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Clases UCV Ing. Mec Elect.TRANSCRIPT
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Universidad de Atacama Departamento de Metalurgia
CURSO: INGENIERA DE MATERIALES
PROF. ING. DANNY CHVEZ NOVOA, 2015-1
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4. Materiales Metlicos
Son aquellos que estn compuestos bsicamente por uno o ms metales. Tambin pueden contener otros materiales como el carbono.
Los materiales metlicos cuyo componente principal es el hierro son llamados materiales ferrosos.
Los materiales metlicos obtenidos a partir de otros metales son llamados materiales no ferrosos.
Hierro Acero
Zinc Cobre
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METALES
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Materiales Ferrosos
El metal ms empleado en la actualidad es el hierro en cualquiera de sus presentaciones, ya que tanto las tcnicas de extraccin del mineral como los procesos de obtencin del metal son relativamente econmicos.
Minerales que contienen mucho hierro: la magnetita(Fe3O4), la hematita(Fe2O3), la limonita y la siderita.
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Hierro Puro
El hierro puro es un metal de color blanco grisceo y tiene una concentracin de un 99,9 % o ms.
Tiene pocas aplicaciones industriales y resulta muy difcil de obtener.
Tambin se llama hierro forjado por que es muy dctil y maleable.
Se emplea en trabajos de forja y para construir electroimanes y transformadores elctricos.
Electroimn Transformador
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Aceros
Los aceros son aleaciones de hierro y de carbono (entre el 0,03 y el 1,8 %) a las que se aaden otros materiales (manganeso, nquel, titanio, etc.) segn las propiedades del tipo de acero que se desee lograr.
Se aplican en muchos campos industriales.
Hay dos tipos de aceros:
Aceros Comunes (aceros al carbono): ej. SAE 1020, 1045, 1080.
Aceros Aleados, ej.: SAE 4340, 3115, 8620.
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Aceros Comunes (al carbono)
Hechos slo con hierro y carbono. Son muy fciles de soldar y poco resistentes a la corrosin. Se emplean en estructuras, clavos, tornillos, herramientas, etc.
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Aceros Aleados
Hechos con hierro, carbono y otros elementos(Cr, Mg, Ni, V, etc). Muy resistentes a la corrosin, al desgaste y a las altas temperaturas. Se emplean para fabricar instrumentos y piezas especiales.
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Fundiciones
Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono (entre el 1,76 y el 6,67 %). Adems contiene Si.
Al tener ms carbono resisten mejor la corrosin y los cambios de temperatura.
Son fciles de moldear y se emplean en la fabricacin de piezas de gran tamao.
Se clasifican en:
Fundiciones Ordinarias.
Fundiciones Aleadas.
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Fundiciones Ordinarias
Hechos slo con hierro y carbono y alguna pequea parte de otro material. No se pueden trabajar en la forja.
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Fundiciones Aleadas
Hechos con hierro, carbono y otros elementos con los cuales mejoran sus propiedades.
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PROCESO DE OBTENCIN DE METALES
Cuando se form la tierra, la masa fundida contena los
mltiples metales.
La mayora de los metales se combinaron con rocas cuando estaban fundidos para formar minerales
metlicos, ejemplo: bauxita y mineral de hierro
Muchas veces combinamos metales distintos, o metales con otros materiales para formar aleaciones y mejorar as
las propiedades del metal
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PROCESO DE OBTENCIN DE METALES
Todos los metales se obtienen a travs de la minera
Minera: Es la extraccin fsica de materiales de la corteza terrestre
Minas a cielo abierto Minas subterrneas
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Los materiales metlicos los utiliza el ser humano desde tiempos prehistricos y
estn presentes en todas las actividades econmicas hoy en da.
Obtencin Los metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte
de las rocas. Por ejemplo, el metal hierro se extrae de minerales de hierro como la magnetita o la siderita.
Los minerales, que se extraen de las minas, se componen de dos partes: - MENA: es la parte til del mineral, de la que se extrae el metal. - GANGA: es la parte no til del mineral. Esta parte se desecha. La ganga debe
separarse de la MENA.
