SEPARATA N 14 SOLUCIONES SLIDAS Y EEQUILIBRIO DE FASESDE APOYO CURSO DE METALURGIA FSICA I FECHA CONTENIDOSOLUCIONES SLIDAS Y EQUILIBRIO DE FASESINTRODUCCINFASES Y DIAGRAMAS DE FASE SOLUBILIDAD Y SOLUCIONES SLIDASCONDICIONES PARA LA SOLUBILIDAD ILIMITADAENDURECIMIENTO POR SOLUCIN SLIDADIAGRAMAS DE FASES ISOMORFORELACIN ENTRE LAS PROPIEDADES Y EL DIAGRAMA DE FASESSOLIDIFICACIN DE ALEACIONES DE SOLUCIN SLIDASOLIDIFICACIN FUERA DE EQUILIBRIO Y SEGREGACINDESARROLLOSOLUCIONES SLIDAS Y EQUILIBRIO DE FASESEs posible la coexistencia de los estados, S. L. G. en un material?Por qu los patinadores se mueven con bastante facilidad sobre el hielo?Cmo se fabrica caf liofilizado (o secado por congelacin?Que Material se usa para la fabricar los diodos emisores de luz roja en las pantallas de muchos productos nuevos?Cundo se solidifica una aleacin como el latn, por ejemplo, cul es el elemento que solidifica primero el Cu o Zn?

INTRODUCCINSe aumenta la resistencia de materiales metlicos.1. Endurecimiento por tamao de grano Ecuacin (hall Petch)2. Trabajo en fro o endurecimiento por deformacin.3. Adiciones de pequea cantidades de elementos de aleacin.4. Formacin de pequeas partculas de segundas fases.Estos mecanismos incrementan la resistencia a la cedencia de los materiales metlicos por que crean ms obstculos contra el movimiento de las dislocaciones.SOLUCIN SLIDA: Material slido en el cual tomos o iones de los elementos que lo forman estn dispersos uniformemente, las propiedades mecnicas y otras ms se controlan creando defectos puntuales. Ejm. tomos sustitucionales o intersticiales.En los metales los defectos puntuales perturban el orden atmico del material cristalino, interfieren con el movimiento o deslizamiento de las dislocaciones, entonces los defectos puntuales causan el endurecimiento por solucin slida. La introduccin de elementos aleantes o impurezas durante el procesamiento cambia la composicin del material e influye sobre su comportamiento de solidificacin.OBJETIVOS EN SOLUCIONES SLIDAS Y EQUILIBRIO DE FASES1. Formacin de soluciones solidas.2. Los efectos de la formacin de soluciones solidas sobre las propiedades mecnicas de los materiales metlicas.3. Las condiciones bajo las cuales se forman soluciones slidas.4. El desarrollo de algunas ideas bsicas de los diagramas de fase.5. El proceso de solidificacin en aleaciones simples.Como sucede la solidificacin de las aleaciones bajo las condiciones de equilibrio y fuera de equilibrio.

