3er Informe - Diagrama de Fases

8/18/2019 3er Informe - Diagrama de Fases

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FISICOQÚIMICA

[TERMODINÁMICA DE GASES]

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1. INTRODUCCIÓN

El concepto de sistema heterogéneo implica el concepto de fase. Fase estoda porción de un sistema con la misma estructura o arreglo atómico, conaproximadamente la misma composición y propiedades en todo el

material que la constituye y con una inter fase denida con toda otra faseecina. !uede tener uno ó arios componentes. "e#e diferenciarse delconcepto de componente, que se reere al tipo de material que puededistinguirse de otro por su naturale$a de sustancia qu%mica diferente. !ore&emplo, una solución es un sistema homogéneo 'una sola fase( pero sinem#argo est) constituida por al menos dos componentes. !or otro lado,una sustancia pura 'un solo componente( puede aparecer en dos de susestados f%sicos en determinadas condiciones y as% identicarse dos fasescon diferente organi$ación atómica y propiedades cada una y con unaclara supercie de separación entre ellas 'inter fase(. *os equili#rios entre

fases pueden corresponder a los m)s ariados tipos de sistemasheterogéneos+ un l%quido en equili#rio con su apor, una solución saturadaen equili#rio con el soluto en exceso, dos l%quidos parcialmente solu#les eluno en el otro, dos sólidos totalmente solu#les en equili#rio con su fasefundida, dos sólidos parcialmente solu#les en equili#rio con un compuestoformado entre ellos, etc. El o#&etio es descri#ir completamente elsistema.

El comportamiento de estos sistemas en equili#rio se estudia por mediode gr)cos que se conocen como diagramas de fase+ se o#tienengracando en función de aria#les como presión, temperatura ycomposición y el sistema en equili#rio queda denido para cada punto 'losgr)cos de cam#io de estado f%sico ó de presión de apor de una soluciónde dos l%quidos son e&emplos de diagramas de fases(. *a mayor%a de losdiagramas de fase han sido construidos segn condiciones de equili#rio'condiciones de enfriamiento lento(, siendo utili$adas por ingenieros ycient%cos para entender y predecir muchos aspectos del comportamientode materiales.

- partir de los diagramas de fase se puede o#tener información como+

• onocer que fases est)n presentes a diferentes composiciones ytemperaturas #a&o condiciones de enfriamiento lento 'equili#rio(.

• -eriguar la solu#ilidad, en el estado sólido y en el equili#rio, de unelemento 'o compuesto( en otro

• "eterminar la temperatura en la cual una aleación enfriada #a&ocondiciones de equili#rio comien$a a solidicar y la temperatura a lacual ocurre la solidicación.

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• onocer la temperatura a la cual comien$an a fundirse diferentesfases.

*os equili#rios de fase y sus respectios diagramas de fase en sistemasmulticomponentes tienen aplicaciones importantes en qu%mica, geolog%a y

ciencia de los materiales. *a ciencia de materiales estudia la estructura,propiedades y aplicaciones de los materiales cient%cos y tecnológicos.

2. OBJETIVOS

• onocer cómo construir un diagrama de fases, el punto eutéctico, curade sólidos, l%quidos, etc.

• 0ra$ar el diagrama de equili#rio del sistema !lomo Esta2o a partir decomposiciones diferentes en peso. e utili$ara el método del an)lisistérmico.

• 4#tener las curas de enfriamiento de cierta me$cla de los doscomponentes. *os datos para dichas curas se o#tienen de&ando enfriarlentamente una me$cla fundida d composición conocida y registrandola temperatura a interalos regulares.

3. FUNDAMENTO TEORICO

5ran parte de la información acerca del control de la estructura de las

fases en un determinado sistema se presenta de manera simple y concisaen lo que se denomina un diagrama de fases, tam#ién denominadodiagrama de equilibrio. Existen tres par)metros controla#lesexternamente que afectan la estructura de las fases+ temperatura, presióny composición. *os diagramas de fases se construyen gracandodiferentes com#inaciones de estos par)metros.

Conceptos Bs!cos

• A"e#c!$n% Es una sustancia que tiene propiedades met)licas y est)constituido por dos o m)s elementos qu%micos, de los cuales por lomenos uno es metal. 6n sistema de aleación contiene todas lasaleaciones que pueden formarse por arios elementos com#inados entodas las proporciones posi#les. *as aleaciones pueden clasicarse deacuerdo a su estructura, en tanto que los sistemas de aleacióncompletos pueden clasicarse segn el tipo de su equili#rio o dediagrama de fase.

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• Co&ponente+ *os componentes son metales puros, compuestos oam#os, de los cuales se compone una aleación. !or e&emplo, en un latónu7n, los componentes son co#re y $inc.

• S!ste+ !uede hacer referencia a dos signicados. En primer lugar,

puede referirse a un cuerpo espec%co de material en estudio 'pore&emplo, una cuchara de acero fundido(. 4 #ien, puede referirse a unaserie de posi#les aleaciones de los mismos componentes, pero sinconsiderar la composición de la aleación 'por e&emplo, el sistema hierrocar#ono(.

• So"'to% omponente o elemento de una disolución presente en unacomposición menor. e disuele en el disolente.

• So"(ente% omponente o elemento de una disolución presente en una

composición mayor. El solente disuele al soluto.

• )*&!te +e so"',!"!+#+% Es la concentración m)xima de soluto que sepuede a2adir sin que se forme una nuea fase.

• D!so"'c!$n s$"!+#+ onsiste en )tomos de por lo menos dos tiposdiferentes, en donde los )tomos de soluto ocupan posicionessustitucionales o intersticiales en la red del disolente, conserando laestructura cristalina del disolente.

• F#se% Es una porción homogénea de un sistema que tienecaracter%sticas f%sicas y qu%micas uniformes. 0odo material puro es deuna fase 'monof)sico(, al igual que cualquier disolución sólida, l%quida ogaseosa. !or e&emplo, una disolución l%quida de a$car en agua es deuna sola fase. 6na disolución so#resaturada de a$car en agua tienedos fases+ a$car 'sólida( y la solución de a$car en agua 'l%quida(. 0am#ién, una sustancia puede existir en dos o m)s formas polimórcas'por e&emplo, si tiene estructuras c#ica de cuerpo centrada y c#ica decaras centrada(. ada una de estas estructuras es una fase separadaporque sus caracter%sticas f%sicas respectias son diferentes.

• Ene-*# )!,-e% Es una propiedad termodin)mica, función de la energ%ainterna de un sistema y su entrop%a 'aleatoriedad o desorden de los)tomos o moléculas del sistema(.

• S!ste en E/'!"!,-!o% 6n sistema se dice que est) en equili#rio si suenerg%a li#re es m%nima, para una com#inación espec%ca de presión,temperatura y composición. "esde el punto de ista macroscópico,

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signica que las caracter%sticas del sistema no cam#ian con el tiempo.Es decir, el sistema es esta#le. 6n cam#io de temperatura, presión y9ocomposición en un sistema en equili#rio, conducir) a un aumento en laenerg%a li#re y a un posi#le cam#io espont)neo a otro estado de menorenerg%a li#re.

