Diagrama de fase FISICO QUIMICA
INTRODUCCIÓN Como las propiedades de un material depende del tipo, número, cantidad y forma de las las fases fases presen presentes tes,, y puede pueden n cambia cambiarse rse altera alterand ndo o estas estas cantid cantidad ades, es, es esencial conocer:
a)
Las Las con condi dici cion ones es bajo bajo las las cua cuale les s exi exist sten en esta estas s fas fases es y;
b)
Las Las con condi dici cion ones es bajo bajo las las cua cuale les s ocu ocurr rrir irá á un camb cambio io en la fase fase..
Si ha acumulado ran informaci!n respecto a los cambios de fase, en muchos sistemas de aleaciones, y la mejor manera de reistrar estos casos es por medio de diar diaram amas as de fase, fase, o tambi" tambi"n n conoci conocido do como como diara diarama mas s de e#uil e#uilibr ibrio io o constitucionales.
$ara $ara especi especific ficar ar el estad estado o de e#uili e#uilibri brio o es necesa necesario rio especi especific ficar ar % &aria &ariabl bles es indepen independien dientes, tes, #ue pueden pueden controla controlarse rse externam externamente ente,, #ue son: temperat temperatura, ura, presi! presi!n n y compo composic sici! i!n. n.
Si se supon supone e #ue la presi! presi!n n es constan constante te con &alor &alor
atmosf"rico, entonces entonces nos #uedará en el diarama diarama temperatura temperatura y composici!n. composici!n. 'l diarama es una representaci!n ráfica de un sistema de aleaci!n. aleaci!n.
(dealmente, el diarama de fase deberá mostrar las relaciones entre las fases bajo condiciones de e#uilibrio, o sea, bajo condiciones en las cuales no habrá cambio con el tiempo. Las condiciones condiciones de e#uilibrio pueden ser aproximadas aproximadas por medio de calentamiento y enfriamiento extremadamente lentos, de modo #ue se tena tiempo si un cambio cambio de fase está por ocurrir. ocurrir. 'n la práctica, los cambios cambios de fase fase tien tiende den n a ocur ocurri rirr a temp temper erat atur ura a lie liera rame ment nte e mayo mayore res s o meno menore res, s, dependi dependiendo endo de la rapide rapide a l #ue la aleaci!n aleaci!n se calienta calienta o enfr*a. enfr*a. La rápida rápida &ariaci!n en la temperatura, #ue puede impedir cambios de fase #ue normalmente ocurrir*a ocurrir*an n bajo condiciones condiciones de e#uilibri e#uilibrios, os, distorsio distorsionará nará y a &eces &eces limitará limitará la aplicaci!n de estos diaramas.
1
Diagrama de fase FISICO QUIMICA Las mas importantes aleaciones binarias, las cuales pueden clasificarse como siue son:
+.
Componentes completamente solubles en estado l*#uido: a.
Completamente soluble en estado s!lido tipo ();
b.
(nsoluble en estado s!lido: la reacci!n eut"ctica tipo (();
c.
$arcialmente soluble en estado s!lido: la reacci!n eut"ctica tipo ((();
/.
d.
-ormaci!n de una fase intermedia de fusi!n conruente tipo (); y
e.
La reacci!n perit"ctica tipo )
Componentes parcialmente solubles en estado l*#uido: la reacci!n monot"ctica tipo ()
%.
Componentes insolubles en estado l*#uido e insolubles en estado s!lido tipo (()
0.
1ransformaciones en estado s!lido: a.
Cambio alotr!pico
b.
2rden 3 desorden
c.
La reacci!n eutectoide, y
d.
La reacci!n peritectoide.
2
Diagrama de fase FISICO QUIMICA
DIAGRAMA DE FASE
I.
OBJETIOS 4ediante el análisis t5rmico obtener cur&as de enfriamiento #ue nos permitan comprender el comportamiento de una aleaci!n a diferentes porcentajes de los respecti&os componentes.
II.