FASES Y DIAGRAMAS DE FASE Los metales alta pureza se usan en la fabricacin de circuitos microelectrnicos ejm. El Cu o Al, pero mayora de aplicaciones se usan aleaciones.Aleacin: material que tiene propiedades metlicas y est formado por varios elementos.Un acero al carbono simple es aleacin de Fe y C.Aceros inoxidables: Resistentes a la corrosin (Fe, C, Cr, Ni y otros elementos).Aleaciones a base de Aluminio (Al), Cu, Co, Ni, Ti, Zn y Zr (zirconio).Existen:Aleaciones monofsicas y aleaciones polifsicas.Fase: Porcin que puede incluir a la totalidad de un sistema, que es fsicamente homognea dentro de si misma y limitada por una superficie que puede ser separable mecnicamente de cualquier otra porcin. Agua tiene tres fases; Agua Lquida, hielo y vapor de agua.Caractersticas de una fase:1. Tiene la misma estructura o arreglo atmico en su interior.2. Aproximadamente, tiene la misma composicin y propiedades en su interior.3. Tiene una interfaz definida entra sta y las fases que lo rodean o estn adjuntas.Ejm. Si se encierra dentro de una cmara de vaco un bloque de hielo fig. 3.1 (a) el hielo empieza a fundirse y algo de agua se evapora. En estas condiciones tenemos tres fases coexistentes (s, l, y g), cada una de estas formas tiene un arreglo atmico nico, propiedades nicas y un lmite definido entre cada forma. Sin embargo en ste caso las fases tienen composicin idntica. fig.3.1Regla de fases: Relaciona entre la cantidad de componentes y la cantidad de fases para un determinado sistema y las condiciones que pueden cambiarse Ejm. T, P, Etc.2 + C = F + PDonde:C = Cantidad de componentesF = Cantidad de grados de libertad (Variables: T, P, composicin)P = Cantidad de fases presentes.2 = en la ecuacin implica que puede cambiar tanto la T como la Presin.Ejm. Fig.3.2 Esquema del diagrama de fases unario para el Mg, donde se muestran las temperaturas de fusin y de ebullicin a una atmsfera de presin.

Ejm. Aplicacin de regla de fases, El Mg puro segn fig., muestra un diagrama unario (C = 1) las lneas dividen las fases S, L, G. este diagrama tambin se llama P-T. Este diagrama tiene un solo componente el Mg, dependiendo de la P y T. puede haber 2 a 3 fases en determinado momento: Mg (S), Mg (L), Mg (G). Obsrvese que la interseccin de las lneas del diagrama de fases con la lnea interrumpida que representa la presin de 1 atm. Define las Ts., normales de fusin y ebullicin del magnesio, a presiones muy bajas, un slido como el Mg, se puede sublimar, es decir, pasar en forma directa pasar al estado gaseoso sin fundirse cuando se calienta.La fig.3.2. El diagrama de fases la P y T define el punto A, en este punto, todo el Mg es L. N de fases = 1, aplicando la regla 2 + C = F + P2 + 1 = F +1F = 2Indica 2 grados de libertadSignifica que dentro de los lmites del diagrama se puede cambiar la P y la T o ambas y estar todava en la parte de Lquido total del diagrama. Es decir se debe fijar tanto la T como la P, para conocer con precisin que se est en la parte L. del diagrama.Examinando el punto B, en la frontera entre la regin S. y L. del diagrama, el N Componentes C = 1, pero en el punto B coexisten el S y L. entonces cantidad de fases P = 2 aplicando la regla de fases 2+C=F+P2 + 1 = F + 2F = 1 solo hay un grado de libertad. Ejm. Si se cambia la T, tambin se debe ajustar la P. para permanecer en el lmite donde coexistan L y S. Si se fija la P, el diagrama de fases indica la T que debe haber para que existan S.L.Por ltimo en el punto X coexisten el S, L y V., (Punto triple) pero el n de componentes sigue siendo C = 1, hay 3 fases entonces 2+C=F+P2+1=F+3F = 0 No hay grados de libertad.Fig. 3.3. Diagrama P-T para H2O La T del punto triple es 273,0098K y la P. del punto triple es de 4,6 torr. Obsrvese la pendiente de la lnea entre el S y L. que sube hacia la izquierda. A la P normal (1 atm o 760 torr). La Tfus. Es de 273K, se muestra un posible esquema de secado por congelacin comenzando en el punto S y continuando hacia la izquierda por la lnea interrumpida.

Fig. 3.3. Diagrama P-T para H2O La T del punto triple es 273,0098K Fig. 3.4. Muestra el diagrama P-T para el CO2Se observa cmo la Tfus. Del hielo disminuye al aumentar la P. Esto es excepcional por que se ha sugerido esta sera la razn por la que los patinadores en hielo pueden deslizarse sobre l (Es que la presin de sus patines suele fundir el hielo, manteniendo as una capa de agua, pero se ha demostrado que se no es el factor importante. En cambio se ha demostrado que un fenmeno llamado fusin superficial del hielo es el factor principal en la formacin de la pelcula de agua lubricante que permite al patinador al moverse con facilidad sobre el hielo.Fig. 3.4. Muestra el diagrama P-T para el CO2 muchos investigadores examinan las aplicaciones del CO2 supercrtico como solvente en el procesamiento de plsticos y medicinas.