• E/'!"!,-!o &et#est#,"e% En algunos sistemas sólidos, la elocidad a lacual se alcan$a el equili#rio 'estado de m%nima energ%a( es tan lenta queno siempre se logra en un tiempo ra$ona#le. En estos casos, y a losnes pr)cticos, el sistema logra un equili#rio :metaesta#le; que puedepersistir indenidamente, o #ien, experimentan cam#ios muy ligeros ocasi impercepti#les a medida que pasa el tiempo. 6n e&emplo deequili#rio metaesta#le es el diamante 'la forma esta#le es el grato(.

• M!c-oest-'ct'-#+ e reere a la estructura que se reela por

o#seración microscópica directa, por medio del microscopio óptico oelectrónico. 6na microestructura se caracteri$a por el nmero de fasespresentes, sus proporciones y la manera en que se distri#uyen. *amicroestructura de una aleación depende de+ elementos aleantespresentes, concentraciones, temperatura y tratamiento térmico de laaleación.

• D!#-# +e 0#ses+ El diagrama de fase es la representación gr)cadel estado de una aleación. i ar%a la composición de la aleación, sutemperatura, presión y el estado de la aleación tam#ién cam#ia, esto se

re


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en forma matem)tica por medio de la llamada regla de las fases oley de Gibbs. *a regla de las fases es la expresión matem)tica de lascondiciones de equili#rio del sistema, es decir, la ecuación de la reglade las fases indica la dependencia cuantitatia entre el nmero degrados de li#ertad del sistema c y el nmero de componentes > y de

fases f+

c 0 4 2

*a regla de las fases, como se di&o anteriormente, da la dependenciacuantitatia entre el grado de li#ertad del sistema y el nmero de fasesy componentes. *as pala#ras ?fase? y ?componente? se utili$an, alestudiar la regla de las fases, hay que denir estos conceptos de unmodo m)s exacto.

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5. MATERIA)ES 6 EQUI7OS

• 1 horno de la#oratorio a gas.

• 1 crisol de grato, car#uro de silicio o porcelana de =A ml de capacidad.

• 1 termómetro de 1A a 8/AB.

• 1 pin$a para su&etar el crisol, y cronómetro.• gr. de !# puro, ........gr. de n puro, y una #alan$a.

• 1 mechero de gas, 1 #agueta.

• 1 soporte uniersal y 1 pin$a para su&etar el termómetro.

• 1 lingotera.

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7ROCEDIMIENTO

1. !esamos las cantidades de!lomo '!#( y Esta2o 'n(requeridas para ela#orar laaleación de los metales.

2. -rmamos el equipo tal comose muestra en la imagen.

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3. olocamos le risol con eln y el !# dentro del horno.

5. !rendemos el echero y lo colocamos de#a&o del crisol y esperamos aque los metales se licuen.

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8. -gitamos la solución con la#agueta para homogenei$arla y apagamos le mechero, introducimos eltermómetro para medir la temperatura.

9. 6na e$ que la temperatura ha llegado a su punto m)ximo ycomien$a el descenso comen$amos a tomar mediciones de latemperatura a interalos de = segundos hasta que la soluciónhaya solidicado por completo.

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:. alentamos una e$ m)s hasta lograr retirar el termómetro yconseguir una solución l%quida.

;. Gertemos la solución mientras se encuentra l%quida en la lingoteraque ha sido preiamente calentada y conseguimos un lingote de

forma cónica.

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8. AN 7, 5=> 7,

TIEM7O

?s@TEM7ERATUR

A ?C@

TEM7ERATUR

A ?C@= 3@A 3DC8 3= 3D81= 3=D 3D/18 3== 3CC2= 3=A 3C=28 388 3=D3= 38A 3838 33D 3885= 33A 38A

58 3/@ 33@8= 3// 33/88 3/A 3/D9= 318 3/898 31A 31:= 3A 31@:8 3AC 31/;= 3A/ 3AD;8 3A/ 3AC= 3AA 3A@

8 /D 3A81== /D 3A/1=8 /= 3A111= // /118 /A /@12= /DD /8128 /D8 //13= /DA /DD138 /CC /D815= /C/ /DA

158 /CA /CC18= /@8 /C8188 /@/ /CA19= /=D /@C198 /=@ /@81:= /=/ /@A1:8 /8D /=D1;= /8= /=8

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1;8 /8/ /=/1= /3 /=A18 /3D /=A2== /3@ /8@2=8 /31 /88

21= //D /81218 //@ /322= //8 /3@228 //1 /3823= /1 /3/238 /1D /3A25= /1@ //D258 /13 //@28= /1/ //1288 /11 /1

29= /11 /1C298 /1A /1=2:= /A /132:8 /AD /132;= /AC /132;8 /A@ /132= /A8 /1328 /A/ /1/3== /AA /113=8 1D /11

31=1@ /1A

318 18 /A32= 1/ /AC328 1A /A@33= 1DD /A=338 1DC /A835= 1DC /A/358 1D8 /A138= 1D/ /AA388 1DA 1D39= 1C 1@398 1CC 1=3:= 1C@ 133:8 1C@ 1/3;= 1C@ 1A3;8 1C@ 1D3= 1C@ 1DC38 1C@ 1D@5== 1C@ 1D8

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5=8 1C= 1D351= 1C3 1D/518 1CA 1DA52= 1@@ 1CD528 1@3 1CC

53= 1@1 1CC

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9. CUESTIONARIO

:.1. A+'nt#- "os +#tos p-opo-c!on#+os po- e" p-o0eso-

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!!"#b $%"#b &&"#b &!"#b '&"#bT!e&p

o?s@

T?C@

T!e&po?s@

T?C@

T!e&po?s@

T?C@

T!e&po?s@

T?C@

T!e&po?s@

T?C@

A 3/ A 38 A 33A A 3AA A 33A

1A 3/@ 1A 38 1= 318 1A /= 1= 318

/A 3// /A 33 3A 3AA /A /D= 3A 3AA

3A 31C. 3A 33 8= /DC 3A /CC 8= /DC

8A 31/ 8A 3/ @A /C8 8A /C= @A /C8

=A 3A@ =A 31 C= /@/ =A /@ C= /@/@A 3A1 @A 31 A /=/ @A /@8 A /=/

CA /= CA 3A 1A= /8D CA /= 1A= /8D

DA /A DA 3A 1/A /8/ DA /== 1/A /8/

A /DC A 3A 13= /3C A /8 13= /3C

1AA /D= 1AA 3A 1=A /3A 1AA /88 1=A /3A

11A /C 11A 3A 1@= //= 11A /8A 1@= //=

1/A /CA 1/A 3A 1DA /1D 1/A /3@ 1DA /1D

13A /@/ 13A 3A 1= /1A 13A /3/ 1= /1A

18A /=C 18A / /1A /A8 18A //D /1A /A8

1=A /=/ 1=A /D //= 1@ 1=A //8 //= 1@

1@A /8C 1@A /C /8A 1A 1@A //A /8A 1A

1CA /8A 1CA /@ /== 1D8 1CA /1D /== 1D8

1DA /= /CA 1CD 1DA /18 /CA 1CD

1A /= /D= 1C/ 1A /1/ /D= 1C/

/AA /8 3AA 1@D /AA /1A 3AA 1@D

/1A /3 31= 1@= /1A /AC 31= 1@=

//A /3 33A 1@3 //A /A8. 33A 1@3

/3A // 38= 1=. /3A /A1 38= 1=.

/8A // 3@A 1=8. /8A 1 3@A 1=8.

