Soluciones sólidas y equilibrio de fases

Fases y diagrama de fases

n Los elementos metálicos puros tienen aplicaciones técnicas;

n Ej.; Cu o Al de pureza ultra alta se usan para fabricar circuitos microelectrónicos.

n Sin embargo la mayoría de las aplicaciones se usan aleaciones

n Un acero al carbón es una aleación de hierro (Fe) y el carbono (C).

n Los aceros inoxidables, son aleaciones que suelen tener Fe, C, Cr y Ni.

n Hay aleaciones monofásicas y aleaciones polifásicos.

n Fase se define como toda porción que puede incluir a la totalidad de un sistema, que es físicamente homogénea dentro de sí misma y limitada por una superficie, de tal modo que sea mecánicamente separable de cualquier otra porción.

Una fase tiene las siguientes característicasn 1.- Tiene la misma estructura o arreglo

atómico en su interiorn 2.-Aproximadamente, tienen la misma

composición y propiedades en su interior.n 3.-tienen interfaz definida entre ésta y las

fases que lo rodean o está, adjuntas

Arreglo de fases

n Gibbs desarrolló la reglas de fases.n Describe la relación entre la cantidad de

componentes y la cantidad de fases para determinado sistema y las condiciones que pueden cambiarse, por ej. Temperatura y presión.

n

2 + C = F + P Cuando T y P varían

n C es la cantidad de componentes químicamente independientes.

n F es la cantidad de grados de libertad o cantidad de variables( temperaturas, presión o composición)

n P es la cantidad de fases. Nótese que las fases no necesariamente son la fase gaseosa, líquida o sólida

Ej. Magnesio puro

n Punto A 2 + C =F + 1 F = 2n Se puede cambiar la presión o la

temperatura o ambas y estar en la parte líquida.

n Punto B 2 + 1 =F + 2 F = 1n Se se cambia la presión también se debe

ajustar la temperatura.n Punto C 2 + 1 =F + 3 F = 0n Solo si la presión y las temperatura están

fijosn Punto triple

Solubilidad y soluciones sólidas

n Con frecuencia es bueno conocer cuánto de cada material o componente se puede combinar sin producir una fase adicional.

n Es decir estamos interesados en la solubilidad de un material en otro

Solubilidad ilimitadan Independiente de la relación entre el

solvente y el soluto solo se produce una fase.

n Una solución sólida no es una mezcla.

Una mezcla contiene más de una clase de fase cuyas características se mantienen

Solubilidad ilimitada

Sistemas poliméricos

n Se pueden formar materiales lla mados copolímeros formados por distintos monómeros.

n Ej. Acrilonitrilo, butadieno y estireno.n Co polímero ABS

Condiciones para una solubilidad ilimitadan 1.- Factor tamaño: diferencia de radios no

mayor que un 15%n 2.-Estructura cristalina.n 3.-valencian 4.-Electronegatividad

Endurecimiento por solución sólida

n Generado por la formación de solución sólida.

n Causa mayor resistencia al movimiento de dislocaciones.

n El latón Zn-Cu es mas resistente que el Cu.

n Au-Ag

Grado de reforzamiento por soluciones sólidas n Depende de dos factoresn 1.-Una gran diferencia en el radio atómico

entre el disolvente (anfitrión) y el soluto(huesped) aumenta el efecto de reforzamiento

n 2.- La mayor cantidad de elemento de aleación que se agregue producirá un mayor defecto de reforzamiento.

n Una aleación de Cu-Ni 20% es mas resistente que Cu-Ni10%

Efectos de reforzamiento

n 1.- Son mayores las resistencia de cedencia, resistencia a la tensión y dureza.

n 2.-La ductibilidad es inferiorn 3.-la conductibidad es menorn 4.-La perdida de resistencia a

temperaturas elevadas mejoran con el reforzamiento

Diagrama de fases isomorfos

n Un diagrama de fase muestra las fases y sus composiciones en cualquier temperatura y composición en una aleación.

n Cuando en un material solo existen dos componentes se puede hacer un diagrama binario de fases

Temperaturas liquidus o de líquido

n Temperatura sobre la cual el material se encuentra líquido.

n Temperatura solidus o de sólido, es aquella debajo de la cual existe solo sólido.

n Intervalo de solidificación, coexisten dos fases liquido y sólido

Relación entre las propiedades y el diagrama de fases

Solidificación de aleaciones de solución sólida