Ing. Mec Elect.

Universidad de Atacama Departamento de Metalurgia

CURSO: INGENIERA DE MATERIALES

PROF. ING. DANNY CHVEZ NOVOA, 2015-1

4. Materiales Metlicos

Son aquellos que estn compuestos bsicamente por uno o ms metales. Tambin pueden contener otros materiales como el carbono.

Los materiales metlicos cuyo componente principal es el hierro son llamados materiales ferrosos.

Los materiales metlicos obtenidos a partir de otros metales son llamados materiales no ferrosos.

Hierro Acero

Zinc Cobre

METALES

Materiales Ferrosos

El metal ms empleado en la actualidad es el hierro en cualquiera de sus presentaciones, ya que tanto las tcnicas de extraccin del mineral como los procesos de obtencin del metal son relativamente econmicos.

Minerales que contienen mucho hierro: la magnetita(Fe3O4), la hematita(Fe2O3), la limonita y la siderita.

Hierro Puro

El hierro puro es un metal de color blanco grisceo y tiene una concentracin de un 99,9 % o ms.

Tiene pocas aplicaciones industriales y resulta muy difcil de obtener.

Tambin se llama hierro forjado por que es muy dctil y maleable.

Se emplea en trabajos de forja y para construir electroimanes y transformadores elctricos.

Electroimn Transformador

Aceros

Los aceros son aleaciones de hierro y de carbono (entre el 0,03 y el 1,8 %) a las que se aaden otros materiales (manganeso, nquel, titanio, etc.) segn las propiedades del tipo de acero que se desee lograr.

Se aplican en muchos campos industriales.

Hay dos tipos de aceros:

Aceros Comunes (aceros al carbono): ej. SAE 1020, 1045, 1080.

Aceros Aleados, ej.: SAE 4340, 3115, 8620.

Aceros Comunes (al carbono)

Hechos slo con hierro y carbono. Son muy fciles de soldar y poco resistentes a la corrosin. Se emplean en estructuras, clavos, tornillos, herramientas, etc.

Aceros Aleados

Hechos con hierro, carbono y otros elementos(Cr, Mg, Ni, V, etc). Muy resistentes a la corrosin, al desgaste y a las altas temperaturas. Se emplean para fabricar instrumentos y piezas especiales.

Fundiciones

Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono (entre el 1,76 y el 6,67 %). Adems contiene Si.

Al tener ms carbono resisten mejor la corrosin y los cambios de temperatura.

Son fciles de moldear y se emplean en la fabricacin de piezas de gran tamao.

Se clasifican en:

Fundiciones Ordinarias.

Fundiciones Aleadas.

Fundiciones Ordinarias

Hechos slo con hierro y carbono y alguna pequea parte de otro material. No se pueden trabajar en la forja.

Fundiciones Aleadas

Hechos con hierro, carbono y otros elementos con los cuales mejoran sus propiedades.

PROCESO DE OBTENCIN DE METALES

Cuando se form la tierra, la masa fundida contena los

mltiples metales.

La mayora de los metales se combinaron con rocas cuando estaban fundidos para formar minerales

metlicos, ejemplo: bauxita y mineral de hierro

Muchas veces combinamos metales distintos, o metales con otros materiales para formar aleaciones y mejorar as

las propiedades del metal

PROCESO DE OBTENCIN DE METALES

Todos los metales se obtienen a travs de la minera

Minera: Es la extraccin fsica de materiales de la corteza terrestre

Minas a cielo abierto Minas subterrneas

Los materiales metlicos los utiliza el ser humano desde tiempos prehistricos y

estn presentes en todas las actividades econmicas hoy en da.

Obtencin Los metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte

de las rocas. Por ejemplo, el metal hierro se extrae de minerales de hierro como la magnetita o la siderita.

Los minerales, que se extraen de las minas, se componen de dos partes: - MENA: es la parte til del mineral, de la que se extrae el metal. - GANGA: es la parte no til del mineral. Esta parte se desecha. La ganga debe

separarse de la MENA.

La rama de la tcnica que el ser humano ha desarrollado para obtener el metal de los minerales se llama METALURGIA. Existe una rama de la metalurgia que trabaja slo con minerales de hierro que se llama SIDERURGIA.

TAMIZADO: Separa las partculas slidas

por su tamao usando tamices.

FILTRACIN: Separa partculas slidas de un lquido utilizando filtros.