/=A /1 3C= 1=A /=A 1@ 3C= 1=A

/@A /1 3A 18= /@A 13 3A 18=

/CA /1 8A= 181 /CA 1A 8A= 181

/DA /1 8/A 13C /DA 1DD 8/A 13C

/A /A 83= 133. /A 1D8 83= 133.

3AA /A 8=A 13A 3AA 1D/ 8=A 13A

31A 1 8@= 1/C 31A 1C 8@= 1/C3/A 1 8DA 1/8. 3/A 1CC 8DA 1/8.

33A 1D 8= 1/1. 33A 1C= 8= 1/1.

38A 1D =1A 11. 38A 1C1 =1A 11.

3=A 1D 3=A 1@ =/= 11=

3@A 1C 3@A 1@C =8A 11/

3CA 1C 3CA 1@= === 11A

3DA 1C 3DA 1@1

3A 1@ 3A 1@A

8AA 1@ 8AA 1@A81A 1@ 81A 1=.


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'%"#b (!"#b )!"#b *!"#b +!"#bT!e&p

o?s@

T?C@

T!e&po?s@

T?C@

T!e&po?s@

T?C@

T!e&po?s@

T?C@

T!e&po?s@

T?C@

A /= A 38A A /= A /D A /A

1A /A 1= 33= 1A /8 1A /C 1= /DD

/A /D 3A 3/D /A /8 /A /C 3A /D=

3A /D= 8= 31 3A /3 3A /@ 8= /C

8A /D/ @A 31A 8A /3 8A /= @A /C/

=A /CD C= 3A= =A // =A /= C= /@@A /C1 A /= @A // @A /= A /=A

CA /@8 1A= /DD CA // CA /8 1A= /8@

DA /= 1/A /DA DA /1 DA /3 1/A /3

A /=A 13= /C3 A /1 A /3 13= /38

1AA /8= 1=A /@@ 1AA /1 1AA /3 1=A //D

11A /3C 1@= /@A 11A /A 11A // 1@= ///

1/A /3A 1DA /== 1/A /A 1/A // 1DA /1@

13A //8 1= /8= 13A /A 13A // 1= /13

18A /1 /1A /8A 18A 1 18A /1 /1A /1A

1=A /1/ //= /3= 1=A 1 1=A /1 //= /AD

1@A /AD /8A /3A 1@A 1 1@A /1 /8A /A=

1CA /A3 /== //= 1CA 1D 1CA /A /== /A8

1DA 1 /CA /1 1DA 1D 1DA /A /CA /A3

1A 18 /D= /13 1A 1D 1A /A /D= /AA

/AA 13 3AA /AD /AA 1D /AA 1 3AA 1C

/1A 1A 31= /A= /1A 1C /1A 1 31= 1=

//A 1DC 33A /AA //A 1C //A 1 33A 11

/3A 1D8 38= 11 /3A 1C /3A 1D 38= 1DD

/8A 1DA 3@A 1D /8A 1C /8A 1D 3@A 1D=

/=A 1C 3C= 1DD /=A 1@ /=A 1D 3C= 1D1

/@A 1C@ 3A 1D= /@A 1@ /@A 1D 3A 1C

/CA 1C8 8A= 1DA /CA 1@ /CA 1D 8A= 1CD

/DA 1C/ 8/A 1CC /DA 1@ /DA 1D 8/A 1CD

/A 1C1 83= 1C= /A 1@ /A 1C 83= 1CC.

3AA 1C1 8=A 1C8 3AA 1@ 3AA 1C 8=A 1C=

31A 1C1 8@= 1C3 31A 1@ 31A 1C 8@= 1@D3/A 1C1 8DA 1C/ 3/A 1@ 3/A 1C 8DA 1@/

33A 1CA. 8= 1C1. 33A 1@ 33A 1C 8= 1=C

38A 1CA =1A 1C1 38A 1@ 38A 1C =1A 1=3

3=A 1@ =/= 1CA 3=A 1@ 3=A 1C =/= 18

3@A 1@C =8A 1@= 3@A 1@ 3@A 1C =8A 18=

3CA 1@3 === 1@1 3CA 1@ 3CA 1@ === 18/

3DA 1= =CA 1=C 3DA 1@ 3DA 1@ =CA 13

3A 1=@ =D= 1=3 3A 1@ 3A 1@ =D= 13C

8AA 1=/ @AA 18 8AA 1= 8AA 1@ @AA 13=81A 18 @1= 18@ 81A 1= 81A 1@ @1= 1/


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:.2. -#c#n+o "#s c'-(#s +e en0-!#&!ento

A =AA 1AAA 1=AA /AAA /=AA 3AAA

A

=A

1AA

1=A

/AA

/=A

3AA

3=A

8AA

C'-(#s +e en0-!#&!entoF=H !#

DDH !#

DAH !#

CDH !#

C=H !#

@AH !#

8AH !#

3AH !#

/AH !#

T!e&po ?s@

Te&pe-#t'-# ?AC@

:.3. -#c#n+o e" +!#-# +e 0#ses

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A 1A /A 3A 8A =A @A CA DA FA 1AA

A

=A

1AA

1=A

/AA

/=A

3AA

3=A

D!#.-# +e 0#ses 7, F Sn ?eGpe-!&ent#"@

Co&pos!c!$n ?>Sn@

Te&pe-#t'-# ?AC@

D!#-# +e 0#ses te$-!co

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:.5. Ap"!c#c!ones +e" 7,H Sn #"e#c!onesAp"!c#c!ones +e" p"o&o

El plomo es un metal pesado 'densidad relatia, o graedad espec%ca,de 11,8 a 1@(, de color a$uloso, que se empa2a para adquirir un color

gris mate. Es


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Ap"!c#c!ones +e" est#o

El esta2o se utili$a en el reestimiento de acero para protegerlo de lacorrosión. *a ho&alata, acero esta2ado, sigue siendo un materialimportante en la industria conseres y destino de aproximadamente la

mitad del esta2o met)lico producido en el mundo aunque est) siendodespla$ado por el aluminio. *a segunda aplicación en importancia es lasoldadura #landa de tu#er%as y circuitos eléctricos y electrónicos.

El esta2o tam#ién de#ido a su esta#ilidad y su falta de toxicidad seutili$a como recu#rimiento de metales+ recu#rimiento de hierro'ho&alata( para la industria conserera, lo que se hace por electrólisis oinmersión. Esto consume aproximadamente el 8AH del esta2o.

on los metales forma aleaciones+ #ronces 'co#reesta2o(, esta2o de

soldar '@8H esta2o, 3@H plomo, punto de fusión 1D1(, metal deimprenta 'hasta 1=H de esta2o( y para fa#ricar co&inetes '3AH esta2o,antimonio y co#re(. Es interesante la aleación de nio#ioesta2osuperconductora a muy #a&as temperaturas. Esto puede ser importanteen la construcción de imanes superconductores que generan fuer$asmuy grandes con poca potencia+ conectados a una peque2a #ater%a ycon un peso de pocos >g, generan campos magnéticos con una fuer$acompara#le a la de los electroimanes normales de 1AA toneladas y,adem)s, éstos ltimos tienen que estar conectados continuamente auna gran fuente de alimentación.

Entre los compuestos destaca el cloruro de esta2o 'II(, que se usa comoagente reductor y como mordiente de telas calicó.

El hidruro de esta2o 'IG( descompone por encima de los 1=A y formaun espe&o de esta2o en las paredes del recipiente.