Fig. 3.5Fig. 3.5 (c) Muestra diagrama P-T para SiO2, la lnea interrumpida indica 1 Atm. De P. en l se puede ver los diversos polimorfos de la slice, Polimorfos (distintas estructuras cristalinas del mismo compuesto). En ste diagrama, la forma estable de la slice a T ambiente es el cuarzo . E l cuarzo se transforma en cuarzo a 573C. Al enfriarse, sucede la transformacin inversa. Al calentarse hasta 870C se espera que el cuarzo se transforme a tridimita cambio que puede ser lento y por ende, el cuarzo puede continuar existiendo en lo que se llama fase metaestable. El cuarzo metaestable puede pasar despus a cristobalita metaestable o a slice fundida.Fase metaestable: Aquella que se encuentra en estado de equilibrio metaestable; normalmente, este equilibrio se puede aproximar usando slo un procedimiento. Los metales lquidos y el agua subenfriada son ejemplos de fases metaestables. Ejm. Se puede obtener agua lquida subenfriada, que es una fase metaestable del agua, enfriando agua desde la T ambiente hasta un inferior a la normal de congelacin de -0C.Metaestabilidad: Propiedad que un sistema con varios estados de equilibrio, tiene que exhibir, durante un considerable espacio de tiempo, un estado de equilibrio dbilmente estable. Sin embargo, bajo la accin de perturbaciones externas (a veces no fcilmente detectables) dichos sistemas exhiben una evolucin temporal hacia un estado de equilibrio fuertemente estable. Normalmente la metaestabilidad es debida a transformaciones de estado lentas.Si representamos un sistema fsico-qumico por su energa potencial, un estado metaestable estar caracterizado por un estado que corresponde a un pseudo-mnimo de energa. Para que el sistema pueda alcanzar el estado de energa mnima que corresponde al estado de equilibrio termodinmico, es necesario suministrarle una cantidad de energa llamada energa de activacin. Fig. 3.6 (a) Un sistema metaestable con un estado dbilmente estable (1), un estado inestable de transicin (2) y un estado fuertemente estable (3).Fig. 3.6 (b) Estados a) metaestable, b) inestable y c) estable, en un grafico energa libre de Gibbs versus una variable que caracteriza el avance del proceso. Los estados de equilibrio estable y metaestable(s) corresponden a mnimos de la funcin G. El estado de equilibrio estable es el mnimo absoluto.Otro ejemplo notable de materiales clsicos de estructura metaestable corresponde al vidrio de ventanas (SiO2), un material amorfo (esto es, con la estructura de un lquido sobreenfriado). Algunos ejemplos de materiales modernos metlicos de estructura metaestable son: materiales fabricados por aleado mecnico (incluso incorporando cermicas) a temperaturas nominales prximas a la ambiente; aleaciones con memoria de forma (relacionados con la transformacin martenstica); y aleaciones amorfas macizas, hoy obtenidas a velocidades de enfriamiento tan bajas como 1 K/s.