La rama de la tcnica que el ser humano ha desarrollado para obtener el metal de los minerales se llama METALURGIA. Existe una rama de la metalurgia que trabaja slo con minerales de hierro que se llama SIDERURGIA.
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TAMIZADO: Separa las partculas slidas
por su tamao usando tamices.
FILTRACIN: Separa partculas slidas de un lquido utilizando filtros.
FLOTACIN: Se separa los slidos de un lquido por su densidad. Los ms densos se depositan en el fondo.
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Los Metales se pueden dividir en dos grandes grupos: Metales ferrosos: Son aquellos metales que contienen hierro
como componente principal. Entre estos estn El hierro puro El acero La fundicin
Metales no ferrosos: Son aquellos metales que no contienen
hierro o contienen muy poca cantidad de hierro. Hay muchos: El cobre El aluminio El bronce El cinc El plomo, etc
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Hay un tipo de metales no ferrosos que destacan por su valor econmico, llamados metales nobles, los cuales son: oro, plata y platino.
Otra forma de clasificar los metales es, segn si estn
mezclados entre s o no, as tenemos:
Metal puro: como el cobre, aluminio, oro, plata, plomo, cinc,
Aleacin: Es la mezcla de dos o ms materiales donde al menos uno de ellos, el de mayor proporcin, sea un metal. Ejemplo: acero, bronce, latn,
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PROPIEDADES
Tienen un brillo muy caracterstico.
Son ms densos y pesados que otros materiales de uso tcnico.
Su gran resistencia mecnica les permite soportar grandes esfuerzos, presiones o golpes.
Algunos de ellos son muy duros.
Conducen muy bien el calor y la electricidad.
Tienen grandes posibilidades de trabajo, como doblar, cortar, estampar, fundir o moldear.
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Propiedades mecnicas Las propiedades mecnicas son aquellas relacionadas con la aplicacin de
fuerza sobre los metales. Tenemos Dureza: Es la resistencia que ofrece un metal a ser rayado, cortado o
perforado. Tenacidad: Es la resistencia que ofrece un metal a romperse cuando es
golpeado. Ductilidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de convertirse en
hilos finos cuando son estirados. Maleabilidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de convertirse
en lminas finas cuando son extendidos. Fragilidad: Es la facilidad con la que se rompe un metal cuando es
golpeado. Es lo contrario de tenacidad. Elasticidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de recuperar su
forma inicial cuando finaliza la fuerza que lo ha deformado. Plasticidad: Los metales tienen plasticidad cuando no son capaces de
recuperar su forma inicial al finalizar la fuerza que lo ha deformado. Lo contrario de plasticidad es elasticidad.
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Propiedades trmicas
Las propiedades trmicas son aquellas relacionadas con la aplicacin de calor sobre los metales Conductividad trmica: Es la capacidad que tienen los metales para conducir el calor a travs
de ellos. Todos los metales tienen buena conductividad trmica.
Dilatacin y contraccin: Un metal se dilata cuando aumenta de tamao al aumentar la temperatura y se contrae cuando disminuye de tamao al disminuir la temperatura.
Fusibilidad: Es la propiedad que tienen los materiales de fundirse, es decir, de pasar de estado slido a lquido cuando sube la temperatura. Todos los metales tienen fusibildad.
Soldabilidad: Es la capacidad que tienen algunos metales de unirse a altas temperaturas.
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Propiedades elctricas
Las propiedades elctricas son aquellas relacionadas con el paso de la
corriente elctrica sobre los metales.
Conductividad elctrica: Es la capacidad que tienen los metales para conducir la corriente elctrica a travs de ellos. Todos los metales tienen buena conductividad elctricas, por eso son, conductores elctricos. Los mejores son la plata y el cobre.
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Propiedades qumicas
Son aquellas relacionadas con la forma en que los metales reaccionan con sustancias.
Oxidacin: Es la facilidad con la que reaccionan el metal con el oxgeno del aire o del agua y cubrirse con una capa de xido. Los metlicos frricos se oxidan con cierta facilidad, pero el oro apenas se oxida.