FUNDAMENTO TEÓRICO Aleación: 's una sustancia #ue tiene propiedades metálicas y está constituido por dos o más elementos #u*micos, de los cuales por lo menos uno es metal. 6n sistema de aleaci!n contiene todas las aleaciones #ue pueden f ormarse por &arios elementos combinados en todas las proporciones posibles.
Las aleaciones pueden clasificarse de acuerdo a su estructura, en tanto #ue los sistemas de aleaci!n completos pueden clasificarse seún el tipo de su e#uilibrio o de diarama de fase.
Diagrama de fase Como las propiedades de un material dependen ampliamente del tipo, número, cantidad y forma de las fases presentes, y pueden cambiarse alterando estas cantidades, es esencial conocer las condiciones bajo las cuales existen estas fases y las condiciones bajo las cuales ocurrirá un cambio de fase.
!
Diagrama de fase FISICO QUIMICA 7ran cantidad de informaci!n se ha acumulado respecto a los cambios de fase, en muchos sistemas de aleaciones, y la mejor manera de reistrar los datos es por medio de diaramas de fase.
$ara especificar por completo el estado de un sistema en e#uilibrio, es necesario especificar tres &ariables independientes, mismas #ue pueden controlarse externamente, #ue son la temperatura, presi!n y composici!n. Si se supone #ue la presi!n permanece constante con &alor atmosf"rico, el diarama de e#uilibrio indicará los cambios estructurales debidos a la &ariaci!n de temperatura y composici!n. 'l diarama es, esencialmente, una representaci!n ráfica de un sistema de aleaci!n.
La rápida &ariaci!n en la temperatura, #ue puede impedir cambios de fase #ue normalmente ocurrir*an bajo condiciones de e#uilibrio, distorsionará y a &eces limitará la aplicaci!n de estos diaramas.
Diagrama de fases eutéctico.
'n el diarama de fase de este tipo, los puntos de fusi!n de los / metales puros se indican como 1 8 y 19 respecti&amente. La l*nea li#uidus es 1 8'19 y la l*nea solidus es 1 8-'19. Las áreas de fases únicas deben marcarse primero. $or encima de la l*nea l*#uidus basy solo una soluci!n l*#uida de fase única. 'n las aleaciones en este sistema, los cristales de 8 o 9 puro nunca solidifican, sino #ue siempre solidifican una aleaci!n o una mecla de aleaciones. Lueo se marcan las áreas de las fase única alfa y la soluci!n s!lida beta. Como estas soluciones s!lidas están pr!ximas a los ejes, se conocen como soluciones s!lida terminales. Las áreas restantes de dos fases pueden marcarse como l*#uido más alfa, l*#uido más beta y alfa más beta. 'n 1 la soluci!n s!lida alfa disuel&e un máximo de / de beta, como se muestra en el punto -, y la soluci!n s!lida beta un máximo de + de 8, como se aprecia en el punto 7. con la disminuci!n de la temperatura, la cantidad máxima de soluto #ue puede disol&erse disminuye, como lo indican las l*neas -< y 7=, las cuales se llaman l*neas sol&us e indican la solubilidad máxima soluci!n saturada) de 9 en la soluci!n alfa o de 8 en 9 soluci!n beta) como
"
Diagrama de fase FISICO QUIMICA funci!n de la temperatura. 'l punto ', donde se intersecan en un m*nimo de l*neas li#uidus, se conoce como punto eut"ctico.
"
Líquido (1 fase) ! Líquidus a r u t a r E e p m e +
Líquido + α (2 fases)
Líquido +β
α (1 fase)
Punto Eutéctico
α + β (2 fases)
Solvus
Composición porcentae en peso de ! "
1#
2#
) s e s β a f 1 (
$#
%#
&#
'#
#
Solvus #
*&
!
Diagrama de Fase
Líquidus 'n un diarama de fase es el luar eom"trico de todos los puntos #ue representan las temperaturas a las cuales di&ersas composiciones terminan de conelar al enfriar o empiean a fundir al calentar.