*as sales de esta2o puleri$adas so#re idrio se utili$an para producircapas conductoras que se usan en paneles luminosos y calefacción decristales de coches.

!eque2as cantidades de esta2o en los alimentos enlatados no espeligroso. *os compuestos trialquil y triaril esta2o se usan como#iocidas y de#en mane&arse con cuidado. El hidruro de esta2o 'IG( esun gas enenoso.

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http://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/sinmarcos/elementos/fe.htmlhttp://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/sinmarcos/elementos/cu.htmlhttp://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/sinmarcos/elementos/pb.htmlhttp://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/sinmarcos/elementos/nb.htmlhttp://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/sinmarcos/elementos/cu.htmlhttp://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/sinmarcos/elementos/pb.htmlhttp://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/sinmarcos/elementos/nb.htmlhttp://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/sinmarcos/elementos/fe.html


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A"e#c!ones +e est#op"o&o p#-# so"+#+'-# ,"#n+#

uadro para la selección de aleaciones

*a gama incluye aleaciones con composiciones que an desde un @A Hesta2o a un 8A H plomo con una gama corta de temperaturas de fusióncomprendida entre 1D3 y 1A B, de termo


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*a "irectia /AAA9=39E relatia a los eh%culos al nal de su ida til,la "irectia /AA/9=9 so#re restricciones a la utili$ación dedeterminadas sustancias peligrosas en aparatos eléctricos yelectrónicos y la "irectia /AA/9@9 so#re residuos de aparatoseléctricos y electrónicos 'M-EE( proh%#en la utili$ación de determinadassustancias peligrosas, incluidos los materiales que contengan plomo.

*a utili$ación de plomo en los sistemas de agua pota#le se ha prohi#idoen Europa y en muchos pa%ses de todo el mundo.

!ese a tales consideraciones, un gran nmero de empresas continautili$ando metales de aportación con contenido de plomo.

e tendr)n en cuenta alternatias sin plomo, tales como las de N,CN y !8AN siempre que sea posi#le.

:.8. Ot-os &Kto+os eGpe-!&ent#"es p#-# "# const-'cc!$n +e

+!#-#s +e 0#ses

*os datos para construir diagramas de equili#rio o diagramas de fase sedeterminan experimentalmente por diersos métodos, entre los cualeslos m)s comunes son+

A@ An"!s!s TK-&!co%

Este es el método m)s usado, cuando se hace un diagrama detemperatura contra tiempo, a composición constante, la cura mostrar)

un cam#io de pendiente cuando ocurre un cam#io de fase. Este métodoparece ser me&or para determinar la temperatura de solidicacióninicial y nal.

Este método es el que se ha seguido en esta pr)ctica de la#oratorio,o#teniendo los datos correspondientes para la ela#oración deldiagrama de fases.

B@ MKto+os MKt#"o-cos%

Estos consisten en calentar muestras de una aleación a diferentestemperaturas, esperando que el equili#rio se esta#le$ca y entonces seenfr%an r)pidamente para retener su estructura de alta temperatura,entonces las muestras se anali$an al microscopio.

Es complicado aplicar este método a metales a altas temperaturas, yaque las muestras enfriadas r)pidamente no siempre retienen suestructura de alta temperatura.

/@ 3er Informe


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C@ D!0-#cc!$n +e R#os L%

Este método mide las dimensiones de la red, indicada la aparición deuna nuea fase, ya sea por el cam#io en las dimensiones de la red opor la aparición de una nuea estructura cristalina.

:.9. Desc-!pc!$n +e "os +!#-#s +e 0#ses

DIARAMA DE FASES DE UN SO)O COM7ONENTE

*os diagramas de fases de esta sección corresponden para unasustancia pura 'la composición se mantiene constante(. Esto signicaque las nicas aria#les de interés son la presión y la temperatura. !orello, estos diagramas se conocen como diagrama !0.

El diagrama !0 del agua se muestra en la Figura 1, donde se o#seranregiones para tres fases diferentes+ sólido, l%quido y apor. ada una delas fases existe en condiciones de equili#rio a traés de los interalospresióntemperatura de su )rea correspondiente.

ada una de las tres curas de este diagrama 'a4, #4 y c4( son l%mitesde fases. ualquier punto de estas curas representa un equili#rioentre las dos fases a cada lado. 0am#ién, al cru$ar una l%nea 'al ariarla presión o la temperatura(, una fase se transforma en otra. !ore&emplo, a una presión de 1 atm, durante el calentamiento, ocurrir) lafusión del hielo a AB y posteriormente la apori$ación del l%quido a1AAB 'punto / y 3 de la Figura 1, respectiamente(.

/C 3er Informe


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F!'-# 1. Diagrama de fases de #resi,-.Tem/era0ura /ara el agua1

CURVA DE ENFRIAMIENTO DE UN COM7ONENTE 7URO

El an)lisis térmico es el estudio de la ariación de temperatura queexperimenta un metal o aleación durante su calentamiento oenfriamiento. i se suministra calor a un material met)lico, ésteexperimentar) un aumento de temperatura. on cantidades de calorconstante por unidad de tiempo se tendr) una eleación continua detemperatura en el material, siempre que éste no experimentetransformación alguna. *a representación gr)ca de la ariación de latemperatura del material con el tiempo se denomina cura decalentamiento o cura de enfriamiento. 6n metal que no experimentatransformación alguna en el rango de temperaturas consideradas,

posee las curas de calentamiento y enfriamiento que se muestra en laFigura /.

F!'-# 2. Cur2a de

3ale-0amie-0o 4i5q6 y de e-friamie-0o 4der6 de u- sis0ema si- 3ambiode fases1

*as transformaciones de fases ocurren generalmente con a#sorción odesprendimiento de energ%a. i durante el enfriamiento de un metaléste pasa por una temperatura a la cual ocurre un cam#iomicroestructural, su cura de enfriamiento presentar) una in


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F!'-# 3. I5q1Cur2a dee-friamie-0o de u- me0al /uro1 I5q1 Se mues0ra la mese0a dura-0e la

solidi73a3i,-1 Der1 Sube-friamie-0o -e3esario /ara 3ome-5ar lasolidi73a3i,-1

En la pr)ctica suele necesitarse un peque2o su#enfriamiento paralograr el comien$o de la solidicación 'Figura 3(. 6na e$ comen$ada la

cristali$ación, la temperatura su#e hasta el alor que le corresponde yse mantiene constante durante toda la solidicación. *uego sigue elenfriamiento, ya en fase sólida.

DIARAMA DE FASES BINARIOS

*os diagramas de fases #inarios tienen sólo dos componentes. En ellosla presión se mantiene constante, generalmente a 1 atm. *ospar)metros aria#les son la temperatura y la composición. *osdiagramas de fases #inarios son mapas que representan las relaciones

entre temperatura, composición y cantidad de fases en equili#rio, lascuales in


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Figura

4. Parte del

diagrama de fases del sistema Cu-Ni ampliado en el punto B.

En el diagrama aparecen tres regiones o campos de fases. 6n campoalfa 'P(, un campo l%quido '*( y un campo #if)sico 'P Q *(. ada región

est) denida por la fase o fases existentes en el interalo detemperaturas y composiciones acotadas por los l%mites de fases.

