View
228
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
1/22
T
ema8.Aleacione
s
Ciencia e Ingeniera de Materiales D.E.Q.
Tema 8. Aleaciones
8.2.
8.3.
8.4.
8.1. Introduccin
Composicin y constitucin de las aleaciones
Soluciones slidas. Disolvente y soluto
Tipos de soluciones slidas
8.5. Densidad terica de las soluciones slidas
8.6. Soluciones slidas ordenadas. Superredes
8.7. Compuestos intermetlicos. Fases Intermedias
8.8. Estructuras defectivas
8.9. Insolubilidad
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
2/22
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
Objetivos
Saber porqu los metales forman aleaciones
Conocer la solubilidad de un material en otro y losdistintos tipos de soluciones slidas
Saber determinar la densidad de distintas soluciones slidas.
Iniciar en el concepto de compuesto intermetlico y de faseintermedia.
Tema 8. Aleaciones
T
ema8.Aleacione
s
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
3/22
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
8.1. Introduccin
T
ema8.Aleacione
s
su uso slo tienen interscuando es fundamentalaprovechar algunapropiedad especfica
Metales nativos
Edad del bronce
Metales puros
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
4/22
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
Aleaciones
8.1. Introduccin
T
ema8.Aleacione
s
para conseguir mejorar algunas propiedades de los metales comodureza, resistencia mecnica y a la corrosin, entre otras
Una aleacin se define como el resultado de adicionar a un metal tomosextraos de otros elementos, metlicos o no metlicos, siempre que el
conjunto conserve sus propiedades metlicas.
Aleacin. Definicin
http://images.google.es/imgres?imgurl=http://www.aviacion.cl/images/airbus340.jpg&imgrefurl=http://www.aviacion.cl/ninos.htm&h=1816&w=1972&sz=1339&tbnid=nDr9jIbCWsa-sM:&tbnh=138&tbnw=150&prev=/images?q=fotos+de+aviones&um=1&start=1&sa=X&oi=images&ct=image&cd=1http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/imagenes/fotos/para01.jpghttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/indice2e.htm7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
5/22
8.2. Composicin y constitucin de las aleaciones
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
Constituyentes de una aleacin
Son el menor nmero de sustancias decomposicin variable independiente.
Metal puroCompuestos
qumicosCompuestos
intermetlicosSoluciones
slidas
Formacin de una solucin lquida
formada por dos componentes: agua y
alcohol.
Diagrama de fases en equilibrio PT,
para sistemas de un componente
Estructura cristalina FCC
T
ema8.Aleacione
s
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
6/22
8.2. Composicin y constitucin de las aleaciones
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
sB
A
% B
M
Composicin de una aleacin
Diagrama de fases de dos componentes
Compuesto qumico, cloruro sdico
(NaCl)
Compuesto intermetlico
Latn-(Cu-Zn)
Solucin slida
B
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
7/22
8.3. Soluciones slidas. Disolvente y soluto
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Si los dos componentes cristalizan en el mismosistema cristalino, es el componente dentro de lasolucin slida que se encuentra en menorconcentracin
Si los dos componentes cristalizan en el mismosistema cristalino, es el componente dentro de lasolucin slida que se encuentra en mayorconcentracin.
Si los dos componentes cristalizan en distintossistemas cristalinos se considera disolvente el queconserva su red cristalina aunque est en menorproporcin.
Soluto
Disolvente
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
8/22
8.4. Tipos de soluciones slidas
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Solucin sl ida de susti tucinque se produce
cuando los tomos de soluto se alojan en nudos
de la red cristalina sustituyendo a los tomos
del disolvente
Solucin sli da de insercinque se producen cuando
los tomos de soluto se alojan los intersticios de la red
del disolvente
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
9/22
8.4. Tipos de soluciones slidas
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Soluciones slidas de sustitucin
Leyes de Hume-Rothery
1. Dimensiones relativas de los tomos: la diferencia entre los radios atmicosde los elementos no debe ser mayor del 15%
Tamaos atmicos de algunos tomos e iones en nm
Distorsiones en la red debido a las
diferencias significativas de dimetros
atmicos entre soluto y disolvente
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
10/22
8.4. Tipos de soluciones slidas
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Soluciones slidas de sustitucin
Leyes de Hume-Rothery
2. Factor electroqumico. No debe haber diferencias apreciables en laelectronegatividad
Valores de electronegatividad de los elementos
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
11/22
8.4. Tipos de soluciones slidas
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Soluciones slidas de sustitucin
Leyes de Hume-Rothery3. La estructura cristalinade los dos elementos debe ser la misma.
Celdas unitarias de las principales estructuras cristalinas metlicas (a) cbica centrada en el cuerpo (BCC),
(b) cbica centrada en las caras (FCC) y (c) hexagonal compacta (HCP)
(a) (b) (c)
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
12/22
8.4. Tipos de soluciones slidas
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Soluciones slidas de sustitucin
Leyes de Hume-Rothery
Solucin slida de nquel en cobre. Se trata de
una solucin sli da susti tucionalen la que los
tomos de cobre han sido sustituidos por tomos
de nquel en sus posiciones de la red fcc.