Solvus 'n un diarama de fase de e#uilibrio, es el luar eom"trico de todos los puntos #ue representan las temperaturas a las #ue di&ersas composiciones de las fases s!lidas coexisten con otras fases s!lidas, es decir, los l*mites de solubilidad s!lida.
Propiedades de los sistemas de aleación eutéctica 'n los sistemas se muestra #ue hay una relaci!n lineal entre los constituyentes #ue aparecen en la microestructura y la composici!n de la aleaci!n para un
#
Diagrama de fase FISICO QUIMICA sistema eut"ctico. 'sto parecer*a indicar #ue las propiedades f*sicas y mecánicas de un sistema eut"ctico tambi"n deben mostrar una &ariaci!n lineal, en la práctica. Sin embaro, es raro encontrar este comportamiento ideal. Las propiedades de cual#uier aleaci!n multifásica dependen de las caracter*sticas indi&iduales de las fases y la forma en #ue estas últimas se hallan distribuidas en la microestructura. 'sto es particularmente cierto para sistemas de aleaci!n eut"ctica. La resistencia, durea y ductibilidad se relacionan con el tama>o, número, distribuci!n y propiedades de los cristales de ambas fases.
'l aumento de la rapide de enfriamiento puede resultar una mecla aut"ctica más fina, mayor cantidad de mecla eut"ctica y ranos primarios más pe#ue>os, los #ue a su &e influirán.
III.
CONSIDERAB$EMENTE EN $AS %RO%IEDADES MEC&NICAS. Plomo: 'ntre las principales propiedades del plomo se encuentran peso ele&ado, alta densidad, sua&idad,
maleabilidad, bajo punto de fusi!n y baja resistencia
mecánica, además, tiene propiedades de lubricaci!n, baja conducti&idad el"ctrica, alto coeficiente de expansi!n y alta resistencia a la corrosi!n.
Estaño: 's un metal blanco y sua&e #ue tiene resistencia a la corrosi!n y buenas propiedades de lubricaci!n. Sufre una transformaci!n polim!rfica desde la estructura normal tetraonal esta>o blanco) hasta una forma cúbica esta>o ris) a una temperatura de ??.@A-. 'sta transformaci!n se acompa>a de un cambio en densidad desde B.% hasta ?.B?, y la expansi!n resultante da luar a la desinteraci!n del metal a un pol&o rueso; sin embaro la transformaci!n es muy lenta y se necesita un considerable subenfriamiento para iniciarla. Las impureas comunes en el esta>o tienden a retrasar o inhibir el cambio, as* #ue, en condiciones ordinarias, la transformaci!n no tiene importancia práctica.
'
Diagrama de fase FISICO QUIMICA Sistema plomo estaño 's un sistema eut"ctico simple con el punto eut"ctico localiado en +.D de esta>o y %+A-. aun#ue las aleaciones plomo 3 esta>o se utilia más por su caracter*stica de fusi!n, como en soldadura, el esta>o tambi"n incrementa la durea y la resistencia.
Las aleaciones #ue contienen +.D de Sn tiene la composici!n eut"ctica. $or encima de +@%AC la aleaci!n es totalmente l*#uida y por ello debe contener +.D de Sn. Eespu"s de #ue el l*#uido se enfr*a a +@%AC se inicia la reacci!n eut"ctica. Se forman dos soluciones alfa y beta, durante las reacciones eut"ctias las composiciones de las dos soluciones s!lidas están representadas por los extremos de las l*neas eut"cticas.
