ALEACIONES.

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO

Definición de aleación:

Mezcla homogénea de dos o más elementos químicos. La aleación posee carácter metálicometálico y al menos uno de sus componentes debe ser un metal.

El metal presente en mayor proporción se le llama metal metal basebase o disolventedisolvente y los restantes elementos aleantesaleantes o solutossolutos.

Ventajas e inconvenientes de las aleaciones:

Ventajas: Más facilidad para colarse en moldes. Mayor dureza y resistencia a la tracción. Mayor resistencia al roce y la corrosión. Menor temperatura de fusión que uno de sus componentes. Mejor aspecto exterior. Más económicas que, al menos, uno de los componentes.

Inconvenientes: Su conductividad térmica y eléctrica es menor. Son menos maleables y dúctiles.

Componentes de una aleación:

Elementos químicos que intervienen en su formación. Se simbolizan por su símbolo o genéricamente con letras mayúsculas: A, B…

Ejemplos: aleación Fe-C

aleación Cu-Ni

Composición de una aleación:

% en peso de sus componentes:

CA=(mA/maleación)x100 CB=(mB/maleación)x100 …

CA+ CB+….=100%

Fases:

Se denominan fasesfases de un sistema material cada parte homogénea de un sistema físicamente diferenciable de los demás.

La representación gráfica de las fases presentes en un material para diferentes temperaturas, presiones y composiciones se denomina diagrama de equilibriodiagrama de equilibrio o de fasesde fases.

Así, una sustancia pura como el agua, según las condiciones de presión y temperatura a las que se encuentre sometida, puede presentarse en tres fases diferentes: sólida, líquida y gaseosa.

En las aleaciones las fases pueden ser disoluciones líquidas (L) o disoluciones sólidas (simbolizadas por letras griegas: α,β,γ…)

Diagrama de Fases:

La representación gráfica de las fases presentes en un material para diferentes temperaturas, presiones y composiciones se denomina diagrama de diagrama de equilibrioequilibrio o de fasesde fases.

Los diagramas de fases se obtienen en condiciones de equilibrio, en el transcurso de enfriamientos muy lentos; es decir, a una determinada presión y a partir de una temperatura elevada se enfría el material muy lentamente, de tal forma que se encuentre en equilibrio a lo largo de todo el proceso, y se van anotando las temperaturas a las cuales se producen los cambios de fase.

Diagrama de Fases:

Diagrama de Fases:

Línea de líquidus: línea que separa la fase líquida del resto del diagrama. Por encima de esta línea todas las aleaciones estarán en estado líquido.

Línea de sólidus: por debajo de ella todas las aleaciones se encuentran en estado sólido.

Líquidus (TL): temperatura a la cual el líquido empieza a solidificar bajo las condiciones de equilibrio.

Sólidus (TS): temperatura por debajo de la cual todas las aleaciones se encuentran en estado sólido..

Elementos que caracterizan un sistema en equilibrio:

El nº de componentes. El nº de fases que pueden coexistir. El nº de grados de libertad.

El nº de grados de libertad viene dado por el nº de variables o de factores independientes que caracterizan las condiciones de equilibrio. Estas variables son: presión, temperatura y concentración.

Regla de Gibbs:

J.W. Gibbs, a partir de estudios termodinámicos, desarrolló una ecuación que permite relacionar al número de componentes, la cantidad de fases y el número de grados de libertad que pueden coexistir en equilibrio dentro de un sistema material. A esta ecuación se la conoce como regla de Gibbs y se representa por:

F + N = C + 2

F= Nº de fases que pueden coexistir.N= grados de libertadC=nº de componentes del sistema

Aplicación de la Regla de Gibbs:

Aplicamos la regla de Gibbs: En el punto triple del diagrama:

Coexisten tres fases en equilibrio: sólido, líquido y vapor.

El nº de componentes es uno (agua). Los grado de libertad serán:

F + N = C + 2 3 + N = 1 + 2 N = 0Podemos sacar que ninguna

de las variables P-T se puede modificar. Así pues, el punto triple es un punto invariante.

En cualquier punto de la línea de solidificación, coexisten dos fases (sólido y líquido). Si aplicamos la regla de Gibbs:

F + N = C + 2 2 + N = 1 + 2 N = 1

Como consecuencia, una de las variables (P o T) puede cambiar manteniendo un sistema donde coexisten dos fases.

Regla de la horizontal:En el punto “c” la aleación se

encuentra en un estado bifásico en el que coexisten un sólido y un líquido. En esta zona se puede determinar su composición química mediante la llamada regla de la horizontal.regla de la horizontal.

Se traza una recta isoterma a la temperatura correspondiente al punto “c” y en sus puntos de corte con la línea de líquidus y sólidus (cs y cL), se construyen rectas perpendiculares verticales; los puntos de intersección de estas últimas con el eje de abcisas indican la composición de ambas fases.

cLA=42% cLB=58%

cSA=80% cSB=20%

Regla de la palanca:En un punto situado en la zona bifásica, por ejemplo el punto “B”, tenemos:

CL= composición de la fase líquida de A Cα= composición de la fase sólida de A C0= composición de A

Si queremos calcular las cantidades de sólido y de líquido (porcentajes de fase sólida “WS” y líquida “WL”) que existe en una aleación [A:B] debemos aplicar la ley de conservación de materia con su expresión de regla de palanca:

WL+ WS=1

WL·R= WS·S Siendo:

R= C0- CL

S= Cα- C0 A)

Estudio de solidificación en aleaciones de solubilidad total en estados sólido y líquido.

Estudio de solidificación en aleaciones de solubilidad total en estado líquido e insolubilidad en estado sólido.

Estudio de solidificación en aleaciones de solubilidad total en estado líquido y solubilidad parcial en estado sólido.