FLOTACIN: Se separa los slidos de un lquido por su densidad. Los ms densos se depositan en el fondo.

Los Metales se pueden dividir en dos grandes grupos: Metales ferrosos: Son aquellos metales que contienen hierro

como componente principal. Entre estos estn El hierro puro El acero La fundicin

Metales no ferrosos: Son aquellos metales que no contienen

hierro o contienen muy poca cantidad de hierro. Hay muchos: El cobre El aluminio El bronce El cinc El plomo, etc

Hay un tipo de metales no ferrosos que destacan por su valor econmico, llamados metales nobles, los cuales son: oro, plata y platino.

Otra forma de clasificar los metales es, segn si estn

mezclados entre s o no, as tenemos:

Metal puro: como el cobre, aluminio, oro, plata, plomo, cinc,

Aleacin: Es la mezcla de dos o ms materiales donde al menos uno de ellos, el de mayor proporcin, sea un metal. Ejemplo: acero, bronce, latn,

PROPIEDADES

Tienen un brillo muy caracterstico.

Son ms densos y pesados que otros materiales de uso tcnico.

Su gran resistencia mecnica les permite soportar grandes esfuerzos, presiones o golpes.

Algunos de ellos son muy duros.

Conducen muy bien el calor y la electricidad.

Tienen grandes posibilidades de trabajo, como doblar, cortar, estampar, fundir o moldear.

Propiedades mecnicas Las propiedades mecnicas son aquellas relacionadas con la aplicacin de

fuerza sobre los metales. Tenemos Dureza: Es la resistencia que ofrece un metal a ser rayado, cortado o

perforado. Tenacidad: Es la resistencia que ofrece un metal a romperse cuando es

golpeado. Ductilidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de convertirse en

hilos finos cuando son estirados. Maleabilidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de convertirse

en lminas finas cuando son extendidos. Fragilidad: Es la facilidad con la que se rompe un metal cuando es

golpeado. Es lo contrario de tenacidad. Elasticidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de recuperar su

forma inicial cuando finaliza la fuerza que lo ha deformado. Plasticidad: Los metales tienen plasticidad cuando no son capaces de

recuperar su forma inicial al finalizar la fuerza que lo ha deformado. Lo contrario de plasticidad es elasticidad.

Propiedades trmicas

Las propiedades trmicas son aquellas relacionadas con la aplicacin de calor sobre los metales Conductividad trmica: Es la capacidad que tienen los metales para conducir el calor a travs

de ellos. Todos los metales tienen buena conductividad trmica.

Dilatacin y contraccin: Un metal se dilata cuando aumenta de tamao al aumentar la temperatura y se contrae cuando disminuye de tamao al disminuir la temperatura.

Fusibilidad: Es la propiedad que tienen los materiales de fundirse, es decir, de pasar de estado slido a lquido cuando sube la temperatura. Todos los metales tienen fusibildad.

Soldabilidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de unirse a altas temperaturas.

Propiedades elctricas

Las propiedades elctricas son aquellas relacionadas con el paso de la

corriente elctrica sobre los metales.

Conductividad elctrica: Es la capacidad que tienen los metales para conducir la corriente elctrica a travs de ellos. Todos los metales tienen buena conductividad elctricas, por eso son, conductores elctricos. Los mejores son la plata y el cobre.

Propiedades qumicas

Son aquellas relacionadas con la forma en que los metales reaccionan con sustancias.

Oxidacin: Es la facilidad con la que reaccionan el metal con el oxgeno del aire o del agua y cubrirse con una capa de xido. Los metlicos frricos se oxidan con cierta facilidad, pero el oro apenas se oxida.

Propiedades ecolgicas Son aquellas que relacionan los metales con el medio ambiente.

Los metales se pueden reciclar: Es decir, que una vez desechados, se pueden reutilizar ms adelante.

Los metales son materiales no renovables: Es decir, algn da, los metales se agotarn, pues las minas agotarn sus reservas de minerales.

Algunos metales son txicos: Es decir, hacen dao a los seres vivos. Tenemos el caso del plomo y del mercurio.

DEFINICIN

Son los metales cuyo componente principal es el hierro El hierro es el metal ms empleado en la actualidad. Los procesos de extraccin y de obtencin del hierro son econmicos. Los minerales que contienen hierro son: Magnetita, Hematites, Limonita, Siderita. El hierro puede utilizarse como hierro puro o como aleaciones.