Eurante la solidificaci!n, el crecimiento del eut"ctico re#uiere tanto la remoci!n del calor latente de fusi!n como de la redistribuci!n de los dos tipos de átomo por difusi!n puesto #ue la solidificaci!n ocurre completamente a +@%AC, la cur&a de enfriamiento es similar a la de un metal puro, esto es una meseta t"rmica y ocurre a la temperatura eut"ctica. $ara #ue los átomos se redistribuirán durante la solidificaci!n eut"ctica, se debe desarrollar una microestructura caracter*stca. 'n el sistema plomo 3 esta>o, las fases s!lids alfa y beta forman al l*#uido en un arrelo laminar o de plata. La estructura laminar permite a los átomos de $b y Sn mo&erse a tra&"s del l*#uido, en el cual es fácil la difusi!n, sin tener #ue desplaarse una fase considerable. 'l producto de la reacci!n es única y caracter*stica de las / fases s!lidas llamadas microcunstituyentes eut"cticas en la aleaci!n $b 3 +.D Sn. Se forma el + de microconstituyentes eut"ctico puesto #ue todo l*#uido pasa a tra&"s de la reacci!n. Cuando se enfr*a aleaci!n #ue contiene entre el +D./ F +.D de Sn, el l*#uido se empiea a solidificar a la temperatura del l*#uido. Sin embaro la solidificaci!n se completa por medio de la reacci!n eut"ctica. 'sta secuencia de solidificaci!n ocurre cada &e #ue la l*nea &ertical correspondiente a la composici!n oriinal a la aleaci!n crua tanto los l*#uidos como el eut"ctico.
(
Diagrama de fase FISICO QUIMICA Las aleaciones con composici!n entre +D./ F +.D de Sn, se denominan aleaciones bipoeut"cticos o aleaciones #ue contienen menos de la cantidad eut"ctica de esta>o. 6na aleaci!n a la derecha de la composici!n eut"ctica entre el +.D y el DB.? de Sn, es bipereut"ctica.
I.
COORDENADA DE $OS DIAGRAMAS DE FASE $or lo eneral se rafican con la temperatura AC, A-) como la ordenacia y la composici!n de la aleaci!n como porcentaje en peso), como la abscisa. $ara ciertas in&estiaciones cient*ficas, se expresa la composici!n en porcentaje at!mico.
(ndependientemente de la escala escoida para la temperatura o la composici!n, no habrá diferencia en la forma del diarama de fase resultante.
.
M)TODOS E*%ERIMENTA$ES Los datos para construir diaramas de e#uilibrio se determinan experimentalmente por di&ersos m"todos, entre los cuales los más comunes son:
+
Diagrama de fase FISICO QUIMICA i. An!lisis "érmico: 'ste es el m"todo más usado, cuando se hace un diarama de temperatura contra tiempo, a composici!n constante, la cur&a mostrará un cambio de pendiente cuando ocurre un cambio de fase. 'ste m"todo parece ser mejor par determinar la temperatura de solidificaci!n inicial y final.
ii. #étodos #etalogr!ficos. 'stos consisten en calentar muestras de una aleaci!n a diferentes temperaturas, esperando #ue el e#uilibrio se estableca y entonces se enfr*an rápidamente para retener su estructura de alta temperatura. 'ntonces las muestras se analian al microscopio.
's complicado aplicar este m"todo a metales a altas temperaturas, ya #ue las muestras enfriadas rápidamente no siempre retienen su estructura de alta temperatura.
iii. Difracción de $a%os &.
'ste m"todo mide las dimensiones de la red,
indicada la aparici!n de una nue&a fase, ya sea por el cambio en las dimensiones de la red o por la aparici!n de una nue&a estructura cristalina.
'onceptos Previos
Línea Líquidus. 's la l*nea superior, obtenida al unir los puntos #ue muestran el inicio de la solidificaci!n.
Línea solidus. 's la l*nea inferior, obtenida al unir los puntos #ue muestran el final de la solidificaci!n.
8l marcar diaramas de e#uilibrio, es una práctica común representar las solucione s!lidas y alunas &eces las aleaciones intermedias con letras rieas. Las letras mayúsculas, como 8 y 9, se usarán para representar los metales puros.
,
Diagrama de fase FISICO QUIMICA 8lunas &eces es deseable conocer la composici!n #u*mica real y las cantidades relati&os de los dos fases presentes. $ara determinar esta informaci!n, es necesario aplicar dos relas.