El l%quido * es una disolución l%quida homogénea compuesta de co#re yn%quel. *a fase P es una disolución sólida sustitucional que consiste de)tomos de u y Ki, de estructura c#ica de caras centrada. -temperaturas inferiores a 1ADAB, el u y el Ki son mutuamentesolu#les en estado sólido para todas las composiciones, ra$ón por lacual el sistema se denomina isomorfo.

El calentamiento del co#re puro corresponde al despla$amiento erticalhacia arri#a en el e&e i$quierdo de temperaturas. El co#re permanecer)solido hasta que alcance su temperatura de fusión '1AD=B(, en dondeocurrir) la transformación de sólido a l%quido. *a temperatura no seincrementar) hasta tanto no termine la fusión completa de todo elsólido.

En una composición diferente a la de los componentes puros, la fusiónocurrir) en un interalo de temperaturas entre liquidus y solidus.

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-m#as fases 'sólido y l%quido( estar)n en equili#rio dentro de esteinteralo de temperaturas.

Inte-p-et#c!$n +e "os +!#-#s +e 0#ses

No&enc"#t'-#• *etras griegas minsculas 'P, R, S, etc.(+ cada una de ellas

representa una solución sólida.• *iquidus+ *%nea que separa los campos de fases * y '*QP1(.

!or encima de la l%nea liquidus, se tiene fase l%quida a todastemperaturas y composiciones.

• olidus+ *%nea que separa los campos de fases P1 y '*QP(. !orde#a&o de la l%nea solidus, se tiene fase sólida 'P( a todastemperaturas y composiciones.

Des#--o""o +e &!c-oest-'ct'-#s en #"e#c!ones !so&o-0#s

e de#e destacar que los diagramas de fases permiten identicar cu)lesson las fases que estar)n presentes en equilibrio. Esto signica que loscam#ios de temperatura, ya sea durante el enfriamiento o durante elcalentamiento, de#en ser lo sucientemente lentas como para lograrque se alcancen a redistri#uir los elementos aleantes 'por difusión(,segn el diagrama de fases."ado que no siempre se alcan$an las condiciones de equili#rio, acontinuación se explicar) el proceso de formación de las

microestructuras, ya sea mediante un enfriamiento en equili#rio comoen uno de no equili#rio.En0-!#&!ento en e/'!"!,-!o

e considera el sistema 3=HTt u @=HTt Ki de la Figura = a medidaque se enfr%a desde 13AAB. - 13AAB 'punto a(, la aleación es 1AAHl%quido. *a composición del l%quido es 3=HTt u @=HTt. - medida quese inicia el enfriamiento, no ocurrir)n cam#ios en la microestructura oen la composición hasta tanto no se alcance la l%nea liquidus 'punto #, a1/@AB(.

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F!'-# 8. SistemaCu-Ni y su representación en la evolución de microestructuras durante la

solidicación en equilibrio.

6na e$ que se alcan$a el punto # '1/@AB(, comien$a a formarse losprimeros cristales de sólido P. *a microestructura se muestra en laFigura =. onsiste de una matri$ de l%quido * con cristales incipientes desólido P. *a composición del sólido P se determina a partir de laisoterma que pasa por el punto #, es decir 8@HTt Ki 'en la Figura = semuestra como :!"4# Ni$;(. *a composición del l%quido toda%a es 3=HTtKi, que lógicamente difiere a la del sólido P.

- medida que contina el enfriamiento, cam#iar)n tanto las

composiciones como las cantidades relatias de cada fase. *acomposición del l%quido * seguir) la l%nea liquidus y la composición delsólido P seguir) la l%nea solidus. -dem)s, la fracción en peso de sólido Paumentar) a medida que progresa el enfriamiento. !ara que todo estoocurra, es necesario una redistri#ución de am#os elementos aleantes'u y Ki( en cada una de las fases, segn las composiciones deequili#rio. "e#e destacarse que la composición glo#al de la aleaciónpermanece sin cam#io durante el enfriamiento 3=HTt u @=HTt Ki(,

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aun cuando el co#re y el n%quel se redistri#uyan en cada una de lasfases.

- 1/=AB 'punto c(, la composición de la fase l%quida es 3/HTtKi@DHTtu. *a composición del sólido P es 83HTtKi=CHTtu. En cuanto

a las cantidades relatias de cada fase, la regla de la palanca inersaindica que las fracciones en peso para el l%quido y el sólido P son A.C3 yA./C, respectiamente. Esto signica que si hipotéticamente se pudieseextraer cada uno de los cristales de sólido P que se formaron enequili#rio y a esta temperatura, y se los pesaran, se encontrar) que setiene un /CH en peso de sólido respecto del peso total de la aleaciónoriginal. Es decir, si se partió de 1>g de aleación 'me$clando 3=Ag de Kicon @=Ag de u(, entonces el sólido P a 1/=AB pesar) /CAg 'de loscuales /CAg x A.83 U [email protected] son de Ki(.

En el punto d 'a 1//AB(, el proceso de solidicación pr)cticamente haterminado, excepto por los ltimos estigios de l%quido que est) porsolidificar. *a composición del sólido P es la de la aleación glo#al'3=HTtKi(. *a composición del ltimo l%quido en solidicar es /8HTtKi.

-l cru$ar la l%nea solidus, solidica todo el l%quido remanente,o#teniendo finalmente una solución sólida policristalina de fase P quetiene una composición uniforme de 3=HTtKi@=HTtu 'punto e(. 6nenfriamiento posterior a temperatura am#iente no afectar) la

microestructura ni la composición. *a microestructura resultante semuestra en la Figura @.

F!'-# 9. %leación C&'()) "Cu* +), Ni* ', Sn$. nidad de escala'(/icrones

En0-!#&!ento en con+!c!ones +e no e/'!"!,-!o

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*as condiciones de solidicación y el desarrollo de microestructuras deequili#rio se alcan$an sólo a elocidades de enfriamiento muy lentas.*a ra$ón de esto es que con los cam#ios de temperatura de#e ha#errea&ustes en las composiciones de las fases sólidas y l%quidas, segnrige el diagrama de fases 'es decir, con la l%nea liquidus y solidus(.

Estos rea&ustes se logran mediante procesos de difusión en las fasessólida, l%quida y en la interfase. "ado que la difusión es un proceso quedepende del tiempo, para conserar el equili#rio durante elenfriamiento de#e existir el suciente tiempo a cada temperatura parapoder lograr los rea&ustes necesarios en la composición qu%mica decada fase. *as elocidades de difusión son especialmente #a&as en lafase sólida y en am#as fases disminuye al #a&ar la temperatura. Entodas las situaciones pr)cticas de solidicación, las elocidades deenfriamiento son demasiado r)pidas para permitir estos rea&ustes de

composición, as% como la conseración del equili#rio. omoconsecuencia, se generan otras microestructuras que dieren de lasección anterior.

e considera el sistema 3=HTt u @=HTt Ki de la Figura C a medidaque se enfr%a desde 13AAB a una elocidad lo sucientemente r)pidocomo para no lograr condiciones de equili#rio en el sólido 'aunque si enel l%quido, por ser mayor la elocidad de difusión(.

- 13AAB 'punto aV(, la aleación es 1AAH l%quido. *a composición dell%quido es 3=HTt u @=HTt. - medida que se inicia el enfriamiento,no ocurrir)n cam#ios en la microestructura o en la composición hastatanto no se alcance la l%nea liquidus 'punto #V, a 1/@AB(.

