SISTEMA:

Todo elemento, compuesto o conjunto de elementos o compuestos susceptibles de sufrir transformaciones físico-químicas, las cuales pueden ser estudiadas.

Tipos de sistemas:

•Homogéneos: prop. físicas se mantienen (sal común en agua)

•Heterogéneos: prop. físicas varían (agua-hielo)

•Isótropos: prop.físicas las misma en todas direcciones (acero forjado)

1. DISOLUCIONES SÓLIDAS. ALEACIONES.

Aleación: producto que resulta de la unión de dos o más elementos químicos, uno de los cuales tiene carácter metálico. En la misma se mejoran propiedades como tenacidad, dureza o conductividad.

Las aleaciones pueden ser binarias o de más elementos. Todas han de cumplir:

• los componentes sean totalmente miscibles en estado líquido

• el producto resultante tenga carácter metálico.

Disolvente:Disolvente: componente que entra en mayor proporción ó elemento que conserva la red cristalina.

Soluto:Soluto: componente que entra en menor proporción ó que pierde su estructura cristalina.

Proporciones de ambos , en forma de concentración:

C = (ms/ (ms+mD) ) . 100

Las aleaciones metálicas son disoluciones sólidas entre dos o mas elementos:

Solución por sustitución: los átomos de disolvente y soluto tienen red cristalina similar , pudiendo ser sustituidos los átomos del disolvente por los del soluto.

Solución por inserción: los átomos de soluto son muy pequeños frente a los del disolvente y se pueden colocar entre los de disolvente.

Solución sólida por Sustitución. Los átomos de B se disuelven al sustituir a los de A en su estructura cristalina

Solución sólida por Inserción. Los átomos de B se disuelven al insertarse entre los de A en su estructura cristalina

2. CRISTALIZACIÓN DE LOS METALES PUROS Y ALEACIONES

La cristalización es el paso de líquido a sólido por reducción de la energía libre, se produce en la solidificación.

En metales puros se produce a una temperatura constante, mientras que en aleaciones se produce durante un intervalo de temperaturas.

Llamaremos Aleación Eutéctica a aquella cuya composición hace que se comporte como un metal puro en su solidificación.

Elementos Puros: cambio de estado a tª fija

Aleaciones: el cambio de estado se produce en un intervalo de temperaturas

Energía necesaria para llevar un metal al estado líquido:

Energía para elevar la temperatura desde 25ºC hasta la tª de fusión

tcmQ ∆= ..Siendo Q: energía , m: masa metal , c: calor específico metal,

Δt: variación de temperatura

Energía necesaria para el cambio de estado:

CmQ .=

Q: energía , m: masa , C: calor latente de fusión

Etapas de solidificación:

a) Nucleación o formación de núcleos estables

b) Cristalización o crecimiento del núcleo, en dentritas para dar origen a los cristales.

c) Formación del grano. Los cristales dan lugar a una estructura granular que se junta con la que proviene de otro lugar en los límites de grano. En metalurgia interesa que los granos sean pequeños para favorecer las propiedades mecánicas.

3. REGLA DE LAS FASES DE GIBBS

Cada sustancia o elemento químico que forma un sistema material se llama Componente. (Acero: hierro (Fe) + carburo de hierro (Fe3C) ).

Fase es cada una de las partes homogéneas de un sistema que se diferencia físicamente del resto. En elementos puros fase es sinónimo de estado.

Grados de libertad: es el número de variables que podemos modificar libremente (temperatura, presión, concentración…)

Regla de las fases de Gibbs : número de fases que pueden coexistir en equilibrio dentro de un sistema material.

2+=+ CNF F: nº de fases que pueden coexistir

N: grados de libertad o variables de estado

C: nº de componentes de un sistema material

Para que dos elementos se disuelvan completamente se deben satisfacer cuatro reglas:

1. La estructura cristalina de ambos elementos debe ser la misma

2. El tamaño de los átomos debe ser semejante

3. Los elementos no deben estar próximos en la tabla de electronegatividades

4. Los elementos deben tener la misma valencia

4. DIAGRAMAS DE FASES O EQUILIBRIOS

Es una representación gráfica del estado estable (mínimo de energía libre) de una aleación en unas ciertas condiciones.

Para observar los cambios de fase y la microestructura final a temperatura ambiente de una aleación se utiliza el enfriamiento lento en equilibrio.

Estudiaremos las aleaciones binarias (dos metales)

1. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE LAS COMPONEN EN LOS ESTADOS SÓLIDO Y LÍQUIDO

•TA y TB son los puntos de solidificación de los metales puros A y B

•Por encima de la línea de liquidus toda la aleación será una solución líquida homogénea.

•Por debajo de la línea de solidus toda la aleación será una solución sólida homogénea.

•Entre la línea de liquidus y solidus toda la aleación será bifásica, formada por líquido y sólido.

1. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE LAS COMPONEN EN LOS ESTADOS SÓLIDO Y LÍQUIDO

• Punto 1. Sol.líq homogénea, composición 60% A, 40%B

• Punto 2. Dos fases: liquida y sólida. Composición:

Líquido X (% A,%B) y Sólido Y (%A, %B)

• Punto 3. Soluc. Sólida homogénea, composición 60%A, 40%B

1. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE LAS COMPONEN EN LOS ESTADOS SÓLIDO Y LÍQUIDO

1. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE LAS COMPONEN EN LOS ESTADOS SÓLIDO Y LÍQUIDO

2. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD EN ESTADO SÓLIDO

2. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD EN ESTADO SÓLIDO

2. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD EN ESTADO SÓLIDO

2. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD EN ESTADO SÓLIDO

3. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD PARCIAL EN ESTADO SÓLIDO

3. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD PARCIAL EN ESTADO SÓLIDO

Aleación 1:

-A T1 comienza a solidificar

-De T1 a T4 se forman cristales de α (ricos en A) y el líquido se enriquece en B.

-Por debajo de T4 solución sólida α homogénea hasta Tª ambiente

Aleación 2:

-líquida hasta Te

-Por debajo de TE se forma la Mezcla Eutectica (dos fases α y β) . (Donde se puede aplicar la regla de la palanca)

En la práctica no es posible diferenciar si la mezcla eutéctica está formada por dos soluciones α y β o por dos metales puros A y B.

3. ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL DE LOS DOS METALES QUE LAS COMPONEN EN ESTADO LIQUIDO E INSOLUBILIDAD PARCIAL EN ESTADO SÓLIDO