Regla I: Composición Química de las fases. $ara determinar la composici!n #u*mica real de las fases de una aleaci!n, en e#uilibrio a cual#uier temperatura espec*fica en una rei!n bifásica, se traa una l*nea horiontal para la temperatura, llamada l*nea &*nculo, a las fronteras del campo. 'stos puntos de intersecci!n se abaten a la l*nea base y la composici!n se lee directamente.
"
Líquido (1 fase) !
Líquidus Líquido + α
a r u t a r E e p m e +
Líquido
2 fases
+
α β
1 fase
Punto
) s e s a f 1 (
Eutéctico
α + β 2 fases
Solvus
Composición porcentae en peso de ! "
1#
2#
$#
%#
&#
'#
#
Solvus #
*&
!
Diagrama de Fase
'n la fi. a, consid"rese una aleaci!n constituida por @ 8 3 / 9 a la temperatura 1. Se encuentra en una rei!n de dos fases. 8plicando la rela (; se dibuja la l*nea &*nculo GmoH a las fronteras del campo. 'l punto GmH, la intersecci!n de la l*nea &*nculo con la l*nea s!lidos, cuando se abate a la l*nea base, da la composici!n de la fase #ue existe en esa frontera. 'n este caso, la fase es la soluci!n s!lida a de composici!n D 8 3 + 9. 8simismo, el punto G2H, cuando se abate a la l*nea base,
1-
Diagrama de fase FISICO QUIMICA dará la composici!n de la otra fase #ue constituye la mecla, en este caso, la composici!n de la soluci!n l*#uida es B0 8 3 / 9.
Regla II. Cantidades relativas de cada fase. $ara determinar las cantidades relati&as de las dos fases en e#uilibrio, a cual#uier temperatura espec*fica en una rei!n bifásica, se traa una l*nea &ertical #ue representa la aleaci!n y una l*nea horiontal como la temperatura), a los l*mites del campo. La l*nea &ertical di&ide a la horiontal en dos partes cuyas lonitudes son in&ersamente proporcional a la cantidad de fases presentes. 'sta tambi"n se conoce como rela de la palanca. 'l punto donde la l*nea &ertical intersecta a la horiontal fulcro, o eje de oscilaci!n.
se considerará como el
Las lonitudes relati&as de los braos de palanca
multiplicadas por las cantidades de fases presentes deben balancearse.
'n la fiura a, la l*nea &ertical, es la aleaci!n / 9, di&ide a la l*nea horiontal en dos partes: mn y no. Si se toma mo para representar el +, el peso total de las dos fases presentes a 1, la rela de la palanca puede expresarse como: L*#uido porcentaje) I porcentaje) I
no mo
mn mo
x +
x +
Si la l*nea &*nculo se elimina del diarama fase y se insertan lo &alores num"ricos, esta aparecerá como se muestra en la -i. b.
8l aplicar las ecuaciones
mencionadas en el párrafo anterior, se tiene:
L*#uido porcentaje) I porcentaje) I
$ara resumir
' 1'
1# 1'
x+ I /.?
x + I %B.?
ambas relas, la aleaci!n de composici!n @ 8 3 / 9 a la
temperatura 1 consta de una mecla de dos fases. 6na es una soluci!n l*#uida de composici!n B0 8 3 / 9 #ue constituye el /.? de todo el material presente y la
11
Diagrama de fase FISICO QUIMICA otra una soluci!n s!lida de composici!n / 8 3 + 9 #ue comprende hasta el %B.? de todo el material presente.
Lo #ue se ha realiado en el laboratorio es del tipo (((.
Tipo III. Dos metales completamente solubles en el estado líquido pero sólo parcialmente solubles en el estado sólido.
