endurecimiento por dispersion expo

ENDURECIMIENTO POR DISPERSIÓN DURANTE LA SOLIDIFICACIÓN

•1. PRINCIPIOS DE ENDURECIMIENTO POR DISPERSIÓN.

EN TODAS LAS ALEACIONES QUE HAN SIDO ENDURECIDAS POR DISPERSIÓN DEBEN TENER MAS DE UNA FASE.

LA FASE CONTINUA ESTA EN MAYOR CANTIDAD LA CUAL SE LLAMA MATRIZ. LA SEGUNDA QUE ESTA EN MENOR CANTIDAD ES EL PRECIPITADO

A LA MEZCLA DE FASES SE LE LLAMA MICROCONSTITUYENTE. EN LA FIGURA 10.1 NOS PODEMOS DAR CUENTA QUE LAS CARACTERISTICAS DE LA MATRIZ Y PRECIPITADO AFECTAN LAS PROPIEDADES GENERALES DE UNA ALEACIÓN METÁLICA, EXISTEN CIERTAS CONSIDERACIONES PARA ESTAS CARACTERISTICAS:

1. LA MATRIZ DEBE SER BLANDA Y DUCTIL, MIENTRAS QUE EL PRECIPITADO DEBE SER DURO Y RESISTENTE.

2. EL PRECIPITADO DEBE SER DISCONTINUO, MIENTRAS QUE LA MATRIZ DEBE SER CONTINUA.

3. LAS PARTÍCULAS DE PRECIPITADO DEBEN SER PEQUEÑAS, REDONDAS Y NUMEROSAS.

4. GRANDES CANTIDADES DE PRECIPITADO INCREMENTAN LA RESISTENCIA DE LA ALEACIÓN.

• 2. Compuestos intermetálicos.A. Propiedades

Compuesto intermetálico

EstructuraCristalina

Temperatura de fusión (°C)

Densidad Módulo de Young (GPa)

FeAl BCC ordenada 1250 – 1400 5.6 263

NiAl FCC ordenada (B2) 1640 5.9 206

Ni3Al FCC ordenada (L12) 1390 7.5 337

TiAl Tetragonal ordenada (L10) 1460 3.8 94

Ti3Al HCP Ordenada 1600 4.2 210

MoSi2 Tetragonal 2020 6.31 430

B. TiposALUMINUROS. Ni3Al, Ti3Al, TiAl.

BUENA RESISTENCIA MECÁNICA Y RESISTENCIA A LA OXIDACIÓN A ELEVADAS TEMPERATURAS.

APLICACIONES:APTO PARA EMPLEO EN TURBINAS DE GAS Y VAPOR, FABRICACIÓN DE AUTOMÓVILES, VÁLVULAS, TUBERÍAS.

DURALUMINIO. CuAl2.

CONTIENE ALREDEDOR DEL 4% DE CU Y 0.5% DE Mg, MANGANESO E HIERRO.ELEVADA RESISTENCIA MECÁNICA.BAJA RESISTENCIA A CORROSIÓN.

APLICACIONES SE EMPLEA EN LA INDUSTRIA AERONÁUTICA Y AUTOMOTRIZ.

CEMENTITA. Fe3C

TIENE UN 6.67% EN PESO DE CARBONO.

LA ESTRUCTURA CRISTALINA ES DE TIPO ORTORROMBICA CON 12 ÁTOMOS DE HIERRO Y 4 ÁTOMOS DE CARBONO POR CELDA.

EL ENLACE QUE HAY ENTRE LOS ÁTOMOS DE HIERRO ES PURAMENTE METÁLICO.

• 3. DIAGRAMAS DE FASES CON REACCIONES DE TRES FASES.

• EUTECTICA. A UN LIQUIDO SE LE APLICA UN ENFRIAMIENTO Y OBTENGO COMO PRODUCTOS SOLUCIÓN SOLIDA ALFA MAS SOLUCION SOLIDA BETA.

• EUTECTODIDE. A LA SOLUCION LIQUIDA SE LE APLICA UN ENFRIAMIENTO Y OBTENGO COMO PRODUCTOS SOLUCIÓN SOLIDA ALFA MAS SOLUCION SOLIDA BETA.

• MONOTECTICA. UN LÍQUIDO (L1) SE TRANSFORMA EN OTRO LÍQUIDO (L2) Y UN SÓLIDO ALFA.• PERITECTICA. UN LÍQUIDO (L) Y UNA FASE

SÓLIDA ALFA SE TRANSFORMAN EN OTRA FASE SÓLIDA BETA.• PERITECTOIDE. UN SÓLIDO ALFA Y UN

SÓLIDO BETA SE TRANSFORMA EN UN SÓLIDO GAMA.