SOLUBILIDAD Y SOLUCIONES SLIDASEs necesario conocer cuanto de cada material o componente se puede combinar sin producir una fase adicional. Cuando se agrega elementos aleantes a un metal se pueden formar soluciones slidas o lquidas.Ejm. Se agrega azcar al agua (Solucin azucarada), Si se difunde pequeas cantidades de tomos de P (fsforo) en Si monocristal, Producimos solucin slida de P en Si.Esto es solubilidad de un material en otro. (Azcar en agua, cobre en Nquel, Fsforo en Si. Etc.)Solubilidad Ilimitada. Un vaso de agua (primera fase) y un vaso de alcohol (segunda fase), si se vierte el agua en alcohol y se agita slo se produce una fase ver Fig. 3.7 Fig. 3.7 Fig. 3.8El vaso contiene una solucin de Agua y alcohol con propiedades y composicin nicas, el agua y el alcohol son solubles entre s. Muestran solubilidad ilimitada.De igual manera si mezclamos cualquier cantidad de Cu y Ni lquidos, slo se producir una fase lquida. Esta aleacin lquida tiene la misma composicin y propiedades en todos sus puntos, por que el Ni y Cu tienen solubilidad lquida ilimitada. Fig. 3.8Solubilidad limitada: Si se agrega pequea cantidad de sal (1 fase) a un vaso de agua (2 fase)Se agita, la sal se disuelve por completo en el agua. El sistema es monofsico; el agua salada o salmuera. Pero si se agrega demasiada sal al agua el exceso de sal baja al fondo del vaso fig. 3.9 En este caso tenemos dos fases: el agua salada con sal y el exceso sal slida. Encontraremos que la sal tiene solubilidad limitada en el agua. Fig. 3.9En los metales: Agregamos pequea cantidad Zn (l) a (Cu) (l), se produce una sola solucin (l). Cuando sta se solidifica es una solucin slida, con estructura FCC, donde los tomos de Cu y Zn estn ubicados al azar en puntos normales de la red. Pero si la solucin slida contiene ms que un 30% de Zn. Algo del exceso de tomos de Zn se combinan con algunos de los tomos de Zn para formar un compuesto CuZn. Fig.3.10(c) Ahora coexisten 2 fases solidas: una solucin slida de cobre saturada con un 30% Zn y el compuesto CuZn.La solubilidad del Zn en Cu es limitada la Fig.3.10 (c)., muestra una parte del diagrama de fases Cu-Zn que ilustra la solubilidad del Zn en Cu a bajas T. Esta solubilidad aumenta al aumentar la T. Se parece a la forma en que se puede disolver ms azcar o sal en el agua por el incremento de T. Fig.3.10 (b)Fig.3.10 (c). En las aleaciones de Cu y Zn que contienen ms de 30% de Zn, se forma una segunda fase por la solubilidad limitada del Zn en el Cu, (b) Solubilidad del Zn en el cobre. La lnea continua representa el lmite de solubilidad; cuando se agrega ms Zn, se rebaza el limite de solubilidad y coexisten 2 fases.CASO EXTREMO: La inmiscibilidad, No existe nada de solubilidad entre un material y otro Fig.3.11 Ejm., aceite y agua, aleaciones Cu-Pb, materiales fundidos, cermicos slidos y metales. Aunque los materiales no se disuelven uno dentro del otro, si pueden dispersarse uno en otro, Ejm, fases aceitosas y lquidos acuosos pueden mezclarse utilizando surfactantes para tomar emulsiones. Fig.3.11CONDICIONES PARA LA SOLUBILIDAD ILIMITADAPara la solubilidad ilimitada Cu-Ni debe satisfacer condiciones conocidas como regla de Hume-Rothery y son:1. Factor tamao: tomos o iones deben tener tamao semejante, con diferencia de radio atmico no mayor 15%, para minimizar la deformacin de la red2. Estructura cristalina: Los materiales deben tener la misma estructura cristalina caso contrario se presenta una transicin de una fase a otra con una estructura distinta.3. Valencia: Los iones deben tener la misma valencia si no es as la diferencia de electrones de valencia se formar compuestos no de soluciones.4. Electronegatividad: Los tomos deben tener + o la misma electronegatividad (afinidad hacia los e-) Si la electronegatividad son apreciablemente distinta, se forman compuestos, as como los iones Na y Cl se combinan y forman Cloruro de sodio.Las condiciones de Hume-Rothery deben cumplirse pero no necesariamente son suficientes para que 2 metales Cu-Ni o dos compuestos BaTiO3-SrTiO3 tengan solubilidad ilimitada. Fig.3.12Fig. 3.12. El MgO y el NiO tienen estructuras cristalinas, radios inicos y valencias similares; por tanto los 2 materiales cermicos pueden formar soluciones slidasLa solubilidad de los tomos intersticiales siempre es limitada. Los tomos intersticiales son mucho ms pequeos que los del elemento anfitrin. Y con esto violan la primera de las condiciones de Hume-Rothery.