'ste tipo es el más común y por tanto, el más importante sistema de aleaci!n. 'l diarama de fase de este tipo se muestra en la -i. +. los puntos de fusi!n de los dos metales puros se indican en los puntos 1 8 y 19, respecti&amente. La l*nea l*#uidos es 1 8 '19 y la l*nea s!lidos es 1 8 -'719. Las áreas de fase única deben marcarse primero. $or encima de la l*nea l*#uidos hay s!lo una soluci!n l*#uida de fase única. 'n los puntos de fusi!n, donde se intersectan las l*neas l*#uidas y s!lidas, el diarama es semejante a uno en forma de puro del tipo ( solubilidad s!lida completa), y como estos metales son solubles parcialmente en el estado s!lido, debe formarse una soluci!n s!lida. 'n las aleaciones en este sistema, los cristales de 8 puro o de 9 puro nunca solidifican, sino #ue siempre solidifican una aleaci!n o una mecla de soluciones. 8hora pueden marcarse las áreas de la fase única α y de la soluci!n s!lida β. Como estas soluciones s!lidas están pr!ximas a los ejes, se conocen como soluciones s!lidas terminales. Las áreas restantes de dos fases pueden marcarse ahora como l*#uido J α, l*#uido J β. 'n 1', la soluci!n s!lida α disuel&e un máximo de / de 9, como se muestra en el punto -, y la soluci!n s!lida 9 una máxima de + de 8, como se &e en el punto 7. Con la disminuci!n de la temperatura, la cantidad máxima de soluto #ue puede disol&erse disminuye, como lo indican las l*neas -< y 7(, las cuales se llaman l*neas sol&us e indican la solubilidad máxima soluci!n saturada) de 9 en 8 soluci!n α) o de 8 en 9 soluci!n β) como funci!n de la temperatura. 'l punto ', donde se intersectan en un m*nimo las l*neas l*#uidos, como en el tipo ((, se conoce como el punto eut"ctico. 8hora se estudairá el entramiento lento de &arias aleaciones.
La aleaci!n + -i. /). Constituida por D? 8 3 ? 9, cuando se enfr*a lentamente siue un proceso exactamente iual al de cual#uier aleaci!n del tipo (. Cuando la
12
Diagrama de fase FISICO QUIMICA l*nea l*#uida se crua en 1 +, comenará a solidificar, formando cristales de soluci!n s!lida α extremadamente ricos en 8.
'ste proceso continúa, con el l*#uido
haci"ndose más rico en 9 y mo&i"ndose hacia abajo radualmente a lo laro de la l*nea l*#uidus. La soluci!n s!lida α, tambi"n haci"ndose más rica en 9, se mue&e hacia abajo a lo laro de la l*nea solidus. Cuando finalmente la l*nea solidus se crua en 10 y con la difusi!n conser&ando el mismo ritmo con el crecimiento del cristal, el s!lido total será una soluci!n s!lida α homo"nea y permanecerá de esa manera hasta llear a la temperatura ambiente. La fiura muestra el proceso de solidificaci!n y la cur&a de enfriamiento para esta aleaci!n.
La aleaci!n /, % 8 3 B 9, es la composici!n eut"ctica y permanece l*#uida hasta #ue la temperatura eut"ctica se alcana en el punto '. Como "sta es tambi"n la l*nea solidus, el l*#uido sufre ahora la reacci!n eut"ctica, a temperatura constante, formando una mecla muy fina de dos s!lidos. Los s!lidos #ue forman eut"ctica están dados por los extremos de la l*nea de temperatura eut"ctica composici!n - y
β de composici!n 7. La reacci!n eut"ctica puede escribirse
enfriamiento
α + β
Líquido calentamiento
1!
mezcla eutéctica
Diagrama de fase FISICO QUIMICA 'sta reacci!n es la misma #ue ocurri! en el diarama
del tipo ((, excepto
sustituci!n de soluciones s!lidas por metales puros. Las cantidades relati&as y β en la mecla aut"ctica pueden determinarse mediante la rela (( rela palanca): α ( porcentaje)
β ( porcentaje)
EG =
FG
=
2#
x1##
=
#
x1##
&#
EF x1## FG
=
#
2-',
=
x1##
1-%,
=
Eebido al cambio de la solubilidad de 9 en 8 l*nea -<) y de 8 en 9 l*nea habrá un liero cambio en las cantidades relati&as de α y de β cuando la aleaci!n enfr*e a temperatura ambiente.
