquidos es una solución liquida homogénea de una sola fase, las áreas restantes son de dos fases. Cada área de dos fases sobre un diagrama debe estar limitado a lo largo de una línea horizontal por fases simples. Dónde:

TA: Temperatura de fusión del metal puro A TB: Temperatura de fusión del metal puro B TE: Temperatura Eutéctica E: Es el punto eutéctico *: Composición eutéctica

EJEMPLO:

El siguiente gráfico es un sistema de transformación eutéctica cobre-plata.

Figura 7-4. Diagrama de fases Cu-Ag

Todas las aleaciones se funden o se solidifican en un intervalo de temperatura a excepción de la aleación de composición eutéctica que se funde a temperatura constante y a la menor temperatura posible. Sistema de aleación binaria eutéctica: Muchos ementos presentan aleaciones de componentes que presentan solubilidad solida limitada de un elemento en otros. En los sistemas binarios euteticos simples existe una mezcla de dos componentes con punto de fusión mínimo, inferior al correspondiente a cada uno de los componentes en estado puro. Esto ocurre en mezclas que poseen alta estabilidad en estado líquido (se comporta como un material puro.), cuyos componentes son insolubles en estado sólido. Es práctica común considerar las aleaciones a la izquierda de la composición eutéctica como hipoeutéctica y la de la derecha como hipereutéctica. Problema. Considere el diagrama que se meuestra en la figura 7-4. Realice un análisis de fases de una aleación de 70% en peso de cobre y 30% en peso de plata a las temperaturas: Solucion a 800

a) a 779⸰+ΔT

b) 779⸰+ΔT

DIAGRAMA DE FASE TIPO 3: DOS METALES SOLUBLES EN EL ESTADO LÍQUIDO Y PARCIALMENTE SOLUBLE EN EL ESTADO SÓLIDO

Como la mayoría de los metales muestran alguna solubilidad de uno con otro en el estado sólido, este tipo es el más común y por lo tanto el más importante diagrama de aleación.

-

TA=Temperatura de fusión Metal A

-

TB=Temperatura de fusión Metal B

-

TE=Temperatura Eutéctico de la Composición E=Punto Eutéctico

-

TA - E -TB= Línea Liquidus

-

TA – F – E – G - TB= Línea Solidus

-

TA – F

-

F – C Línea Solvus TB–G y G - H

Línea Liquidus: Corresponde al líquido, indica donde comienza a solidificarse (todo por encima es liquido) Línea Solidus: Cuando el material puede obtener partículas sólidas y liquidas a una mezcla que solo contenga una solución Solida (todo por debajo será material solido) Línea solvus: Hace referencia a la máxima solubilidad que se puede tener en un material con respecto a otro

DIAGRAMA DE FASE TIPO 4: CAMBIO DE FASE ISOTERMICAMENTE: Isotérmico: Es un proceso a temperatura constante.

La fase intermedia de fusión congruente. Cuando una fase cambia en otra isotérmicamente (a temperatura constante) y sin ninguna modificación en composición química se dice que es un cambio de fase congruente. La fase congruente se representa con el diagrama como una línea vertical y se la indica con la formula química del compuesto. Ejemplo:

En forma literal marque el diagrama completamente y ponga nombres a los puntos, líneas y áreas. Escriba las ecuaciones específicas que se producen en la aleación.

Linea solidus: TA-C-J-H-I-K-D-TB

Línea solus:

E-C-TA F-D-TB

DIAGRAMA DE FASE TIPO 5: REACCION PERITECTICA En la reacción peritéctica un líquido y un sólido reaccionan isotérmicamente para formar un nuevo sólido al enfriarse. El nuevo sólido debe ser una fase intermedia como se ilustra en la siguiente figura.

La fase es una solución solida de niquel en el hierro BCC, mientras que la fase es una solucion DIAGRAMA DE PARCIALMENTE

FASE TIPO 6:

DOS LIQUIDOS

SOLUBLES EN EL ESTADO LÍQUIDO (Reacción Monotéctica)

En todos los tipos anteriores se supuso que había solubilidad completa en el estado líquido, sin embargo es posible que sobre cierto intervalo de composición se formen dos soluciones líquidas no miscibles entre sí. Ec. General de la reacción Monotectica Enfriamiento L1

L2+S Calentamiento

Un ejemplo de un sistema de aleación que muestra una reacción monotéctica es el sistema: Cobre (Co) – Plomo (Pb).