• 4. DIAGRAMAS DE FASES EUTÉCTICOS.A. ALEACIONES DE SOLUCIÓN SÓLIDA. ALEACIONES DE SOLUCIÓN SÓLIDA: LAS ALEACIONES QUE CONTIENEN DE 0 A 2% DE SN SE COMPORTAN EXACTAMENTE IGUAL QUE LAS ALEACIONES CU-NI, SE FORMA UNA SOLUCIÓN SÓLIDA Α, DURANTE LA SOLIDIFICACIÓN COMO EN LA FIG. 10.9.

ESTAS SOLUCIONES SE ENDURECEN POR SOLUCIÓN SÓLIDA.

B. ALEACIONES QUE EXCEDEN EL LÍMITE DE SOLUBILIDAD. LAS ALEACIONES QUE CONTIENEN ENTRE 2 Y EL 19% DE ESTAÑO, TAMBIÉN SOLIDIFICAN Y PRODUCEN UNA SOLUCIÓN Α.

SIN EMBARGO AL CONTINUAR ENFRIÁNDOSE LA ALEACIÓN, SE LLEVA A CABO UNA REACCIÓN SÓLIDA, QUE PERMITE QUE UNA SEGUNDA FASE SÓLIDA Β PRECIPITE DE LA FASE Α ORIGINAL COMO SE MUESTRA EN LA FIG. 10.10

C. ALEACIONES EUTÉCTICAS. LA ALEACIÓN QUE CONTIENE 61.9% DE SN TIENE UNA COMPOSICIÓN EUTÉCTICA COMO SE MUESTRA EN LA FIG. 10.11.EL TÉRMINO EUTÉCTICO SIGNIFICA FÁCILMENTE FUSIBLES.UNA ALEACIÓN CON LA COMPOSICIÓN EUTÉCTICA TIENE UNA TEMPERATURA MÍNIMA DE FUSIÓN.

LA SOLIDIFICACIÓN OCURRE A 183°C, LA CURVA DE ENFRIAMIENTO ES SIMILAR A LA DE UN METAL PURO COMO SE MUESTRA EN LA FIG. 10.12.EN EL SISTEMA PLOMO ESTAÑO, LAS FASES SOLIDAS ALFA Y BETA CRECEN DEL LIQUIDO EN FORMA LAMINAR O EN PLACAS FIG. 10.13

EL PRODUCTO DE LA REACCIÓN EUTECTICA ES UN ARREGLO UNICO DE DOS FASES SOLIDAS LLAMADO MICROCONSTITUYENTE EUTECTICO.

D. ALEACIONES HIPOEUTÉCTICAS E HIPERETÉUTICAS. CUANDO SE ENFRIA UNA ALEACION QUE

CONTIENE ENTRE 19 Y 61.9% DE ESTAÑO, EL LIQUIDO EMPIEZA A SOLIDIFICAR LA TEMPERATURA DE LIQUIDUS. SIN EMBARGO LA SOLIDIFICACIÓN TERMINA PASANDO POR LA REACCIÓN EUTECTICA (FIG. 10.14).

LAS ALEACIONES CON COMPOSICIONES ENTRE 19 Y 61.9% DE ESTAÑO SE CONOCE COMO ALEACION HIPOEUTECTICAS.

LAS ALEACIONES CON COMPOSICIONES ENTRE 61.9 Y 97.5% DE ESTAÑO SE CONOCE COMO ALEACION HIPEREUTECTICAS.

CUANDO SE ENFRIA LA ALEACIÓN POR DEBAJO DE 183°C, EL LÍQUIDO RESTANTE SE TRANSFORMA SIGUIENDO LA REACCIÓN EUTECTICA EN UNA MEZCLA LAMINAR DE ALFA Y BETA. EL RESULTADO ES LA MICROESTRUCTURA QUE SE OBSERVA EN LA FIG. 10.15(A)

LA SECUENCIA DE SOLIDIFICACIÓN PARA UNA ALEACIÓN HIPEREUTECTICAS ES SIMILAR, PRODUCIENDOSE LA MICROESTRUCTURA QUE SE MUESTRA EN LA FIG. 10.15(B).

• 5. RESISTENCIA DE LAS ALEACIONES EUTÉCTICAS.oEN EL SISTEMA PLOMO-ESTAÑO, LA FASE ΑLFA, QUE ES UNA SOLUCIÓN SÓLIDA DE ESTAÑO EN PLOMO ES MÁS RESISTENTE QUE EL PLOMO PURO.

oPROPIEDADES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA.TAMAÑO DE GRANO EUTÉCTICO. LOS GRANOS EUTECTICOS SE NUCLEAN Y CRECEN DE MANERA INDEPENDIENTE. DENTRO DE CADA GRANO LA ORIENTACIÓN DE LAS LAMINILLAS EN EL MICROCONSTITUYENTE EUTÉCTICO ES IDÉNTICA. LA ORIENTACIÓN CAMBIA AL CRUZAR UN BORDE DE GRANO (FIG. 10.21(A)).