Las cantidades relati&as de α y β a temperatura
ambiente son:
α ( porcentaje)
β ( porcentaje)
2&
KJ
=
=
x1## HJ
=
HK x1## HJ
&
x1##
'# =
&
=
x1##
2*-%,
=
#-',
La fiura muestra la mecla aut"ctica. K!tese la semejana #ue hay entre esta fiura y la mecla eut"ctica formada del tipo ((.
Eesde el punto de &ista
microsc!pico, no es posible decir si la mecla eut"ctica esta formada por dos solucione s!lidas o por dos metales puros.
La aleaci!n %, 8 3 0 9, permanece l*#uida hasta #ue la l*nea li#uidus se alcana en 1%.
'l l*#uido empiea a solidificar cristales de soluci!n s!lida α
primaria o proeut"ctica muy rica en 8. 8 medida #ue la temperatura disminuye, el l*#uido se hace más rico en 9, mo&i"ndose radualmente hacia abajo y a la derecha a lo laro de la l*nea li#uidus hasta #ue alcana el punto '. 8l examinar las condiciones #ue existen arriba de la temperatura eut"ctica 1 ', se &e #ue hay dos fases:
-ases
L*#uida
1"
α primaria
Diagrama de fase FISICO QUIMICA Composici!n #u*mica
% 8 3 B 9
@ 8 3 / 9
Cantidades relati&as
0
Como el l*#uido restante 0) está en el punto ', la temperatura y composici!n correctas para formar la mecla eut"ctica, ahora se solidifica, formando alternati&amente cristales de α y β de la composici!n #ue aparece en los extremos de la l*nea de temperatura eut"ctica puntos - y 7). La temperatura no desciende hasta #ue la solificaci!n termina, y cuando lo está, la microestructura aparece como se muestra en la fiura. K!tese la semejana en microestructuras #ue existe entre esta aleaci!n y la fiura.
8 medida #ue la aleaci!n se enfr*a a temperatura
ambiente por el cambio en solubilidad indicada por la l*nea de sol&us -<, alún exceso de β se precipita de la soluci!n. 'l proceso de solidificaci!n y la cur&a de enfriamiento para esta aleaci!n se muestra en la fiura.
La aleaci!n 0, @? 8 3 +? 9, siue el mismo proceso descrito para la aleaci!n +. la fiura muestra la microestructura a &arias temperaturas y la cur&a de enfriamiento para esta aleaci!n. La solidificaci!n empiea en 1 / y termina en 1 ?, cuyo s!lido resultante es una fase homo"nea única: la soluci!n α. 'n el punto 4, la soluci!n es insaturada.
La l*nea sol&us -<, como se explic! anteriormente, muestra el
decremento en solubilidad de 9 en 8 con la disminuci!n de temperatura. 8 medida #ue la soluci!n se enfr*a, la l*nea de sol&us se alcana en el punto K. La soluci!n α se satura ahora de 9. Eebajo de esta temperatura, en condiciones de enfriamiento lento, el exceso de 9 debe salir de la soluci!n.
Como 8 es soluble en 9, el
precipitado no sale como el metal puro 9, sino como la soluci!n s!lida β.
8
temperatura ambiente, la aleaci!n consistirá, randemente, en α, con una pe#ue>a cantidad en exceso de β, principalmente a lo laro de las fronteras de rano. 'l lector debe determinar la cantidad en exceso de β mediante la rela de la palanca en la l*nea <=.