ALEACIONES: Son mezclas de 2 o ms elementos qumicos siendo al menos

el que se encuentra en mayor proporcin un metal

CLASIFICACIN

Existen 3 tipos de aleaciones de hierro en funcin del porcentaje de carbono que tenga.

Hierro puro: Que apenas es utilizado. La proporcin de carbono oscila entre

el 0.008 % y el 0.03%.

Acero: Es una aleacin de hierro y carbono (que no es un metal), de modo que el porcentaje de carbono es de menos de un 1,7%

Fundicin: Es una aleacin de hierro y carbono, de modo que el porcentaje de carbono est entre un 1,7% y un 6,7%.

DIFERENCIAS ENTRE EL ACERO Y LA FUNDICIN

1. La fundicin tiene ms carbono que el acero

2. La fundicin es ms dura que el acero, es decir, es ms difcil de rayar.

3. La fundicin es ms resistente a la oxidacin y al desgaste que el acero.

4. La fundicin es muy frgil. Si se intenta deformar se fractura.

Proceso de obtencin del acero El proceso de obtencin del acero es un proceso siderrgico que consta de varios

pasos: 1. Extraer de la mina el mineral de hierro 2. Se Lava y tritura el mineral para separar la mena de la ganga. La mena se aprovechar

y la ganga se desecha. 3. Se mezcla la mena de hierro con carbn de coque y caliza y se introduce en el llamado

alto horno a una temperatura de 1500 C. El carbn de coque hace combustible y la caliza ayuda a fundir la mezcla. El alto horno mide ms de 30 m de altura.

4. Del fondo del alto horno se obtiene un material lquido llamado arrabio, el cual tiene mucho hierro.

Aparte del arrabio sale otra sustancia que se desecha, llamada escoria. El arrabio tiene un alto contenido en carbono que hay que eliminar. Esto se hace en

unos recipientes llamados convertidores. 5. En los convertidores se introduce el arrabio y se inyecta oxgeno, para salir acero y

ms escoria que se desecha.

OBTENCIN DEL ACERO

Alto Horno

Entra mena de hierro + caliza + carbn de coque

Sale: escoria y arrabio

En el convertidor

Entra: arrabio + oxgeno

Sale: Acero + escoria

RECICLADO DEL ACERO

Materiales No Frricos

Los materiales no frricos son ms caros y difciles de obtener que los frricos, sin embargo presentan algunas propiedades que los hacen necesarios: son ms difciles de oxidar, conducen mejor la electricidad y el calor, funden a temperaturas ms bajas, son ms fciles de mecanizar, etc.

Se clasifican en: Metales Pesados. Metales Ligeros. Metales Ultraligeros.

Metales Pesados.

Su densidad es igual o mayor a 5 Kg./dm3. Entre ellos estn el cobre, el plomo, el zinc, el estao, el nquel, el mercurio, el wolframio, etc.

Cobre

Zinc Mercurio

Wolframio

Metales Ligeros

Su densidad es entre 2 y 5 Kg./dm3. Son ejemplos el aluminio y el titanio.

Aluminio Titanio

Metales Ultraligeros

Con densidad menor de 2 Kg./dm3. El magnesio es el ms utilizado en la industria.

Magnesio Natural Magnesio Elaborado

El Cobre

El cobre es un metal de color rojo brillante, muy resistente a la corrosin, conduce bien el calor y la electricidad, es muy dctil y maleable. Se obtiene de minerales como la cuprita, la calcopirita y la malaquita.

Cuprita Calcopirita Malaquita

Se ha usado desde la antigedad para hacer armas, adornos, monedas, etc. Hoy se usa en conductores elctricos, alambiques, y conducciones de gas y agua, as como otros usos en construccin. Sus aleaciones principales son:

Los Bronces: Aleaciones de cobre y estao, tanto ms duras cuanto ms estao contienen.

Los Latones: Aleaciones de cobre y zinc usadas para hacer canalizaciones, tornillos, vlvulas de gas y agua, bisagras, etc..

Latones Bronce Cobre

Zinc

El zinc es un metal blando de color blanco azulado, resistente a la intemperie. Se obtiene de la blenda.

Se emplea en la fabricacin de recipientes, canalones y planchas para cubiertas. Tambin para recubrir planchas de hierro por dos procedimientos:

Cincado: Introduciendo las piezas de hierro en un bao electroltico.