En el punto #V 'a 1/@AB( se forman los primeros cristales de fase P conuna composición 8@HTtKi@8HTtu.

-l alcan$ar el punto cV 'a 1/8AB(, la composición del l%quido es/HTtKi. - esta temperatura, la composición de la fase P que aca#a desolidificar es 8AHTtKi. in em#argo, dado que la difusión del sólido Pes relatiamente lento, la composición del sólido P que se formó en #V

no se ha modicado. Esto signica que en esta instancia, lamicroestructura consiste de cristales de sólido P con 8@HTtKi en suncleo y 8AHTtKi en la periferia del cristal. "icho de otra forma, elporcenta&e de Ki en los cristales de sólido P ar%a radialmente de8@HTt en el ncleo hasta 8AHTt en la periferia.

omo resultado, se considera que la composición real del sólido P en elpunto cV ser) un promedio ponderado, siendo el porcenta&e de Ki menor

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que 8@HTt 'el primer cristal en solidicar( pero mayor que 8AHTt.ientras menor sea la elocidad de enfriamiento, el promedioponderado ser) m)s cercano a 8AHTtKi 'aproximación a la condiciónde equili#rio( y iceersa. "igamos, por e&emplo, que la elocidad deenfriamiento fue tal que el promedio ponderado resulta ser 8/HTtKi

segn se muestra en la Figura C.

i ahora se aplica la regla de la palanca 'teniendo en cuenta que lacomposición del sólido P es 8/HTtKi segn promedio ponderado(, setendr) mayor proporción de l%quido que lo indicado por las condicionesde equili#rio. 6na e$ m)s, esto se de#e a que la l%nea solidus ha sidoirtualmente despla$ada a hacia la derecha por ser una solidicaciónde no equili#rio, representada por la l%nea de tra$os en la Figura C.

En el punto dV 'a 1//AB(, la solidicación de#er%a estar completa

segn el diagrama de equili#rio. in em#argo no es as%. En la situaciónfuera de equili#rio, toda%a existe una proporción importante de l%quidoremanente/. *a fase P que se est) formando a 1//AB tienecomposición 3=HTtKi 'en la periferia( en contraste con los 8@HTtKique existen en los centros de cada uno de los cristales P. Kueamentey para los nes did)cticos, se asume un promedio ponderado de,digamos, 3DHTtKi para la fase P.

*a solidicación fuera de equili#rio se completa nalmente en el puntoeV 'a 1/A=B(. *a composición de la ltima fase P en solidificar es

31HTtKi. *a composición promedio de todo el sólido P es 3=HTtKi, lacual es igual a la composición glo#al de la aleación. En el punto fV de laFigura C se muestra cómo quedar%a la microestructura resultante delmaterial totalmente sólido.

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F!'-# :. Sistema Cu-Ni y su representación en la evolución demicroestructuras durante la solidicación fuera del equilibrio.

El grado de despla$amiento de la cura solidus fuera de equili#riorespecto a la cura en equili#rio depende de la elocidad de

enfriamiento. - menor elocidad de enfriamiento, menor estedespla$amiento y iceersa.

El fenómeno por el cual la composición qu%mica no es uniforme en elsólido, segn se aca#a de descri#ir, se conoce como segrega3i,-."icho de otra forma, se entiende por segregación al fenómeno por elcual se esta#lecen gradientes de composición qu%mica a traés de losgranos, generado por condiciones de no equili#rio. *a condición de noequili#rio se genera por una alta elocidad de enfriamiento.

Este tipo de microestructura :en capas; con un ncleo central distintodel resto se conoce como estructura segregada y se muestra en laFigura D.

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F!'-# ;. /icroestructura de una pie0a reci1n fundida de &), Cu-2),Ni mostrando una estructura con gradientes de concentraciones

"segregación$.

6na fundición, por e&emplo, puede tener estructuras segregadas.uando esta fundición se uele a calentar, las regiones segregadasm)s cercanas a los l%mites de grano se fundir)n primero por ser m)srico en el aleante de menor punto de fusión. Esto genera una pérdidarepentina en la integridad mec)nica de la pie$a de#ido a la delgadapel%cula de l%quido que rodean los granos.

*a segregación puede eliminarse mediante un tratamiento térmico dehomogenei$ación a una temperatura inferior a la de solidus, y porsupuesto, inferior a la temperatura de fusión de la fase que rodea los#ordes de grano. En este proceso ocurre la difusión de los )tomosaleantes, redistri#uyéndose, alcan$ando la composición de equili#rioluego de un tiempo lo sucientemente largo.

CURVAS DE ENFRIAMIENTO DE SISTEMAS ISOMORFOS

*a Figura muestra la cura de enfriamiento para una aleación u8AHTtKi, a #a&as elocidades de enfriamiento 'condición de equili#rioen todo momento(. e o#sera que los sistemas isomorfos solidican enun interalo de temperaturas, a diferencia de los componentes purosque presentan una meseta hori$ontal.

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F!'-# . ura de enfriamiento de una aleación isomorfa.

*os cam#ios de pendiente de la cura de enfriamiento marcan lastemperaturas liquidus y solidus, es decir, el comien$o y el n de lasolidicación.

El interalo de solidicación toma distintos alores de acuerdo a laconcentración de los componentes de la aleación. -s%, por e&emplo,siendo - y J los componentes de una solución sólida, se puededeterminar toda una gama de curas de enfriamiento, segn se muestra

en la Figura 1A.

F!'-# 1=. 3iferentes curvas de enfriamiento de una aleación isomorfa* paradiferentes contenidos de aleante.

i se representa esta serie de curas en un solo diagrama, indicandoso#re las ordenadas las temperaturas y so#re las a#scisas lasconcentraciones de J en -, se o#tiene la Figura 11. -l unir todos lospuntos de comien$o y todos los de n de la solidicación, se o#tiene eldiagrama de transformación de la aleación, que en este caso est)constituido por dos curas+ la superior o liquidus, por arri#a de la cual

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toda la aleación se encuentra en estado l%quido, y la inferior o solidus,por de#a&o de la cual toda la aleación est) en estado sólido. Entream#as curas coexisten am#as fases 'sólido y l%quido( en equili#rio.

F!'-# 11. Principio bsico para la construcción de un diagramade fases isomorfo a partir de curvas de enfriamiento.

Sis0emas Eu0930i3os 8i-arios

En la Figura 1/ se muestra un diagrama eutéctico #inario, parcialmentesolu#les en estado sólido. En el diagrama se identican tres regionesmonof)sicas+ P, R y l%quido. El sólido P es una solución sólida rica enco#re, tiene plata como soluto y la estructura cristalina es c#ica decaras centrada. El sólido R es una solución sólida rica en plata, tieneco#re como soluto y la estructura cristalina tam#ién es c#ica de carascentrada.

ada uno de los sólidos P y R tienen solu#ilidad limitada, ya que parauna temperatura inferior a la l%nea JE5, sólo se disoler) en el co#reuna cantidad limitada de plata 'para formar la fase P( y iceersa. *al%nea J, conocida como so"('s, separa las regiones de fases P y 'P QR( y representa el l%mite de solu#ilidad de plata 'soluto( en co#re'solente(. *a solu#ilidad m)xima de plata en co#re se alcan$a en el

punto J 'a CCB, DHTt-g(. -n)logamente, la l%nea 5W tam#ién seconoce como solus y representa el l%mite de solu#ilidad de co#re'soluto( en plata 'solente(. *a solu#ilidad m)xima de co#re en plata sealcan$a en el punto 5 'a CCB, 1./HTt-g(. *as solu#ilidades deam#as fases sólidas disminuyen para temperaturas mayores o menoresa CCB. Esta temperatura se denota como 0E y corresponde a latemperatura del eutéctico 'se explicar) m)s adelante(.