4. La valencia debe ser la misma
Igual disuelve a igual
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
13/22
8.4. Tipos de soluciones slidas
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Soluciones slidas de insercin
Solucin slida intersticial de
carbono en hierro-. En el Fe-
el radio del mayor hueco
intersticial es de slo 0.036 nm.
Solucin slida intersticial de carbono en hierro-
FCC justo por encima de 912 C. Obsrvese la
distorsin de los tomos de hierro (0.129 nm) entorno a los tomos de carbono (0.075 nm),
colocados en los huecos de 0.053 nm de radio
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
14/22
8.4. Tipos de soluciones slidas
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Soluciones slidas de insercin
Relacin entre los dimetros de soluto y disolvente
FCC cuando el soluto se sita en el centro del cubo
Sistema fcc cuando el soluto se sita en el centro del cubo considerando la
seccin del cristal por un plano
= 0,41
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
15/22
8.4. Tipos de soluciones slidas
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Soluciones slidas de insercin
Relacin entre los dimetros de soluto y disolvente
FCC con solutos suficientemente pequeos para que se siten en lasdiagonales del cubo (a del vrtice)
Sistema fcc cuando el soluto se sita en lasdiagonales del cubo a del vrtice en el
punto D
4Ra=
2
= 0,226
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
16/22
8.4. Tipos de soluciones slidas
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Soluciones slidas de insercin
Relacin entre los dimetros de soluto y disolvente
Sistema BBCSistema bcc: los mayoresintersticios se forman enel punto B, siendo BC=1/4a. Si se coloca en el puntoM el intersticio es todavamenor
4Ra=
3
Punto B
= 0,29
Punto M
= 0,15
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
17/22
8.5. Densidad terica de las disoluciones slidas
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
nret*Matretsss= NA*Vcu
(nreticulares*Mat.ret) + (ninsertados*Mat.ins. )
ssi = NA*Vcu
n- nmero de tomos de la c.u.
Matmica: masa atmica promedio
NA= Nmero de Avogadro
Vcu- Volumen de la c.u.
Soluciones slidas de sustitucin
Soluciones slidas de insercin
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
18/22
8.6. Soluciones slidas ordenadas. Superredes
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Solucin slida ordenada o superred del tipo AB, correspondiente a una aleacin con un 50% de
tomos A y 50% de tomos de B. Cada clase de tomos ocupa una posicin definida en la red, que
se repite en todos los cristales. El conjunto puede considerarse formado por la superposicin de
dos redes una formada por los tomos del soluto y la otra por los tomos del disolvente.
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
19/22
8.6. Soluciones slidas ordenadas. Superredes
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
T
ema8.Aleacione
s
Estructura BCC del CuZn, tipoAB, en el que uno de los tomos, elZn se sita en el centro del cubomientras que el Cu se sita en losvrtices. La relacin Cu/Zn=1 Ej.CuBe, CuPd, AgMg.
Estructura FCC del AuCu, tipo
AB, en el que uno de los tomos,el Au se sita en el centro de lascaras laterales y el Cu ocupa elresto de las posiciones. En ellahay planos formadosexclusivamente por tomos deAu, separados por otros queestn formados por tomos deCu.
Estructura FCC del AuCu3, tipo AB3, correspondiente a una aleacin con el 25%de tomos de A (Au) y 75% de tomos de B(Cu). Los tomos de Au ocupan losvrtices de cubo y los de Cu los centros de las caras.
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
20/22
8.7. Compuestos intermetlicos. Fases intermedias
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
Tema8.Aleacione
s
Compuestos electrnicos
Compuestos intersticiales
Compuestos de frmula general AB2yel radio de A es aproximadamente el20% superior al del B. MgZn2, MgCu2,
MgNi2.
Se forman entre metales de transicin como Ti, Ta, W, Cr y Fe con tomos de H, O, C, By N cuando estos ltimos se disponen en todos los intersticios posibles de la estructura delmetal.
Se forma entre metal
univalente y un metal devalencia superior. Larelacin n valencia/ntomos = valor determinado.
Compuestos como CuZn, AuMg, AgMg,
FeAl, son compuestos intermetlicos detipo electrnico con una red similar a ladel Ni3Al.
Cementita (Fe3C)
Fases de Llaves
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
21/22
8.8. Estructuras defectivas
Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.
Tema8.Aleacione
s
Cuando en una red de una solucin slida o de un compuesto existen nudosvacantes
Solucin slida sustitucional de Al2O3enMgO. El requisito de neutralidad de carga enel compuesto global slo permite que se sitendos iones Al+3por cada tres iones Mg2+,quedando una vacante de Mg2+
7/23/2019 Tema 8. Aleaciones
22/22
8.9. Insolubilidad
Ci i I i d l M t i l D E Q
Tema8.Aleacione
s
Factores que influyen en la formacin de soluciones slidas le son adversos.
Ej. Al-Pb, B-C, Pb-Fe
Si se adiciona a un metal base en estado de fusin pequeas cantidades de otrometal que es insoluble si las densidades son prximas se forma una emulsin quecuando solidifica lo hace de forma que la aleacin est constituida por partculasglobulares de uno de los metales distribuidas homogneamente en la matriz del
otro.Disminucin del rozamiento
Favorece la maquinabilidad: facilidad con la que los metales pueden sermecanizados por arranque de viruta.
Partculasinsolubles
Recommended