Galvanizado: Recubriendo las piezas de hierro por zinc fundido.

Blenda

Nave de zincado Galvanizado

Estao

El estao es un metal de aspecto blanco brillante, muy resistente al aire, fcil de fundir y de trabajar. Es muy maleable en fro y en caliente se torna quebradizo. Se obtiene de la casiterita.

Se emplea, aleado con plomo o con plata, para soldadura blanda. Tambin para recubrir el hierro, obteniendo hojalata, y para recubrir el cobre, pues al no ser txico puede usarse en instrumentos de alimentacin.

Casiterita

Estao Hojalata

Aluminio

El aluminio es un metal de color plateado claro, es muy resistente a la oxidacin, ligero, buen conductor del calor y la electricidad y fcil de mecanizar. Se obtiene de la bauxita.

Se emplea en aleaciones ligeras, tan resistentes como el acero y mucho menos pesadas. Con ellas se fabrican productos muy variados, desde latas de refrescos como fuselajes de aviones, ventanas, maquinaria, etc.

Productos de aluminio

Bauxita

Titanio

Este metal se extrae de dos minerales, el rutilo y la ilemita.

Es de color blanco plateado, brillante, ligero, muy duro y resistente.

Se emplea en varias industrias como la aeroespacial, automotriz, militar, energtica, naval, decorativa, etc.

Productos de Titanio Titanio

Mercurio

Es un metal pesado plateado que a temperatura ambiente es un lquido inodoro (no tiene olor). Es un mal conductor del calor comparado con otros metales, aunque no es mal conductor de la electricidad.

Se emplean en instrumentos de medicin principalmente termmetros y tensimetros, enchufes, rectificadores elctricos, interruptores, lmparas fluorescentes y como

catalizador.

Mercurio Productos de Mercurio

Magnesio

El magnesio se extrae de diferentes minerales, como el olivino, el talco, el asbesto y la magnesita.

Es un metal de color blanco brillante similar a la plata, muy ligero, blando, maleable y poco dctil.

El uso principal del metal es como elemento de aleacin del aluminio, emplendose en envases de bebidas, en componentes de automviles y en maquinaria diversa.

Magnesita Productos de Magnesio

Cuestiones

1. Qu es la siderrgia?

Se llama as al proceso de obtencin de aleaciones de

hierro

2. Qu es la metalrgia?

Se llama as al proceso de obtencin del resto de

metales

3. Qu es el acero? Una aleacin de hierro con menos del 2% de carbono, bastante

resistente, muy empleada en la industria y en la construccin.

4. El acero inoxidable es una aleacin de: Hierro, carbono, cromo y niquel

5. Por qu las estructuras de los aviones se realizan

de aleaciones de aluminio en vez de acero como los

coches?

El aluminio es tres veces ms ligero que el acero, adems es

muy resistente a la corrosin y tiene una aceptable resistencia a

los esfuerzos.

6. El bronce es una aleacin de

7. El latn es una aleacin de

cobre y estao

cobre y cinc

8. Relaciona las siguientes columnas

Cerradura

Cable elctrico

Viga

Ventana

Hoja de sierra

Acero comn

Aluminio

Cobre

Acero especial

Latn

Conductor de electricidad

Aspecto decorativo

Inoxidable

Resistente a los esfuerzos

Duro

9. Qu materias primas intervienen en la produccin de acero?

Mineral de hierro Mineral de carbn

Minerales fundentes Oxgeno inyectado

Otros elementos metlicos

10. Relaciona las siguientes columnas

Sierra de arco Doblar un alambre

Lima Cortar un tubo de acero

Taladradora Eliminar una rebaba

Alicates Perforar un perfil

Comps de puntas Doblar una chapa en ngulo recto

Tijeras de chapa Recortar una pieza de chapa

Tornillo de banco Trazar un crculo

11. La aleacin de hierro con ms de un 2% de carbono, de fcil

moldeo y resistente a la corrosin, recibe el nombre de:

Fundicin

12. El proceso de fabricacin de piezas con formas y relieves complicados que se realiza introduciendo el metal fundido en

moldes, se llama:

Fundicin y moldeo

13. La prensa de troquelado,el torno y la fresadora son mquinas

que se emplean para:

Dar forma a las piezas metlicas quitando el material sobrante

ACTIVIDADES

Exterior: cupro-niquel

Interior: 3 capas (niquel-latn/niquel/niquel-latn)

Exterior: niquel-latn

Interior: 3 capas (cupro-niquel/niquel/cupro-niquel)

Oro nrdico: cobre-aluminio-cinc-estao

Acero recubierto de cobre

Concepto de aleacin

Mezcla homognea de propiedades metlicas

Compuesta de dos o mas elementos donde por lo

menos uno es un metal

Fe Al Cu Pb

P C Si S As

Ej.: Latn (Cu-Zn), Bronce (Cu-Sn), acero (Fe-C).