ESPACIAMIENTO INTERLAMINAR. EL ESPACIAMIENTO INTERLAMINAR DEL EUTECTICO ES LA DISTANCIA DEL CENTRO DE UNA LAMINILLA DE ALFA AL CENTRO DE LA SIGUIENTE LAMINILLA DE ALFA TAL COMO SE MUESTRA EN LA FIG. 10.17.EL ESPACIAMIENTO INTERLAMINAR SE DETERMINA PRINCIPALMENTE POR LA VELOCIDAD DE CRECIMIENTO DEL EUTECTICO. LAMDA=C, DONDE R ES LA RAPIDEZ DE CRECIMIENTO Y C ES UNA CONSTANTE

oMICROESTRUCTURA DEL EUTÉCTICO.LA FORMA DE LAS FASES EN EL MICROCONSTITUYENTE ES INFLUIDA POR LA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO, LA PRESENCIA DE IMPUREZAS Y POR LA NATURALEZA DE LA ALEACIÓN (FIG.10.21)

LA FASE DE SILICIO EN EL EUTECTICO CRECE EN FORMA DE PLACAS DELGADAS Y PLANAS, LAS CUALES EN UNA MICROFOTOGRAFIA APARECEN EN FORMA DE AGUJAS (FIG. 10.21(B)).

LA MICROESTRUCTURA DEL EUTECTICO EN LAS ALEACIONES ALUMINIO-SILICIO SE ALTERA POR MODIFICACIÓN. LA MODIFICACIÓN HACE QUE CREZCA LA FASE DE SILICIO EN FORMA DE BARRAS DELGADAS INTERCONECTADAS, ENTRE LAS DENDRITAS DEL ALUMINIO FIG. 10.21(C).

EL DIAGRAMA DE FASES EUTECTICO ALUMINIO-SILICIO FORMA LA BASE PARA UN BUEN NÚMERO DE ALEACIONES COMERCIALES IMPORTANTES FIG.10.22.

• 6. EUTÉCTICOS Y EL PROCESAMIENTO DE LOS MATERIALES.

LAS ALEACIONES PLOMO-ESTAÑO SON LA BASE DE UNA SERIE DE ALEACIONES UTILIZADAS PARA PRODUCIR MATERIALES DE APORTE PARA LA SOLDADURA. POR EJEMPLO SI SE DESEA UNIR LA TUBERIA DE COBRE, SE PUEDEN UNIR SEGMENTOS INDIVIDUALES INTRODUCIENDO LA ALEACION EUTECTICA PLOMO-ESTAÑO EN LA UNIÓN (FIG. 10.25).

• 7. SOLIDIFICACIÓN FUERA DEL EQUILIBRIO EN EL SISTEMA EUTÉCTICO.

SUPONGAMOS QUE SE TIENE UNA ALEACIÓN PLOMO AL 15%, QUE SOLIDIFICA COMO UNA SOLUCIÓN SÓLIDA. EL ÚLTIMO LÍQUIDO SE SOLIDIFICA CERCA DE LOS 230°C ARRIBA DEL EUTÉCTICO. SIN EMBARGO SI LA ALEACIÓN SE ENFRÍA DEMASIADO RÁPIDO SE PRODUCE UNA CURVA DE SOLIDUS FUERA DE EQUILIBRIO(FIG. 10.26).

• 8. DIAGRAMA DE FASES TERNARIOS.LA FIG. 10.27 MUESTRA UN DIAGRAMA

DE FASES TERNARIO HIPOTETICO FORMADO POR LOS ELEMENTOS A, B Y C. SE NOTA QUE EN LAS DOS CARAS VISIBLES DEL DIAGRAMA ESTÁN DOS EUTECTICOS BINARIOS Y UN TERCER EUTECTICO BINARIO ENTRE LOS ELEMENTOS B Y C ESTA OCULTO EN LA PARTE TRASERA DE LA GRAFICA.

oGRÁFICA DE LIQUIDUS.EN LA FIG. 10.27 SE NOTA QUE LA TEMPERATURA A LA CUAL INICIA LA SOLIDIFICACIÓN ESTA SOMBREADA. SE PODRIAN TRANSFERIR ESTAS TEMPERATURAS PARA CADA UNA DE LAS COMPOSICIONES A UN DIAGRAMA TRINGULAR Y TRAZAR LAS TEMPERATURAS DE LIQUIDUS COMO CONTORNOS ISOTERMICOS.

oGRÁFICA ISOTÉRMICA. LA GRAFICA ISOTERMICA MUESTRA LAS FASES PRESENTES EN EL MATERIAL A UNA TEMPERATURA EN PARTICULAR. RESULTA UTIL PARA PREDECIR LAS FASES, SUS CANTIDADES Y COMPOSICIONES A DICHA TEMPERATURA. LA FIG. 10.29 NOS MUESTRA UNA GRAFICA ISOTERMICA DE LA FIG. 10.27 A TEMPERATURA AMBIENTE.