Si la fase β es relati&amente fráil, la aleaci!n no será muy fuerte o dúctil. La resistencia de una aleaci!n en ran medida está determinada por la fase continua por toda la aleaci!n. 'n este caso, aun#ue la soluci!n β constituye s!lo alrededor del ? de la aleaci!n, existe como una red continua a lo laro de la fronteras de
1#
Diagrama de fase FISICO QUIMICA rano. $or tanto, la aleaci!n tenderá a romperse a lo laro de estas fronteras; sin embaro, esta aleaci!n puede sufrir un cambio sinificati&o en resistencia y durea despu"s de tratarse t"rmicamente en forma adecuada.
La fiura muestra el diarama de e#uilibrio plomo 3 esta>o y fotomicroraf*as de &arias aleaciones en este sistema. La aleaci!n + con B de esta>o, está a la derecha de la composoci!n eut"ctica. La microestructura consta de dendritas β primarias blanco) rodeadas por la mecla aut"ctica.
La aleaci!n / es la
composici!n eut"ctica y consta por completo de una mecla muy fina de soluciones s!lidas α y β.
$or su parte, las aleaciones % y 0, con y ? de esta>o,
respecti&amente, consta de dendritas de la soluci!n s!lida α primaria rica en plomo nero), rodeada por la mecla eut"ctica, y la cantidad de αaumenta a medida #ue la composici!n se mue&e a la i#uierda.
%ROCEDIMIENTO 4ateriales:
$b 3 Sn
4echero
9aueta
$inas
Linotera
1erm!metro
Soporte uni&ersal
Eesarrollo del experimento: 'sta parte del procedimiento está descrita en el manual del laboratorio y por ser repetiti&o, decidimos ob&iarlo.
1'
Diagrama de fase FISICO QUIMICA
CONC$USIONES
Se obser&a una diferencia entre el punto eut"ctico experimental con el te!rico, se debe a #ue los metales empleados tienen impureas, y por descuido del operador #ue no toma los datos en su debido tiempo.
K!tese #ue sobre un amplio inter&alo de composiciones, una porci!n de la cur&a de enfriamiento #ue muestra el final de la solidificaci!n se presenta a una temperatura fija. 'sta l*nea horiontal más baja es 1', se conoce como temperatura eutectica.
'l diarama de fase obtenido de la aleaci!n binaria $b Sn se muestra como una placa superpuesta sobre el diarama te!rico. 'n el diarama experimental obser&amos #ue la l*nea de li#uidus está por debajo de la te!rica y #ue la l*nea de solidus no es exactamente una recta.
'ste sistema es la base de las aleaciones más usadas para la soldadura.
1(
Diagrama de fase FISICO QUIMICA
RECOMENDACIONES Ee los resultados obtenidos en las ráficas de las cur&as
.
de enfriamiento en alunas aleaciones no se pudo encontrar fácilmente los puntos #ue representa la temperatura en los cuales las di&ersas composiciones empiean a conelar, es decir la l*nea de li#uidus. 'sto se debi! a la mala estabiliaci!n de la temperatura en el proceso de aleaci!n es por eso recomendable lorar una buena estabiliaci!n de la temperatura para #ue as* el enfriamiento del sistema nos arroje buenos resultados.
's recomendable tener la mayor cantidad de cur&as de
.
enfriamiento, para #ue se asemeje más al diarama de fases te!rico.
Calentar la linotera antes de echar la soluci!n, por#ue
.
de lo contrario chispeará debido a la humedad del medio ambiente.
's
.
recomendable
pesar
la
muestra
despu"s
de
efectuada la aleaci!n y la respecti&a solidificaci!n pues los metales utiliados en el experimento no son del todo puros y a la hora de enfriarlos además de la aleaci!n se obtiene
escoria.
1+
Diagrama de fase FISICO QUIMICA
BIB$IOGRAFIA
Sydney <. 8&ner
(ntroducci!n a la 4etaluria -*sica Cap. (
8damson
u*mica -*sica
7ilbert M. Castellan
-*sico 3 u*mica
Chaussin
(ntroducci!n a la 4etaluria -Nsica
8.$.7uliáe&
4etaloraf*a tomo +y/)
1,