Razn de formar aleacin: ?????

4. Aleaciones metlicas

Analoga Agua-sal

Soluto + Solvente

Cristalografa

Estado cristalino

Estructura cristalina

La aleacin es una solucin solida

Sustitusional

Intersticial

SOLUCIN SLIDA SUBSTITUCIONAL

Reglas de Hume-Rothery

Se establecen las condiciones necesarias que debe presentar

una solucin slida total acorde a los tomos del soluto y del

solvente

Radio atmico de los elementos debe ser relativamente igual. Tamaos de los radios atmicos de soluto y

solvente no sean mayor a un 15% (del tamao del

solvente)

Similares estructuras cristalinas de los elementos.

Misma valencia en los dos elementos.

Similar electronegatividad.

Dimetros diferentes de los tomos provocaran

distorsin en la red cristalina.

La red cristalina soporta un lmite de expansin y

contraccin existe un lmite en la diferencia de los dimetros atmicos para que la solucin

mantenga su estructura.

Ejemplos: Laton (Cu-Zn), Bronce (Cu-Sn)


Ejemplo:

SOLUCIN SLIDA INTERSTICIAL

Se forma este tipo de solucin con dos

tipos de tomos donde uno es mucho mas

grande que el otro.

tomos intersticiales: C,H,O,N y B.


Solucin slida intersticial:

En las soluciones slidas intersticiales, los tomos de soluto se sitan en

los intersticios que hay entre los tomos del cristal.


5. DIAGRAMAS DE FASE

(BINARIOS )


En la mayora de las aplicaciones cotidianas, se utilizan aleaciones.

Aleacin

Monofsica

Polifsica

Aleacin monofsica

Aleacin polifsica


Una fase tiene las siguientes caractersticas:

La misma estructura y ordenamiento atmico en todo el material.

Tiene en general la misma composicin y propiedades en su interior.

Hay una interfase definida entre la fase y cualquiera de las otras fases

circundantes.

Definicin de Fase

Toda porcin, que puede incluir a la totalidad de un sistema, que es

fsicamente homognea dentro de s misma y limitada por una superficie, de

tal modo que sea mecnicamente separable de cualquier otra porcin.


Fase

Una fase de un material, en trminos de su microestructura, es una regin

que difiere en estructura y/o composicin de otra regin.

agua

Agua lquida

Hielo

Vapor de agua


Diagramas de fases

Son representaciones grficas de las fases que estn presente en un sistema

de materiales a varias temperaturas, presiones y composiciones.

De los diagramas de fases se puede obtener la siguiente informacin:

Mostrar que fases estn presentes a diferentes composiciones y

temperaturas

Determinar la temperatura a la cual una aleacin enfriada bajo condiciones

de equilibrio comienza a solidificar y el rango de temperatura en el que se

presenta la solidificacin.

Conocer la temperatura a la cual fases diferentes comienzan a fundir.


Diagramas de fases de sustancias puras

Una sustancia pura puede existir en las fases slida, lquida y vapor,

dependiendo de las condiciones de temperatura y presin.

Diagrama de fases en

equilibrio presin -

temperatura para el agua


Punto triple: presin y temperatura a la que estn en equilibrio

(coexisten) tres fases de un material

Diagrama presin-temperatura carbono


Diagrama de fases en

equilibrio

presin temperatura,

hierro puro


Es importante conocer el comportamiento de un material con la

temperatura. dos ejemplos:

- Cuando el ejrcito nazi, se encontr en campo sovitico durante el fro

invierno, no haban tenido en cuenta que todo su armamento metlico, iba a

sufrir las consecuencias del fro. A -40 C, los aceros pueden contraerse entre

1 - 4%, en funcin del contenido de carbono. En otras palabras, pensar en un

tubito por donde sale una bala de can, que debera medir 100mm, se ha

encogido 2 3mm


- En los aceros, existen una fase de transicin, donde el material cambia su

capacidad de deformarse, o sea, pasa de dctil a frgil. Cuando se

recuperaron partes del casco del malogrado Titanic, se realizaron los ensayos

para determinar la temperatura de transicin del acero utilizado, determinando

que era -15 C. As que el empleo de ese material, la temperatura del agua por

donde andaban, adems de otros detalles estructurales como las uniones

entre planchas, provoc la ruptura del casco, y el hundimiento del barco. La

culpa no fue solamente el choque contra el iceberg.


Solubilidad y soluciones slidas

Cuando se mezclan diversos componentes o materiales, como por ejemplo

cuando se agregan elementos aleantes a un metal, se pueden formar

soluciones slidas o lquidas.


Solucin slida:

Fase slida formada por la combinacin de dos o ms elementos que estn

atmicamente dispersos, formando una nica estructura (fase) y de

composicin variable (por ser una solucin, hay un rango de solubilidad).

Solubilidad de soluciones slidas:

Solubilidad total (completa)

Solubilidad parcial o limitada

Insolubilidad total

Mezcla: formada por dos o ms fases, cuyas caractersticas se mantienen

cuando se forma la mezcla.


a) Solubilidad total b) solubilidad limitada c) insolubilidad total


a) y b) Cu y Ni lquidos son totalmente solubles entre s, las aleaciones

slidas de Cu y Ni tienen solubilidad completa c) En aleaciones Cu y Zn que

contienen ms de 30% de Zn se forma una segunda fase por la solubilidad

limitada del Zn en el Cu


Lmite de solubilidad

Para una temperatura especfica, existe una concentracin mxima de

tomos de soluto que se disuelven en el disolvente para formar una solucin

slida.

Solubilidad del azcar en un jarabe de agua azucarada


TIPOS DE SOLUCION SOLIDA

Es la fase cristalina nica y homognea que contiene dos o mas especies

qumicas, se dividen en dos tipos:

a) INTERSTICIALES

Cuando el tomo de soluto es lo bastante pequeo para ocupar espacios

abiertos entre tomos adyacentes en la estructura cristalina se forma una

SOLUCION SOLIDA INTERSTICIAL.

b) SUSTITUCIONAL.

Es cuando los tomos del soluto se encuentra en alguno de los puntos

reticulares del solvente, siendo la distribucin al azar.


Solucin slida sustitucional: los

tomos de B ocupan posiciones de

la red A

Solucin slida intersticial: los

tomos B ocupan posiciones

intersticiales de la red A


Un diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones en

cualquier combinacin de temperatura y composicin de la aleacin.

Se tienen 3 tipos de diagramas:

Tipo I: Solubilidad total al estado slido y liquido

Tipo II: Solubilidad total al estado liquido e insolubilidad al estado

slido

Tipo III: Solubilidad total al estado liquido y solubilidad parcial al

estado slido.


Tipo I: Solubilidad total al estado slido y liquido


a) Temperatura liquidus y solidus

b) Fases presentes

c) Composicin de cada fase

d) Cantidad de cada fase (regla de

la palanca)

e) Solidificacin de aleaciones

Informacin de los diagramas de fases


a) Temperatura liquidus y solidus

La temperatura liquidus o de

lquido se define como aquella

arriba de la cual un material es

totalmente lquido.

La temperatura solidus o de

slido, es aquella por debajo de la

cual esa aleacin es 100% slida

La diferencia de temperaturas entre

la de lquido y la de slido es el

intervalo de solidificacin de la

aleacin


b) Fases presentes

El diagrama de fases puede

considerarse como un mapa

de caminos; si se conocen las

coordenadas, temperatura y

composicin de la aleacin,

se pueden determinar las

fases que se encuentren

presentes.



Cada fase presente en una aleacin

tiene una composicin, expresada

como el porcentaje de cada elemento

en la fase.

Cuando se encuentra presente slo

una fase en la aleacin, la

composicin de la fase es igual a la

composicin general de la aleacin.

Cuando coexisten dos fases, como

lquido y slido, la composicin de

ambas difiere de la composicin

general original.

Usualmente la composicin est

expresada en porcentaje en peso.



