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DIAGRAMAS DE SUSTANCIAS

Los elementos metálicos puros tienen aplicaciones técnicas, por ejemplo, el cobre o el aluminio de alta pureza usados parafabricar circuitos microelectrónicos. Sin embargo, en la mayoríade las aplicaciones de usan aleaciones. Definimos una aleacióncomo un material que tiene propiedades metálicas y que estaformado por arios elementos. !n acero al carbono simple esuna aleación de "ierro y carbono. Los aceros ino#idables,suelen contener "ierro, carbono, cromo y níquel.

$%&!'( )*.

+omo primer paso se define una fase como una forma nica enla que e#iste el material por ejemplo, el agua tiene tres fases-liquida, sólida y apor de agua. !na fase posee la mismaestructura o arreglo atómico, la misma composición,propiedades en su interior y una interfaz definida entre esta y lasfases que la rodean. !n diagrama de fases ilustra las fasespresentes en un sistema de aleación a diersas temperaturas,presiones y composiciones. ( partir del diagrama de fases,podemos predecir que fases se espera sean

termodinámicamente estables y en que concentración deben


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estar presentes.

n los diagramas de fase isomorfa binarios en equilibrio, los dos

componentes son completamente solubles entre si en estadosólido y por lo tanto solo "ay una nica fase sólida. n muc"osde estos diagramas sen encuentran fase /s0 y1o compuestosintermedios. Las fases intermedias tienen una ariedad decomposiciones, mientras que los compuestos intermedios tienenuna nica composición.

(Tomado de: Ciencia e ingenieria de los matriales - Askelandy !ndamentos de la ciencia e ingenieria de mteriales -

Smit"#

l objetio de los diagramas de fase es-

2redecir el punto de fusión de losmateriales iniciales

Determinar +alor de fusión de la aleación

Determinar la olumetría de la mezcla

2redecir que fases se espera seantermodinámicamente estables

Su respuesta -

2redecir que fases se espera seantermodinámicamente estables

+orrecto

!n diagrama de fases ilustra las fases presentes en un

34)5 continue *4567 sf 8"3d(c89


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sistema de aleación a diersas temperaturas, presiones ycomposiciones

$also

:erdadero

Su respuesta -

:erdadero

+orrecto

DIAGRAMA DE UNA SUSTANCIA $URA

5.).5 D%(&'(;( D !


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Figura 51 Diagrama de fase del agua [Adaptado de: Wikipedia, 2008]

#&ora se aplicara la regla de fase de 'ibbs al diagrama del agua en diferentes puntos

como se muestra en la figura 51:

En el unto triple:

ases presentes * +, umero de componentes *1, por lo tanto,

-*/0, luego +*10 entonces *.

El &ec&o que el grado de libertad o varian$a sea *, quiere decir que /omo

ninguna de las variables (presión, temperatura o composición) se pueden

cambiar manteniendo las tres fases de coe!istencia, el punto triple es un punto

invariante.

En un unto so!re la l"nea de solidifi#a#i$n:

ases presentes * 0, umero de componentes *1, por lo tanto,

-*/0, luego 0*10 entonces *.

El &ec&o que el grado de libertad o varian$a sea *1, quiere decir que 2na

variable (3emperatura o -resión) se puede cambiar manteniendo a4n un

sistema con dos fases que coe!isten, es decir, si se especifica una presión

determinada, sólo &ay una temperatura en la que las fases sólida y l"quida

coe!isten.

En un unto dentro de una fase %ni#a &'ona li(uido):

ases presentes * 1, umero de componentes *1, por lo tanto,


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-*/0, luego 1*10 entonces *0.

El &ec&o que el grado de libertad o varian$a sea *0, quiere decir que dos

variables (3emperatura o -resión) se pueden cambiar independientemente y el

sistema permanece con una 4nica fase.

n el diagrama de una sustancia pura interienen dos ariables,la presión y la temperatura, las cuales registran unos nicosalores críticos cada una> estos alores se cruzan y denotan unpunto critico, en el cual el comportamiento es-

'epresenta la nica temperatura y la nicapresión a la que pueden coe#istir &as yLíquido

'epresenta la má#ima temperatura y lamá#ima presión a la que pueden coe#istir&as y Líquido

?ay presencia de tres fases, sólido, líquidoy gas.