ENDURECIMIENTO POR SOLUCIN SLIDAEs efecto importante de la formacin de soluciones solidas de los materiales metlicos. Causa la mayor resistencia al movimiento de dislocaciones. Ejm., aleacin Cu-Zn latn es ms resistente que el Cu puro. La formacin Fe3C. Au y Ag puros son extremadamente blando y maleables en joyera no conservaran su forma, es por eso que los joyeros agregan Cu al Au o A la Ag. Fig.3.13Fig.3.13 Efecto de varios elementos aleantes sobre la resistencia del cobre a la cedencia. Los tomos de Ni y de Zn tienen ms o menos el mismo tamao que los de cobre, pero los tomos de Be, y de Sn son muy diferentes de los tomos de Cu. Al aumentar la diferencia de tamaos atmicos y la cantidad de elemento aleante. Aumenta el endurecimiento por solucin slida-

Grado de reforzamiento por solucin slida: Depende de 2 factores, (1) Una gran diferencia en los radios atmicos entre el solvente anfitrin y el soluto husped o aleante, aumenta el efecto de reforzamiento una mayor diferencia de tamaos produce una mayor perturbacin de la estructura cristalina inicial dificultando el deslizamiento. Fig.3.13.(2)Una mayor cantidad de elementos de aleacin que se agregue producir un mayor efecto de reforzamiento Fig.3.13 Una aleacin de Cu con 20% de Ni es ms resistente que una con 10% de Ni.Efecto del reforzamiento por solucin slida sobre las propiedades.

. Fig.3.14 Efecto de adiciones de Zn al Cu sobre las propiedades de la aleacin endurecida por solucin. El aumento del % de alargamiento al aumentar el contenido de Zn no es caracterstico del endurecimiento por solucin slida

DIAGRAMAS DE FASES ISOMORFODiagrama de fases muestra las fases y sus composiciones en cualquier T y composicin de la aleacin.Diagrama de fases Binario: Cuando en un material estn presentes slo 2 elementos o 2 compuestos.Diagramas de fases isomorfos binarios: se encuentra en sistemas metlicos y cermicos incluyen Cu-Ni y NiO-MgO

Fig.3.15(a) Diagramas de fases en equilibrio para los sistemas Cu-Ni y NiO-MgO (b) Se muestran las T Lquidus y Solidus para una aleacin de Cu-40%Ni. (c) y (d) sistemas con mximos y mnimos de solucin slida Los ejes X pueden representar %mol %peso de uno de los componentes.Diagramas de fases ternarios: Estn constituidos por 3 componentes se representa como un diagrama pseudobinario (es decir se supone que es un diagrama que representa el equilibrio de fases entre CaO SiO2 y SrO SiO2). En un diagrama pseudobinario, se representan los equilibrios entre 3 o ms componentes usando dos compuestos. Temperaturas liquidus. Aquella arriba de la cual un material es totalmente lquidoTemperaturas Solidus. Aquella debajo de cual esa aleacin es 100% slida.Fases presentes: Si planeamos hacer una pieza colada debemos saber las fases presentes en una aleacin a determinada T, estar seguros que el metal est lquido al principio, si queremos dar tratamiento trmico a un componente de aleacin, asegurar que no se forme lquido durante el proceso. Las distintas fases slidas tienen distintas propiedades, Ejm. Diagrama hierro carbono. En bcc es magntico en fcc no lo es.Tecnolgicamente es importante conocer que al endurecer los aceros templndolos desde una T alta, el endurecimiento se debe a la formacin de fases fuera de equilibrio. En estos casos los diagramas de fases no proporcionan toda la informacin necesaria; entonces necesitamos usar diagramas especiales que tengan en cuenta el efecto del tiempo (es decir, la cintica) sobre transformaciones de fases.Composicin de cada fase. Para cada fase, se especifica una composicin expresada como porcentaje de cada elemento en ella. (% en peso).Cuando coexisten 2 fases como L y S. sus composiciones son diferentes entre s, y tambin difiere de la composicin general del material. Si esa composicin cambia un poco, la composicin de las 2 fases no se afecta siempre y cuando la T permanezca Cte.Esta diferencia se explica con la regla de fases de Gibbs. Que se puede reformular para presin cte.1 + C = F + P(Para presin constante)C = Cantidad de Componentes qumicos independientesP = Cantidad de fases F = Cantidad de grados de libertad1 = Cantidad de grados de libertad la presin es normalmente 1 atm. LNEA DE ENLACE O ISOTERMA. Es una lnea horizontal en una regin de 2 fases, que se traza a la temperatura de inters.

