Tema 6: Diagrama de fases (2013)

Apunte Español
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería en Tecnologías Industriales - 2º curso
Asignatura Materiales I
Año del apunte 2013
Páginas 8
Fecha de subida 18/05/2014
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TEMA 6: DIAGRAMA DE FASES - - Representación que muestra las fases en equilibrio para un sistema de aleaciones en función de: composición, T, P Aporta: o Nº de fases o Composición química o Cantidad de cada fase o Condición en que ocurre el cambio de fase No aporta: o Velocidades o Tamaño, forma, distribución Obtiene por  ENFRIAMIENTO EN EQUILIBRIO - Isomórfico: misma estructura cristalina en todo el rango - - Sólido en aleaciones - Material puro: A o B Solución sólida: letra griega Compuesto intermedio: fórmula química AmBn Ejemplo: sistema Cu-Ni 18 Fases Aleación 1 1 fase (α) Aleación 2 2 fases (L + α) Composición química: proporción de A y B que hay en cada fase si solo hay una fase es lectura directa α: 60%Ni, 40%Cu Con línea de reparto L: 20%Ni, 80% Cu α: 52%Ni, 48%Cu Proporción de fases: Cantidad de cada una de las fases 100% fase α Porque es monofásico % α = 100 - %L Enfriamiento NO equilibrio Defectos cristalinos: - Vacantes + dislocaciones  bordes de grano Poros (gas queda atrapado) Difusión - L-S durante solidificación o S-S hasta T ambiente  no completa Composición química no uniforme = gradiente de concentraciones genera: o Segregación química: solo cuando enfrío aleaciones  centro del grano rico en el elemento que solidifique antes  interior: elemento con Tfusión  Arreglar la segregación -  Temperatura por debajo de la línea de sólidus = tratamiento térmico de homogeneización Esperar un tiempo para la difusión Volver a enfriar rápidamente = temple 19 Definiciones - Cambio fase coherente: proceso de cambio de fase sin que cambie la temperatura Cambio de fase congruente: transición coherente en la composición química del sólido y del líquido Solubilidad limitada: un solvente no puede disolver cierta cantidad de soluto – se forma + de una fase ley de Raoult: la Tcristalización de sustancia pura disminuye cuando añado otra sustancia que es o soluble en fase líquida o parcialmente soluble en fase sólida o Ejemplo: A  Tf=1200oC B  Tf=900oC Si es solución sólida el resultado de la Tf será < a la Tf del solvente! Diagrama de fases con solubilidad limitada en estado sólido A parcialmente soluble en B // B parcialmente soluble en A 20 - - A TE sufre cristalización no congruente  3 fases en equilibrio Reacción invariante eutéctica o Composición invariante o T coherente o Líquido con proporción de componentes constantes (composición ctte eutéctica) Izquierda= hipoeutéctica; derecha= hipereutéctica Composición nominal: decir el % de B que hay en el punto en el que me encuentro 21 - Composición nominal de aleación hipoeutéctica que a Tamb presenta 50% AmBn proeutéctico y 50 % de mezcla eutéctica: o @ T2 + ΔT 0,5  50  X 50  30 X = 40% B Definiciones - Soluciones sólidas terminales: en los extremos del diagrama (α, …) Fases ‘intermedias’: fases sólidas dentro del diagrama (≠ composición química que las terminales) Reacciones invariantes: Transformaciones coherentes y no congruentes Tipos de reacciones invariantes EUTEC… PERITEC… FASES CON LÍQUIDO SIN LÍQUIDO 1 2 L  S1 + S2 eutéctica S1  S2 + S3 eutectoide 21 L + S1  S2 peritéctica …TICA S1 + S2  S3 peritectoide …TOIDE Siempre darán laminillas Nunca laminillas Reacción + lenta (+ complicada todo sólido) Transformaciones en el estado sólido: Cambios de equilibrio o reacciones que tienen lugar en estado sólido - Desorden  orden (en el diagrama se ve como una línea discontinua) - Alotropía: (FCC  BCC) también cuando disminuye la temperatura o Todos los picos por debajo del pico de T de fusión del material puro 22 Hierro puro (Fe) - Presenta alotropía/ polimorfismo en estado sólido Sistema aleaciones Fe-C - - 3 El C aumenta la rigidez/dureza del Fe Aceros: aleaciones Fe-C con contenido de C < 2,11% o no pueden presentar reacción eutéctica3 Fundiciones: 2,11% < x < 6,7% o No pueden presentar reacción peritéctica 6,7% compuesto intersticial: Fe3C = Cementita o Poca utilidad industrial (quebradizo,  dureza) o Metaestable: nunca en equilibrio, degenerará en grafito  Red cristalina ORTORROMBICA.
Mirar diagrama en la siguiente página 23 Reacciones invariantes en FeC - @ 1495ºC L+δγ o No laminillas, monofásico - @ 1148ºC L  γ + Fe3C EUTÉCTICA o Laminillas o Mezcla eutéctica (γ + Fe3C) = LEDEBURITA - @ 727ºC γ  α + Fe3C EUTECTOIDE o Laminillas o Mezcla eutectoide (α + Fe3C) = PERLITA PERITÉCTICA Si me dan acero perlítico… justo en el punto de la reacción eutectoide (0,77% w/w) Diferencia entre acero hipo/hipereutectoide: la fase pro es ≠ en cada caso - Hipereutectoide + duro xq tiene + C Martensita - Solución sólida intersticial (sobresaturada en C) Estructura BCT Muy frágil 24 Transformación martensítica - - Solo la austenita NO hay formación de ferrita 2 tipos: o Completa: toda la austenita  martensita o Parcial: austenita (retenida) + martensita Depende de: o La velocidad o La temperatura que alcance durante el enfriamiento (Temple) 25 ...