?ay presencia inestable de solo gas

Su respuesta -

'epresenta la má#ima temperatura y la má#imapresión a la que pueden coe#istir &as y Líquido

Si

La línea de solidificación demarca la transición entra las fases

34)5 continue *4@AA sf 8"3d(c89


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sólida y líquida, línea en la cual coe#isten estas dos fases enequilibrio. n consecuencia, en esta línea-

Si se especifica una temperaturadeterminada, se puede ariar la presión ylas fases sólida y líquida coe#isten.

Se pueden cambiar independientemente latemperatura o la presión, y en el sistema

permanecen las dos fases.

Si se especifica una presión determinada,sólo "ay una temperatura en la que lasfases sólida y líquida coe#isten.

Si se especifica una presión determinada,

se puede ariar la temperatura y las fasessólida y líquida coe#isten.

Su respuesta -

Si se especifica una presión determinada, sólo "ayuna temperatura en la que las fases sólida y líquidacoe#isten.

Si

A%EACI&NES ERR&SAS ' N& ERR&SAS

Se definen como metales, las sustancias que poseenpropiedades como buena conductiidad térmica yeléctrica, son dctiles o deformables y son sólidos a

temperatura normal e#cepto el mercurio que es líquido.

34)5 continue *4@A* sf 8"3d(c89


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Las aleaciones de ingeniería pueden diidirse en dostipos- ferrosas y no ferrosas. Las aleaciones ferrosastienen al "ierro como su principal metal de aleación,

mientras que las aleaciones no ferrosas tienen un metaldistinto del "ierro. Los aceros que son aleacionesferrosas, son las más importantes. las propiedadesmecánicas de los aceros al carbono pueden ariarconsiderablemente por trabajo en frío y recocido. +uandoel contenido de carbono de los aceros se incrementa porencima de A.@B , pueden ser tratados térmicamente portemple y reenido para conseguir resistencia con unarazonable ductilidad. Los elementos de aleación tales

como el níquel, cromo y molibdeno se aCaden a losaceros al carbono para producir aceros de baja aleación.Los aceros de baja aleación presentan buenacombinación de alta resistencia y tenacidad, y son deaplicación comn en la industria de automóiles parausos como engranajes y ejes.

Las aleaciones de aluminio son las más importantes entrelas no ferrosas principalmente por su ligereza,

endurecibilidad por deformación, resistencia a lacorrosión y su precio relatiamente bajo. l cobre noaleado se usa en abundancia por su conductiidadeléctrica, resistencia a la corrosión, buen procesado ycosto relatiamente bajo, el cobre se alea con el cinc paraformar unas serie de latones que tienen mayor resistenciaque el cobre sin alear.

Los aceros ino#idables son las aleaciones ferrosas másimportantes a causa de su alta resistencia a la corrosiónen medios o#idantes, para ser un acero ino#idable debecontener al menos *5B de cromo.

!n acero para ser considerado, un acero ino#idable debecontener al menos *5B de cromo.

34)5 continue *4@A@ sf 8"3d(c89


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$also

:erdadero

Su respuesta -

:erdadero

+orrecto

l objetio de "acer tratamiento termicos a un metal es

lograr una modificacion en las propiedades mecanicas

:erdadero

$also

Su respuesta -

:erdadero

+orrecto

TRANS&RMACI&NES DE %&S MATERIA%ES 'DIAGRAMAS DE ASES

+(2=!LE )F. ='(


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importancia el conocimiento de los diagramas de fases.

Se puede definir una fase como cada una de las porciones &omogneas

f"sicamente separables en un sistema formado por uno o varios componentes.

-or e6emplo, el agua tiene tres fases: liquida, sólida y gaseosa (vapor). 2na

fase posee ciertas caracter"sticas a saber:

7899if 8support;ists


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(lgunas eces, los nieles de presión.

n una fase estable de una substancia, normalmente se

encuentran presentes arios tipos de estructuras deorganización atómica.