Fig.3.16 Diagrama de fase binario hipottico entre dos elementos, A y B. Cuando una aleacin esta en una regin de 2 fases, una lnea de enlace a un a la T de inters determina la composicin de las 2 fases. Esto es una consecuencia de la regla de las fases de Gibbs, que slo permite que haya un grado de libertad.Cantidad de cada fase (Regla de la palanca): Si nos interesa la cantidad relativa de cada fase presente en la aleacin. Se expresa en % en peso.Ejemplo: Calcular las cantidades de fase y L a 1250c en la aleacin Cu 40%Nique se muestra en la figura 9.17

Fig.3.17 La lnea de enlace a 1250C en el sistema Cu-Ni para determinar la cantidad de cada faseSolucinX = Fraccin msica de la aleacin que es slido . Hay dos fases el resto del Ni debe estar en fase (L) la fraccin msica de Ni en el L ser 1-X. Consideremos 100 gr., de aleacin y sta aleacin consiste en 40 gr. Ni a todas las T. A 1250 C se puede se puede plantear una ecuacin que represente el balance de masa para el Ni. A esa T tenemos x gr., de fase (s), y 100(1-X) gr, de (L).Masa total de Ni en 100 gr de aleacin = masa de Ni en (L) + masa de Ni en . 100 x (%Ni en aleacin) = [(100)(1-x)] (%Ni en L) + (100)[x](%Ni en )(%Ni en aleacin) = (%Ni en L) (1-x) +(%Ni en ) (x)Multiplicando y reordenando,

De acuerdo con el diagrama de fases a 1250C:

Si convertimos la fraccin a porcentaje de masa, la aleacin contiene 62% de y 38% de L, a 1250C. Se observa que la concentracin de Ni en la fase alfa (a 1250C) es 45%, y en la fase L (a 1250C) es 32%.Para calcular las cantidades de L y S. se forma una palanca con la lnea de enlace con el punto de apoyo en la composicin original de la aleacin. En general la regla de la palanca se puede enunciar como:

RELACIN ENTRE LAS PROPIEDADES Y EL DIAGRAMA DE FASESLas propiedades mecnicas de una serie de aleaciones de Cu-Ni se pueden relacionar con el diagrama de fases de la Fig. 3.18 Fig. 3.18. Propiedades mecnicas de las aleaciones Cu-Ni. El Cu se endurece hasta agregarle 60% de Ni, y el Ni se endurece hasta el 40% de Cu.La resistencia mxima se obtiene con una aleacin de Ni con 60% de Cu, que se llama Monel. SOLIDIFICACIN DE ALEACIONES DE SOLUCIN SLIDACuando se funde y enfra una aleacin como Cu-40%Ni, la solidificacin requiere tanto nucleacin como crecimiento. La nucleacin heterognea permite poco o ningn subenfriamiento, por lo que se inicia cuando el lquido llega a la T liquidus.El diagrama de fases Fig.3.19, con una lnea de enlace trazada a la T liquidus, indica que el 1 slido que se forma tiene una composicin Cu-52%Ni.

