INFORME DIAGRAMA DE FASETECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

Luis Fernando Guzmán Tamayo Cód. 20451317296Juan Diego Mora Prieto Cód. 20451317092Andrés Felipe Clavijo Tapia Cód. 20451317477Nicolás Espinosa Pino Cód. 20451425068

  

TUTOR: DIEGO CASTRO

 UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO – UANPROGRAMA INGENIERIA MECANICA

NEIVA, SEPTIEMBRE DE 2015

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

Introducción 3

Objetivos 4

1. Coordenadas de los diagramas de fases 5

2. Métodos experimentales

3. Tipo I (dos metales completamente solubles en los estados líquidos y sólidos) 6

4. Regla I: composición químicas de las fases 7

5. Regla II: cantidad relativa de cada fase 8

6. Conclusión

Bibliografía 9

OBJETIVOS

Interpretar y conocer un diagrama de fases para una sustancia pura a través de datos

experimentales, teóricos o a base de cálculos.

Comprender que son los diagramas de fases y su significado.

Aplicar la regla de las fases y regla de la palanca

INTRODUCCION

En el capítulo anterior se habló de que habían muchas posibilidades para la estructura de

una aleación, indicaba de qué dependían las propiedades de un material y que podían

cambiarse alterando las cantidades, para ello es esencial conocer: las condiciones bajo las

cuales existen estas fases y b) las condiciones bajo las culés ocurrirá un cambio de fase. De

esto se conoce gran cantidad de información pero la mejor forma de registrarla es por

medio de los diagramas de fase.

Para especificar el estado de un sistema en equilibrio es necesario conocer tres variables,

temperatura, presión y composición. La presión permanece constante con valor atmosférico

por tanto el diagrama indicara los cambios de temperatura y composición.

El diagrama deberá mostrar las relaciones en fases bajo condiciones de equilibrio, las

cuales pueden ser aproximadas por medio de calentamiento y enfriamiento extremadamente

lentos, lo que dará tiempo por si se forma una fase.

Condiciones de equilibrio entre fases en aleaciones binarias más importantes:

1. componentes completamente solubles en estado líquido:

a) componentes solubles en estado sólido (tipo I)b) insolubles en el estado sólido. La reacción eutéctica (tipo II)c) parcialmente solubles en el estado sólido.d) Formación de una fase intermedia de fusión congruente.e) La reacción peritectica.

2. Componentes parcialmente solubles en estado líquido: la reacción monotectica

3. Componentes insolubles en estado líquido e insolubles en estado solido

4. Transformaciones en el estado sólido:

a) Cambio alotrópicob) Orden-desordenc) La reacción eutectoided) La reacción peritectoide

1. COORDENADAS DE LOS DIAGRAMAS DE FASE

Para empezar nos indica que en gran mayoría se grafican con la temperatura en grados

Centígrados o Fahrenheit como la ordenada y la composición de la aleación en porcentaje

de peso como la abscisa. Los porcentajes para ciertas investigaciones científicas, es

conveniente expresarlo en porcentaje atómico.

Para convertir de porcentaje de peso a porcentaje atómico utilizamos las siguientes

formulas:

Donde, M= peso atómico del metal A N= peso atómico del metal B

X= porcentaje en peso del metal A, y Y= porcentaje en peso del metal B.

2. MÉTODO EXPERIMENTAL

Los datos para construir estos diagramas se consiguen por medio de métodos experimentales y se exponen a continuación:

1. Análisis térmicos:

Son los métodos que más se emplean cuando de hacer un diagrama temperatura contra tiempo a composición constante.

Este método parece ser el mejor para determinar la temperatura de solidificación inicial y final.

Los cambios de fase que ocurren solo en estado sólido, generalmente comprenden pequeños cambios de calor.

2. Método metalográfico:

Este método consiste en calentar muestras de una aleación a temperaturas distintas, esperando que se establezca un equilibrio para luego enfriarlo rápidamente donde el objetivo es conseguir su estructura de alta temperatura.

Estas muestras se analizan en microscopios.

El problema de este método es que las muestras no siempre retienen su estructura a altas temperaturas lo que nos obliga a tener una gran habilidad para la interpretación de la microestructura observada.

Este método mide las dimensiones de la red.

3. TIPO I (DOS METALES COMPLETAMENTE SOLUBLES EN LOS ESTADOS LÍQUIDOS Y SÓLIDOS)

Como los metales son completamente solubles en el estado sólido la fase

sustitucional seráel único tipo de fase que formara, esto se debe porque generalmente

los dos metales tienen la misma estructura cristalina con una diferencia en radios

atómicos de 8%.