$also

:erdaero

Su respuesta -$also

+orrecto

Diagramas or sol!)ilidad y regla alanca

5.).@ D%(&'(;(S I%


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cristalina debe ser la misma

7899if 8support;ists


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Figura 52* Diagrama isomorfo o de solu!ilidad total

-ara ubicar un punto (a) en este diagrama se requiere de un porcenta6e de composición

y una temperatura. -or e6emplo, la aleación entre /u9i de la figura 5+, muestra que

la aleación que pasa por el punto (a) de la figura tiene una composición de D@ de i

0@ /u, para un total de 1@ de la aleación. -ara una aleación de @/u y F@

i, seg4n el diagrama de la figura 5+, por encima de los 10DG/ la aleación es

totalmente liquida, debido a que este es el l"mite o linea de liquidus. -or deba6o de los

10 G/, la aleación es totalmente sólida y en el rango de 10DG/ H 10G/, se pueden

encontrar las dos fases (solido y liquido), es decir en estos G/ de diferencia es donde

la aleación empie$a a solidificarse &asta llegar a la l"nea de solidus.

Figura 5+*Diagrams u-.i

*+ Regla de la alanca

;a regla de la palanca, es un mtodo que permite conocer la composición qu"mica de


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las fases y las cantidades relativas de cada una de ellas.

-ara determinar la composición qu"mica de las fases primero se debe tra$ar una l"nea

de enlace o isoterma, la cual es una l"nea &ori$ontal en una región de dos fases como

se muestra en la figura 5, esta l"nea une dos puntos de la l"nea de liquidus y solidus

en este caso. ;os e!tremos de esta l"nea representan las composiciones de las dos

fases. # continuación prolongar los puntos &asta tocar la l"nea de composición en los

puntos /a y /l. El punto /a quiere decir que la aleación considerada a la temperatura

(3) contiene l"quido de una composición qu"mica de @ del elemento I y el restante

del elemento #. El punto /l quiere decir que la aleación considerada contiene sólido

de una composición qu"mica de @ del elemento I y el restante del elemento #.

Figura 5/* egla de la palan#a

-or ultimo para determinar las cantidades relativas de cada una de las fases presentes

(liquida y sólida en este caso), se procede a usar la regla de la palanca.

Esta se puede escribir de la siguiente forma:


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Se puede utili$ar la regla de la palanca en cualquier región bif>sica de un diagrama defases binario. En regiones de una fase no se usa el c>lculo de la regla de la palanca

puesto que la respuesta es obvia (e!iste un 1@ de dic&a fase presente).

Je esta manera la fracción o porcenta6e de fase sólida ser>:

G la fracción o porcentaje de fase liquida será-

?ay que tener cuidado al seleccionar el brazo de la palanca para el numerador

de la formula, ya siempre es el lado opuesto a la fase que secalcula.

Eemplo:

2na aleación de cobre H n"quel contiene K@ en peso de /u y 5+@ de i y est> a

1.+ L/.

(a)M/u>l es el porcenta6e en peso de cobre y n"quel en las fases sólida y l"quida a esta

temperaturaN

(b)MOu porcenta6e en peso de la aleación es l"quida, y qu porcenta6e es sólidaN

SB;2/PB:

a) -ara desarrollar el e6ercicio se debe usar el diagrama de la figura 55 y tra$ar la l"nea


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correspondiente a la aleación K@ en peso de /u y 5+@ de i, y la correspondiente

isoterma a 1.+ L/., es posible determinar el porcenta6e en peso de cobre y n"quel en

las fases sólida y l"quida a esta temperatura.

@ /u en fase l"quida: 55@ /u apro!. 5 @ i apro!.

@ /u en fase sólida: B@ /u apro!. F @ i apro!.

7899endif


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La solubilidad total en un sistema binario se logra si-

La electronegatiidad es proporcionalmentesimilar.

los elementos constituyentes solidifican auna nica temperatura como un elementopuro

La estructura cristalina es la misma

l tamaCo de los átomos /o iones0 esproporcionalmente similar.

n un diagrama binario la línea de sólidus se define como latemperatura por debajo de la cual la aleación es completamentesólida.

34)5 continue *4@A6 sf 8"3d(c89

34)5 continue *4@*A sf 8"3d(c89


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:erdadero

$also

Su respuesta -

:erdadero

+orrecto

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