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*a l%nea JE5 es paralela al e&e de composiciones y se extiende entre losl%mites m)ximos de solu#ilidad de cada fase sólida. Lunto con las l%neas-J y F5, representan la l%nea so"!+'s y corresponde a la temperaturam)s #a&a a la cual puede existir fase l%quida para cualquier composiciónde u y -g en

equili#rio.

F!'-# 12. 3iagrama de fases Cobre-Plata.

En el sistema u-g existen tres regiones #if)sicas+ 'P Q l%quido(, 'R Ql%quido( y 'P Q R(. *as composiciones y cantidades relatias de cada fasepueden determinarse segn isotermas y regla de la palanca inersa,segn se descri#ió en la sección 3.1.1.

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-l agregar plata al co#re, la temperatura a la cual las aleaciones sehacen totalmente l%quida disminuye a lo largo de la l%nea "!/'!+'s 'l%nea-E(. "e este modo, la temperatura de fusión del co#re disminuye amedida que se le agrega plata. *o mismo ocurre con la plata cuando sele agrega co#re so#re la l%nea FE. Estas l%neas liquidus se unen en el

punto E del diagrama de fases, a traés de la cual tam#ién pasa laisoterma JE5 'tam#ién conocida como isoterma eutéctica(. El punto Ese denomina punto inariante, el cual est) designado por lacomposición eutéctica E y la temperatura eutéctica 0E.

6na aleación de este tipo 'eutéctica #inaria( de composición E tieneuna reacción importante cuando cam#ia su temperatura al pasar por 0E.Esta reacción, conocida como -e#cc!$n e'tKct!c#, puede escri#irsecomo+

En esta reacción, E es la composición del eutéctico, 0E es latemperatura del eutéctico, PE es la composición de la fase P a 0E, REes la composición de la fase R a 0E. !ara el sistema u-g, se tiene+EUC1.HTt-g, PEUDHTt-g, REU1./HTt-g y 0EUCCB.

"icho de otra forma, la reacción eutéctica es aquella transformación defases en la cual un l%quido solidica en dos fases diferentes 'y iceersa

en el calentamiento(, de forma tal que existir)n tres fases en equili#rio'los dos sólidos m)s el l%quido(. "e#ido a esta reacción eutéctica, losdiagramas de fases similares a la de la Figura 1/ se denominandiagramas de fases eutécticos. *os componentes que muestran estecomportamiento, constituyen un sistema eutéctico.

Des#--o""o +e &!c-oest-'ct'-#s en #"e#c!ones e'tKct!c#s

"ependiendo de la composición, los sistemas eutécticos #inariospueden tener diferentes microestructuras luego de un enfriamiento

lento. - continuación se emplear) el diagrama de fases !#n de la paraexplicar el desarrollo de cada tipo de microestructuras, en aleaciones decomposición 1, /, 3 y 8.

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F!'-# 13.3iagrama de fases Pb-Sn.

C#so 1. A"e#c!$n con co&pos!c!$n C1

Este e&emplo representa a cualquier composición que ar%a entre uncomponente puro y la solu#ilidad sólida m)xima para ese componente atemperatura am#iente. !ara el sistema !#n, esto incluye aleacionesricas en plomo que contienen entre A y /HTt n 'rango de fase P atemperatura am#iente( y tam#ién aleaciones ricas en esta2o que

contienen entre HTt n y esta2o puro 'rango de fase R atemperatura am#iente(.

omo e&emplo, se considera la aleación de composición 1 de la Figura18 a medida que se enfr%a lentamente desde la fase l%quida. Esto implicadespla$arse hacia a#a&o so#re la l%nea TTV.

En el punto a, la aleación permanece totalmente l%quida y con unacomposición 1 hasta que cru$a la l%nea liquidus a la temperaturacorrespondiente. En esta temperatura, comien$an a formarse los

primeros cristales de sólido P, ya que la aleación entra en la región#if)sica 'P Q *(. En esta región, el enfriamiento es similar al explicadoen la sección 3.1./. - medida que contina el enfriamiento y dentro deesta región #if)sica, crece la cantidad relatia del sólido P segn laregla de la palanca inersa. *as composición del sólido P sigue la l%neasolidus y la del l%quido, la l%nea liquidus, en cada caso a la temperaturacorrespondiente. *a solidicación culmina en el momento en que latemperatura de la aleación alcan$a la l%nea solidus, momento a partir

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del cual se tendr) 1AAH de sólido P. *a aleación resultante espolicristalina con una composición uniforme 1. Ko ocurrir)n cam#iosposteriores hasta alcan$ar la temperatura am#iente, de#ido a que no secru$a ninguna l%nea del diagrama de fases. *a microestructuraresultante se muestra en la Figura 18.

F!'-# 15. 5epresentación de las microestructuras en equilibrio delsistema Pb-Sn de composición C+


Este e&emplo representa a cualquier composición que ar%a entre ell%mite de solu#ilidad a temperatura am#iente y la solu#ilidad sólidam)xima a la temperatura eutéctica. !ara el sistema !#n, en elextremo rico en plomo, incluye aleaciones que contienen entre /HTt n

'solu#ilidad m)xima a temperatura am#iente( y 1D.3HTt n 'solu#ilidadm)xima a la temperatura eutéctica(. El mismo rango se puede deducirpara el extremo rico en esta2o.

omo e&emplo, se considera la aleación de composición / de la Figura1= a medida que se enfr%a lentamente desde la fase l%quida. Esto implicadespla$arse hacia a#a&o so#re la l%nea xxV. *a solidicación de estaaleación entre los puntos d y f es similar a lo ya explicado en el caso 1.

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En el punto d, la aleación consiste de 1AAH l%quido de composición /.- medida que la temperatura disminuye, no ocurren cam#ios hastaalcan$ar el punto dV, momento en el cual comien$an a aparecer losprimeros cristales de sólido P cuya composición queda determinada porla l%nea solidus a esa temperatura 'punto a(. *a composición del l%quido

en el punto dV sigue siendo /. i continua el enfriamiento en la región#if)sica 'P Q *(, y a medida que se desciende por la recta dVeV, loscristales de sólido P an aumentando en cantidad relatia 'segn laregla de la palanca inersa(. En cualquier temperatura intermedia entredVeV, la composición del sólido y del l%quido queda determinado por lasl%neas solidus y liquidus, respectiamente. !or e&emplo, en el punto e, lacomposición del solido P corresponde a la del punto # y la composicióndel l%quido corresponde a la del punto c. *a regla de la palanca inersaindica que la fracción en peso del sólido P 'cantidad relatia( queda

determinado por el cociente de la longitud del segmento ec so#re lalongitud del segmento #c. -n)logamente, la fracción en peso del l%quidoqueda determinado por el cociente de la longitud del segmento #e so#rela longitud del segmento #c.