R. Monotéctica

R. Eutéctica

Enfriamiento

Enfriamiento

L

A + L2 Calentamiento

L2

A+B

Calentamiento

DIAGRAMA DE FASE TIPO 7: DOS METALES INSOLUBLES EN EL ESTADO LÍQUIDO Y SÓLIDO Un sistema de aleación más próximo al de este tipo es aquel entre el aluminio y plomo. Esta condición corresponde a un caso límite de la relación Monotéctica y la eutéctica.

Punto Eutéctico

Punto Monotéctico

R. Monotectica

R. Eutéctica

Enfriamiento L

Enfriamiento S + L2 A + L2

Calentamiento

L1

S1+S2 A+B

Calentamiento

DIAGRAMA DE FASE TIPO 8: REACCION EUTECTOIDE (Alotropía) Diversos metales pueden existir en más de un tipo de estructura cristalina. Estos son ejemplos de metales que poseen esta propiedad conocida como alotropía: Fe (Hierro), Sn (Estaño), Mn (Manganeso), Co (Cobalto). Esta es una reacción común en el estado sólido muy semejante a la reacción eutéctica pero no incluye el líquido. En este caso una fase sólida se transforma al enfriarse en dos fases sólidas nuevas. R. Eutectoide Enfriamiento S1

S2+S3

Calentamiento

R. Monotéctica

R. Eutéctica Enfriamiento

Enfriamiento

L

Calentamiento

DIAGRAMA DE FASE TIPO 9: REACCION PERITECTOIDE Es una reacción en el estado sólido muy semejante a la peritéctica. En este caso dos fases solidas al enfriarse forman un tercer sólido.

Enfriamiento

Ec. Peritectoide S1+S2

S3 Calentamiento

R. Peritéctoide

R. Eutéctica

Enfriamiento

Enfriamiento

Calentamiento

Calentamiento

DIAGRAMAS COMPLEJOS “REALES” Para proceder a determinar los nombres de las diversas superficies de un diagrama es necesario recordar que las áreas de dos fases deben estar limitadas por fases únicas de cualquier lado de la línea horizontal “trazado imaginariamente” y marcar primero las áreas unifásicas. Reacciones estandarizados de un diagrama de equilibrio

DIAGRAMA DE FASE Fe – C El hierro es un constituyente especial de las aleaciones más importantes de la ingeniería. En forma casi pura como hierro dulce, se lo utiliza para alcantarillas, materiales para techos y conductos, partes de máquinas, etc. La temperatura a que tienen los cambios alotrópicos en el hierro está influenciada por los elementos de aleación de los cuales el más importante es el hierro carbono, y en el hierro carburo de hierro.

MICROESTRUCTURAS DEL DIAGRAMA FE-C a) Austenita (γ). También conocida como Hierro Gamma, tiene estructura cristalina FCC, Máximo Contenido de carbono 2.14 % wt, Resistencia Tensil 150000 PSI, Dureza 40 HRC, Alargamiento en 2” 10%

Figura 1-7. Microestructura de la austenita a 325x. (Callister y Rethwisch, 2014, p.334).

b) Ferrita (α). También conocida como Hierro Alfa, tiene estructura cristalina BCC, máximo contenido de carbono 0.022% wt, resistencia tensil 40000 PSI, dureza 90 HB, alargamiento en 2” 40 %.

Figura 1-8. Microestructura de la ferrita. (Elaborado por: Espín. S.)

c) Perlita. Es la mezcla eutectoide α + Fe3C, tiene un contenido de carbono de 1.76 %wt, resistencia tensil 120000 PSI, dureza 20 HRC, Alargamiento en 2” 20 %.

Figura 1-9. Perlita a 200x, tomada con microscopio electrónico de barrido de un acero al carbono UNS G10800. (ASM Hand Book, 2004, Volumen 9, p. 1447)

EJEMPLO Un Acero contiene 95% de ferrita y 5% de cementita ¿Cuál es el contenido del carbono del acero?

Cementit a (Fe3C)

AceroAcero hipoeutectoidehipereutectoide

Aceros