Se utiliza una lnea de enlace o

isoterma para determinar la

composicin de las dos fases

Una lnea de enlace o isoterma es

una lnea horizontal en una regin

de dos fases, que se traza a la

temperatura de inters.

Los extremos de la isoterma

representan la composicin de las

dos fases en equilibrio.


Ejemplo:

Determine la composicin de cada fase en una aleacin Bi 50% Sb a

550 C, 400 C, 350 C y 300 C


d) Cantidad de cada fase (regla de la palanca)

Conocer las cantidades relativas de cada fase presentes en la aleacin

Considere el diagrama de fases

del cobre-nquel y la aleacin de

composicin C0 a 1250C, donde

C y CL representan la

concentracin de nquel en el

slido y en el lquido y W y WL

las fracciones de masa de las

fases presentes.


La deduccin de la regla de la palanca se fundamenta en dos expresiones de

conservacin de la masa:

En primer lugar, tratndose de una aleacin bifsica, la suma de las fracciones

de las fases presentes debe ser la unidad:

1WW L

En segundo lugar, las masas de los componentes (Cu y Ni) deben coincidir

con la masa total de la aleacin

0LL CCWCW

Las soluciones simultneas de estas dos ecuaciones conducen a la

expresin de la regla de la palanca para esta situacin particular

L

0L

CC

CCW

L

L0

CC

CCW


En general, la regla de la palanca se puede enunciar como:

100xenlacedelnealadetotallongitud

opuestopalancadebrazofasedePorcentaje

Se puede aplicar la regla de la palanca en cualquier regin de dos fases de

un diagrama de fases binario.

Se utiliza para calcular la fraccin relativa o porcentual de una fase en una

mezcla de dos fases.

Los extremos de la palanca indican la composicin de cada fase (es decir,

la concentracin qumica de los distintos componentes)


Ejemplos:

1. Con el diagrama de equilibrio Cu-Ni

que se adjunta, describir el enfriamiento

lento de una aleacin de 30% de Ni y

determinar su composicin a 1200 C.

2. Una aleacin compuesta de 2 kg de

Cu y 2 kg de Ni se fundi y

posteriormente se enfri lentamente

hasta 1300 C. Utilizando el diagrama

de equilibrio Cu-Ni, calcular la

concentracin y el peso de las fases

presentes a dicha temperatura.

3. En el sistema Cu-Ni, haga el anlisis

de fase para una aleacin 50% de Cu a:

1400 C, 1300 C, 1200 C y 1100 C.


Ejemplo

Para las aleaciones NiO-30% mol MgO, NiO-45% mol MgO y NiO-85% mol MgO

a) Determinar la temperatura liquidus, solidus y el intervalo de solidificacin

b) Determine las fases presentes, la composicin y cantidad de cada fase a 2400 C


Ejemplo

Considere una aleacin, cuya composicin promedio contienen 60% de

antimonio. Comenzando a 550 C y a intervalos de 50 C, hasta 300 C,

suponiendo que prevalecen condiciones de equilibrio, determine: (a) Las fases

presentes (b) La composicin y cantidad de cada fase (c) La microestructura


Tipo II: Solubilidad total al estado liquido e insolubilidad al

estado slido

Tcnicamente no existe ningn par de metales que sean totalmente insolubles uno en

otro. Sin embargo, en algunos casos la solubilidad es tan limitada que prcticamente

pueden considerarse como insolubles.


El punto de interseccin de las

lneas liquidus, se denomina

punto eutctico.

E

La temperatura correspondiente a este punto, se llama temperatura de solidificacin

del eutctico

La composicin 40%A-60%B, correspondiente a este punto, se conoce como

composicin eutctica.


Cuando el lquido de composicin eutctica se enfra lentamente hasta la

temperatura eutctica, la fase lquida se transforma simultneamente en

dos fases slidas. Esta transformacin se conoce como reaccin eutctica y

se escribe:

BslidoAsoldoLquidoeutcticaatemperatur

toenf riamien


Aleacin 1: aleacin eutctica

Aleacin 3: aleacin hipoeutctica

Aleacin 2: aleacin hipereutctica


a) Microestructura enfriamiento lento Aleacin 1


b) Microestructura enfriamiento lento Aleacin 2


c) Microestructura enfriamiento lento Aleacin 3


Tipo III : Totalmente soluble al estado lquido y parcialmente solubles

al estado slido

Ing. Mec Elect.

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