Materia: Ciencia de los Materiales Complemento (Gráficos) - Clase de Diagramas de Fase

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CIENCIA DE LOS MATERIALES 2010

DIAGRAMAS DE FASES

1 Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial

Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires

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DIAGRAMAS DE FASES • Diagrama de Análisis Térmico Inicio de Solidificación Intervalo de Solidificación

T°

T°

TSA

Línea de Liquidus

TSA Líquido L+S Sólido

TSB Fin de Solidificación

TSB

Línea de Solidus

A

100

80

60

40

20

0

B

0

20

40

60

80

100

tiempo

A 100 %

0%

B 0%

100 %

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DIAGRAMAS DE FASES

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• Diagrama de Análisis Térmico – Aleación Cu - Ni

Formación de Diagramas de Fases a partir de las Curvas de Enfriamiento

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DIAGRAMAS DE FASES

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• Regla de la Palanca ó Segmentos Inversos • Sirve para determinar las cantidades relativas de las fases en equilibrio, en un campo de dos fases • Estas relaciones son aplicables a toda región bifásica de un diagrama binario q Fracción del Líquido WL =

WL =

S R+S Cα - C0 Cα - CL

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DIAGRAMAS DE FASES

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• Regla de la Palanca ó Segmentos Inversos • Sirve para determinar las cantidades relativas de las fases en equilibrio, en un campo de dos fases • Estas relaciones son aplicables a toda región bifásica de un diagrama binario Fracción del Sólido Wα =

Wα =

R R+S C0 - CL Cα - CL

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DIFUSIÓN

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• La Difusión es el movimiento de los átomos en un material • La homogeneización de la aleación por movimiento de iones se denomina Difusión • Fundamento • Los átomos se mueven en forma ordenada, tendiendo a eliminar li i l las dif diferencias i d concentración de t ió y producir d i una composición homogénea en el material

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DIFUSIÓN

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• Diagrama de Solubilidad Sólida Total • Diagrama de Fases del Sistema Cu - Ni • 3 Campos ó Regiones de Fase L L+α α • 2 Fases L (Líquido) α (s.s sustitucional FCC)

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DIAGRAMAS DE FASES

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• Diagrama de Fases del Sistema Cu – Ni • Regla 1: Si conocemos T y C0, entonces conocemos el número y tipo de fases presentes •

Ejemplo: A (1100 °C, 60 Wt%)

•

j p B ((1250 °C,, 35 Wt%)) Ejemplo:

1 fase: α 2 fases: L + α B

A

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• Diagrama de Fases del Sistema Cu – Ni • Regla 2: Si conocemos T y C0, entonces conocemos la composición de cada fase Ejemplo: C0= 35 Wt% Ni a TA

TA

A

TB

B

Solo Líquido (L) CL = C0 = 35 Wt% Ni a TC Solo Sólido (α) Cα = C0 = 35 Wt% Ni

TC

a TB

C 32

Ambos, α + L

43

CL = CLíquido = 32 Wt% Ni Cα = CSólido = 43 Wt% Ni 10 Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial

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• Diagrama de Fases del Sistema Cu – Ni • Regla 3: Si conocemos T y C0, entonces conocemos la cantidad relativa de cada fase

TA

A

TB

B

TC

C 32

43

Ejemplo: C0= 35 Wt% Ni a TA Solo Líquido (L) WL = 100 Wt% ; Wα = 0 a TC Solo Sólido (α) WL = 0 ; Wα = 100 Wt% a TB Ambos, α + L 43 - 35 S = 73 Wt% = WL = 43 - 32 R+S Wα =

R = R+S

35 - 32 = 27 Wt% 43 - 32 11 Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial

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• Diagrama de Solubilidad Sólida Total • Diagrama de Fases del Sistema Cu - Ni Evolución de la microestructura durante la solidificación en equilibrio de una aleación de 35% Ni y 65% Cu

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• Diagrama de Insolubilidad Sólida Total T° TSA TSB

Líquido Líquido + Sólido A

Líquido + Sólido B

E

TE

Sólido A + Sólido B Sólido A + Mezcla Eutéctica

Sólido B + Mezcla Eutéctica

Aleaciones Hipoeutécticas

Aleaciones Hipereutécticas

A 100

80

60

40

20

0

B

20

40

60

80

100

0

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• Diagrama de Solubilidad Sólida Parcial Límite de Solubilidad Sistema A-B

Límite de Solubilidad Sistema B-A

T° TSA

Liquidus

TSB

Líquido L+α

TE

L+β

E

α

β α+E

A 100 %

β+E

0%

CE

B 0%

100 %

Solución Base A

Solución Base B 14 Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial

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• Diagrama de Solubilidad Sólida Parcial • Diagrama Binario Eutéctico •

3 Regiones Monofásicas

•

α: s.s rica en Cu (Ag = soluto)

α, β y Líquido

•

Fase α: S.S de B en A

•

β: s.s. rica en Ag (Cu = soluto)

•

Fase β: S.S de A en B

•

La solubilidad de cada una de las fases sólidas es limitada

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• Diagrama de Solubilidad Sólida Parcial • Diagrama Binario Eutéctico

La máxima solubilidad del Cu en la fase β (8,8 % Wt de Cu) → 779 °C

La máxima solubilidad de la Ag en la fase α (8 % Wt de Ag) → 779 °C

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• Diagrama de Solubilidad Sólida Parcial • Diagrama Binario Eutéctico •

3 Regiones Bifásicas (α + L), (β + L) y (α + β)

•

Al ↑ %Ag ∴ ↓ Tfaleación ⇒ ↓ Tf Cu

•

Al ↑ %Cu ∴ ↓ Tfaleación ⇒ ↓ Tf Ag

(Curva Liquidus AE)

(Curva Liquidus FE) E → Punto Invariante (CE ; TE)

•

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• Diagrama de Fase del Sistema Pb – Sn • Aleación 40 Wt% Sn – 60 Wt% Pb a 150 °C 1. Fases Presentes: α + β 2. Composición de las Fases: Cα = 10 Wt% Sn R

Cβ = 98 Wt% Sn

S

3. Cantidad relativa de cada Fase:

Cα= 10

Wα =

S = R+S

98 - 40 = 66 Wt% 98 - 10

Wβ =

R = R+S

40 - 10 = 34 Wt% 98 - 10

Cβ= 98

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• Desarrollo de Microestructuras en Aleaciones Eutécticas

Evolución de la microestructura durante la solidificación en equilibrio de una aleación de composición C1

Evolución de la microestructura durante la solidificación en equilibrio de una aleación de composición C2 19 Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial

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• Desarrollo de Microestructuras en Aleaciones Eutécticas

400 x

Capas alternadas de fase α de s.s rica en Pb (capas oscuras) y fase β de s.s rica en Sn (capas claras)

Evolución de la microestructura durante la solidificación en equilibrio de una aleación eutéctica Pb - 61,9 % Sn El eutéctico es un componente metalográfico en el cual coexisten íntimamente cristales de distintas fases 20 Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial

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• Desarrollo de Microestructuras en Aleaciones Eutécticas

400 x

Aleación 50% Sn – 50 % Pb Fase α primaria rica en Pb (regiones oscuras grandes) dentro de una estructura eutéctica laminar de fase α rica en Pb (capas oscuras) y fase β rica en Sn (capas claras)

Evolución de la microestructura durante la solidificación en equilibrio de una aleación eutéctica Pb - 40 % Sn 21 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires

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