*a solidicación nali$a a la temperatura del punto eV, dado que la reglade la palanca inersa indica que en ese punto se tiene 1AAH de sólidoP. *a composición del sólido P ser) /. i el enfriamiento contina, noocurrir)n cam#ios microestructurales hasta alcan$ar el punto fV. *amicroestructura a una temperatura intermedia 'punto f( se muestra en

la Figura 1=.uando temperatura de la aleación desciende hasta alcan$ar la l%neasolus 'punto f(, entonces se ha alcan$ado el l%mite de solu#ilidad delsólido P. omo consecuencia, el diagrama de fases indica que, al cru$arla l%nea solus, se producen peque2as part%culas de solido R 'eresquema del punto g de la Figura 1=(. -l continuar el enfriamiento atemperaturas inferiores a las de fV, la regla de la palanca inersa indicaque la cantidad relatia de sólido R aumenta. En el punto g, lacomposición del sólido P corresponder) a la de la l%nea solus del plomo

'punto g(. *a composición del sólido R corresponder) a la de la l%neasolidus del esta2o 'en el otro extremo del diagrama, no mostrado en laFigura 1=(.

Finalmente, a temperatura am#iente, la microestructura consistir) deuna matri$ de sólido P con part%culas de sólido R en su interior. *ascomposiciones y cantidades relatias se calculan de la misma forma yaexplicada.

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F!'-# 18.5epresentación de las microestructuras en equilibrio del sistema Pb-Sn de

composición C'.


Este caso implica la solidicación de una aleación con composicióneutéctica. !ara el sistema de la Figura 1@, esto corresponde a @1.HTtn. e considera entonces que esta aleación se enfr%a desde la fasel%quida 'punto h( siguiendo la l%nea ertical yyV. - medida que desciendela temperatura, no ocurren cam#ios hasta que se alcan$a latemperatura eutéctica '1D3B(. -l cru$ar la isoterma eutéctica 'punto i(,el l%quido se transforma en las fases P y R mediante la siguienteecuación 'reacción eutéctica(+

En esta reacción, el l%quido tendr) @1.HTt n y las composiciones delos sólidos P y R quedan definidos por los puntos extremos de laisoterma eutéctica '1D.3HTt n para el sólido P y C.DHTt n para elsólido R(. *as tres fases 'l%quido, P y R( coexistir)n en equili#rio hastanali$ar la solidicación.

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"urante la transformación eutéctica, es necesario que se genere unaredistri#ución del plomo y del esta2o, desde la fase l%quida hacia lossólidos P y R. Esto se de#e a que las composiciones de cada una de lastres fases son diferentes. Esta redistri#ución se muestra a la i$quierdade la Figura 1C. omo consecuencia, la microestructura del sólido

resultante 'denominada es0ru30ura eu0930i3a( consta de l)minasalternadas se sólido P y sólido R, que se forman simult)neamentedurante la transformación. El proceso de redistri#ución del plomo y delesta2o ocurre por difusión en el l%quido, &ustamente en la interfaseeutéctico9l%quido. *as


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F!'-# 1:. 60quierda Formación de la estructura eut1ctica para el sistema Pb-Sn. 3erec7a /icrograf8a de una aleación Pb-Sn de composición eut1ctica.


Este e&emplo representa a cualquier composición que ar%a entre ell%mite de solu#ilidad sólida m)xima a la temperatura eutéctica y lacomposición eutéctica. e considera la composición 8 de la Figura 1Dque se encuentra a la i$quierda del eutéctico. -l disminuir latemperatura, se desciende por la l%nea $$V, comen$ando en el punto &. Eldesarrollo de las microestructuras entre los puntos & y l es similar al delcaso /, de forma tal que antes de cru$ar la isoterma eutéctica 'punto l(est)n presentes sólido P y l%quido con composiciones 1D.3HTt n [email protected] n, respectiamente. Estas composiciones se determinan apartir de la isoterma correspondiente al punto l, y sus intersecciones conlas l%neas solidus y liquidus.

- medida que la temperatura desciende &usto por a#a&o de la eutéctica,la fase l%quida, que tiene la composición eutéctica, se transformar) a laestructura eutéctica 'es decir, l)minas alternadas de P y R(. *a fase Pque se formó durante el enfriamiento a traés de la región 'P Q *( tendr)cam#ios microestructurales insignificantes. !ara diferenciar, el sólido Pque se formó durante el enfriamiento a traés de campo de fases 'P Q *(

se denomina P /rimaria y la que se encuentra en la estructuraeutéctica se denomina P eu0930i3a.

En aleaciones que tengan composición a la derecha del eutéctico, seo#tienen transformaciones y microestructuras an)logas a la reciéndescripta. in em#argo, por de#a&o de la temperatura eutéctica, lamicroestructura consistir) de sólido R primaria y eutéctico, ya que unenfriamiento a partir del l%quido cru$a el campo de fases 'R Q l%quido(.

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F!'-# 1;. 5epresentación de las microestructuras en equilibrio del sistema

Pb-Sn de composición C4.

F!'-# 1. /icrograf8ade una aleación (),9t Pb-(),9t Sn mostrando granos de sólido ! primaria

"regiones oscuras grandes$ inmersas en una estructura eut1ctica laminar.

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CURVAS DE ENFRIAMIENTO DE SISTEMAS EUTCTICOS

*a Figura /A muestra las curas de enfriamiento para un metal puro y 8composiciones de aleante que coinciden 'esquem)ticamente( con loscuatro casos de solidicación explicados en la sección 3./.1. *a cura deenfriamiento de - puro '1AAH-( de la Figura /A es similar a lo explicadoen la sección /.1. *a cura de enfriamiento de 1AHJ 'cura 1( es similara lo explicado en la sección 3.1.3. *a cura / de la Figura /A presenta unquie#re adicional, correspondiente a la temperatura solus. 6na e$ quese supera el l%mite de solu#ilidad m)xima de J en -, la solidicaciónimplicar) un cierto porcenta&e de reacción eutéctica. Esto se maniesta apartir de la meseta de la cura 3, correspondiente a la transformacióneutéctica. - medida que el contenido de J se aproxima a la composición

eutéctica, mayor la longitud de la meseta, lo cual signica mayorfracción de eutéctico. Finalmente, la cura 8 muestra que la solidicaciónde la composición eutéctica ocurre a temperatura constante,comport)ndose la aleación como un metal puto. Esto se de#e a que lasolidicación de una aleación eutéctica implica que tres fases de#encoexistir en equili#rio, lo cual resulta en un punto inariante 'es decir,cero grados de li#ertad segn la regla de las fases(.

F!'-# 2=. 3iferentes curvas de enfriamiento para un sistema eut1ctico.

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:. CONC)USIONES

• e o#sera una diferencia entre el punto eutéctico experimental con elteórico, se de#e a que los metales empleados tienen impure$as, y pordescuido del operador que no toma los datos en su de#ido tiempo.

• El diagrama de fases muestra los estados esta#les, es decir los estadosque en unas condiciones dadas poseen el m%nimo de energ%a li#re. "eacuerdo a esto los cam#ios de estado re


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esperar un momento hasta que la aleación se enfr%e hasta por de#a&ode dicha temperatura.

• alentar la lingotera antes de erter la aleación !#n pues estas seencontrar) a alta temperatura.

• 0omar el crisol con la pin$a con mucho cuidado y manteniéndolo a ciertadistancia del rostro ya que podr%a estallar de#ido al cam#io detemperatura y podr%a da2ar la ista.

11. BIB)IORAFA

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3er Informe - Diagrama de Fases

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