Grafica 1

La grafica anterior es el resultado de trazar una serie de curvas de enfriamiento con

varias composiciones de metal A y B, es decir, diferentes porcentajes tanto de A como de B

pero siempre manteniendo el 100%. Estas curvas se grafican en dos ejes donde el eje

horizontal muestra línea de enfriamiento con respecto al tiempo y el eje vertical con

respecto a la temperatura. El inicio y el fin da la solidificación tiene lugar a una temperatura

constante; sin embargo como las temperaturas intermedias forman una solución solida, se

puede apreciar un cambio de pendiente en cada una de las líneas trazadas.

Para dar una idea de forma del diagrama de fase basta con unir los puntos de inicio de

solidificación, es decir, donde cambia la pendiente de arriba hacia abajo y de igual forma

unir los puntos de terminación de solidificación o nuevamente donde cambie la pendiente.

Grafica 2

Esta grafica muestra un diagrama de fase real donde se tomaron de las curvas de

enfriamiento como se explicaron con la grafica anterior. Al lado izquierdo esta

representado el metal puro A y al lado derecho el metal puro B. La temperatura como ya

antes dicho se representa en el eje vertical y en el eje horizontal se muestra la composición

en porcentajes de los metales a medida que cambia su temperatura. Este diagrama consta de

3 aéreas separados por dos líneas con inicio y fon en dos puntos, los puntos son T A y TB los

cuales representan el punto de congelación de los metales puros, la línea superior se llama

liquidus y es la frontera entre la fase liquida representada en el área de arriba y la fase

solida-liquida representada en el área del medio, la línea inferior se llama solidus y de igual

forma es la frontera de la fase solida-liquida con la fase solida. Las letras A y B nos van a

representar los metales puros a estudiar.

4. REGLA I: COMPOSICIÓN QUÍMICAS DE LAS FASES

Para encontrar la composición química real en cada fase se debe trazar una línea

horizontal desde el punto de estudio hasta que se intercepte con el eje horizontal quien nos

dará el dato de la composición real, esto hablando de la fases homogénea, pero en la región

bifásica se debe trazar una línea horizontal desde el punto de estudio donde uniremos las

dos líneas de solidus y liquidus, esta línea horizontal se llamara “Línea vinculo”.

Ejemplo:

Grafica 3

Considere una aleación constituida por 80A-20B a la temperatura T. La aleación está en

una región de dos fases. Aplicando la regla I. se debe dibujas la línea vinculo mo a las

fronteras del campo. El punto m, la intersección de la línea vinculo con la línea solidus,

cuando se abate lalínea base, da la composición de la fase que existe en esa frontera. En

este caso la fase es una solución solida de composición 90A-10B. A sí mismo, el punto o,

cuando se abate a la línea base, dará la composición de la otra fase que constituye la

mezcla, en este caso la composición en la solución liquida es 74A-26B.

5. REGLA II: CANTIDAD RELATIVA DE CADA FASE

Esta regla nos dice que debemos trazar una línea vertical que represente la aleación y

una horizontal que represente la temperatura, estas donde a los limites del campo. La línea

vertical contara a la horizontal en dos partes cuyas longitudes son inversamente

proporcionales a la cantidad de las fases presentes. El punto de intersección de las dos

líneas se le denomina Fulcro o eje de oscilación en un sistema de palancas.

Ejemplo:

En la gráfica 3 la línea vertical, que representa la aleación 20B, divide la vinculación

horizontal en dos partes: mn y no. Si se toma toda la longitud de las líneas de

vinculaciónmo para presentar el 100%, el peso total de la dos fases presentes a

temperaturas T, la regla de la palanca puede expresar matemáticamente como:

Si la línea vinculo se elimina del diagrama de fase y se interpreta los valores numéricos, esta apareceráasí:

Al aplicar las ecuaciones anteriores se tiene:

CONCLUSION

Podemos concluir que un diagrama de fase es de gran importancia, ya que gracias a él encontramos las condiciones en las cuales una sustancia existe como sólido, líquido o gas; teniendo en cuenta la temperatura, presión y composición del medio donde se encuentre.

BIBLIOGRAFIA

Introducción a la metalurgia física, SYDNEY H. AVNER, edición 2.

CHANG, Raymond; Fisicoquímica; Tercera Edición; Mc Graw Hill, México, 2008