Fig.3.19 Cambio de la estructura de una aleacin de Cu con 40% de Ni durante su solidificacin en equilibrio, Se deben difundir los tomos de Ni y de Cu durante el enfriamiento para satisfacer el diagrama de fases y producir una estructura uniforme en equilibrio. Para el crecimiento del slido deben cumplirse dos condiciones, la primera es que el crecimiento necesita eliminar el calor latente de fusin (Hf), que se desprende cuando se solidifica el lquido, a travs de la interfaz S-L. En segundo lugar, a diferencia de los metales puros, debe efectuarse la difusin para que las composiciones de las fases S y L sigan las curvas de solidus y liquidus durante el enfriamiento

Fig.3.20. Curva de enfriamiento de una aleacin isomorfa durante su solidificacin, se supone que las velocidades de enfriamiento son pequeas y que permiten el establecimiento de equilibrio trmico, los cambios en la pendiente de la curva de enfriamiento marcan las T liquidus solidus; en este caso, es para una aleacin de Cu-40%Ni.

SOLIDIFICACIN FUERA DE EQUILIBRIO Y SEGREGACINCuando el enfriamiento es demasiado rpido para que los tomos se difundan y se produzcan condiciones de equilibrio, se producen estructuras fuera de equilibrio o desequilibrio en la pieza fundida.En la aleacin Cu-40%Ni al enfriar con rapidez. El primer slido que se forma contiene 52%Ni, al llegar a la T liquidus Fig. 3.21 al enfriarse a 1260 C la lnea de enlace indica que el lquido contiene 34% de Ni, y el solido que se forma a esa T contiene 46% de Ni, como la difusin tiene lugar con rapidez en los lquidos, es de esperarse que la lnea de enlace indique con exactitud la composicin del lquido, en los slidos la difusin es comparativamente lenta. El primer slido que se forma seguir teniendo un 52% de Ni, pero el nuevo slido contiene slo 46% de Ni. Podramos encontrar que la composicin promedio del slido es 51% de Ni. Fig. 3.21Cambio de estructura de una aleacin de Cu-40%Ni durante solidificacin fuera de equilibrio. Si es insuficiente el tiempo para que haya difusin en el slido, se produce una estructura segregada.Solidificacin fuera de equilibrio y segregacin: Un proceso de enfriamiento normal se realiza en unos pocos minutos o a lo ms unas pocas horas, por lo cual las condiciones de equilibrio no se logran. Al solidificar el metal se producen gradientes de concentracin que no logran equilibrarse debido al insuficiente tiempo del que se dispone, originando prdidas de propiedades mecnicas.

EjemploPara las aleaciones NiO-30% mol MgO, NiO-45% mol MgO y NiO-85% mol MgOa) Determinar la temperatura liquidus, solidus y el intervalo de solidificacinb) Determine las fases presentes, la composicin y cantidad de cada fase a 2400 C

EjemploConsidere una aleacin, cuya composicin promedio contienen 60% de antimonio. Comenzando a 550 C y a intervalos de 50 C, hasta 300 C, suponiendo que prevalecen condiciones de equilibrio, determine: (a) Las fases presentes (b) La composicin y cantidad de cada fase (c) La microestructura

Tipo II: Solubilidad total al estado liquido e insolubilidad al estado slidoTcnicamente no existe ningn par de metales que sean totalmente insolubles uno en otro. Sin embargo, en algunos casos la solubilidad es tan limitada que prcticamente pueden considerarse como insolubles.

El punto de interseccin de las lneas liquidus, se denomina punto eutctico.

La temperatura correspondiente a este punto, se llama temperatura de solidificacin del eutctico La composicin 40%A-60%B, correspondiente a este punto, se conoce como composicin eutctica.Cuando el lquido de composicin eutctica se enfra lentamente hasta la temperatura eutctica, la fase lquida se transforma simultneamente en dos fases slidas. Esta transformacin se conoce como reaccin eutctica y se escribe:

Aleacin 1: aleacin eutcticaAleacin 3: aleacin hipoeutcticaAleacin 2: aleacin hipereutctica