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Propiedades ecolgicas Son aquellas que relacionan los metales con el medio ambiente.
Los metales se pueden reciclar: Es decir, que una vez desechados, se pueden reutilizar ms adelante.
Los metales son materiales no renovables: Es decir, algn da, los metales se agotarn, pues las minas agotarn sus reservas de minerales.
Algunos metales son txicos: Es decir, hacen dao a los seres vivos. Tenemos el caso del plomo y del mercurio.
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DEFINICIN
Son los metales cuyo componente principal es el hierro El hierro es el metal ms empleado en la actualidad. Los procesos de extraccin y de obtencin del hierro son econmicos. Los minerales que contienen hierro son: Magnetita, Hematites, Limonita, Siderita. El hierro puede utilizarse como hierro puro o como aleaciones.
ALEACIONES: Son mezclas de 2 o ms elementos qumicos siendo al menos
el que se encuentra en mayor proporcin un metal
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CLASIFICACIN
Existen 3 tipos de aleaciones de hierro en funcin del porcentaje de carbono que tenga.
Hierro puro: Que apenas es utilizado. La proporcin de carbono oscila entre
el 0.008 % y el 0.03%.
Acero: Es una aleacin de hierro y carbono (que no es un metal), de modo que el porcentaje de carbono es de menos de un 1,7%
Fundicin: Es una aleacin de hierro y carbono, de modo que el porcentaje de carbono est entre un 1,7% y un 6,7%.
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DIFERENCIAS ENTRE EL ACERO Y LA FUNDICIN
1. La fundicin tiene ms carbono que el acero
2. La fundicin es ms dura que el acero, es decir, es ms difcil de rayar.
3. La fundicin es ms resistente a la oxidacin y al desgaste que el acero.
4. La fundicin es muy frgil. Si se intenta deformar se fractura.
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Proceso de obtencin del acero El proceso de obtencin del acero es un proceso siderrgico que consta de varios
pasos: 1. Extraer de la mina el mineral de hierro 2. Se Lava y tritura el mineral para separar la mena de la ganga. La mena se aprovechar
y la ganga se desecha. 3. Se mezcla la mena de hierro con carbn de coque y caliza y se introduce en el llamado
alto horno a una temperatura de 1500 C. El carbn de coque hace combustible y la caliza ayuda a fundir la mezcla. El alto horno mide ms de 30 m de altura.
4. Del fondo del alto horno se obtiene un material lquido llamado arrabio, el cual tiene mucho hierro.
Aparte del arrabio sale otra sustancia que se desecha, llamada escoria. El arrabio tiene un alto contenido en carbono que hay que eliminar. Esto se hace en
unos recipientes llamados convertidores. 5. En los convertidores se introduce el arrabio y se inyecta oxgeno, para salir acero y
ms escoria que se desecha.
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OBTENCIN DEL ACERO
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Alto Horno
Entra mena de hierro + caliza + carbn de coque
Sale: escoria y arrabio
En el convertidor
Entra: arrabio + oxgeno
Sale: Acero + escoria
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RECICLADO DEL ACERO
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Materiales No Frricos
Los materiales no frricos son ms caros y difciles de obtener que los frricos, sin embargo presentan algunas propiedades que los hacen necesarios: son ms difciles de oxidar, conducen mejor la electricidad y el calor, funden a temperaturas ms bajas, son ms fciles de mecanizar, etc.
Se clasifican en: Metales Pesados. Metales Ligeros. Metales Ultraligeros.
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Metales Pesados.
Su densidad es igual o mayor a 5 Kg./dm3. Entre ellos estn el cobre, el plomo, el zinc, el estao, el nquel, el mercurio, el wolframio, etc.
Cobre
Zinc Mercurio
Wolframio
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Metales Ligeros
Su densidad es entre 2 y 5 Kg./dm3. Son ejemplos el aluminio y el titanio.
Aluminio Titanio
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Metales Ultraligeros
Con densidad menor de 2 Kg./dm3. El magnesio es el ms utilizado en la industria.
Magnesio Natural Magnesio Elaborado
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El Cobre
El cobre es un metal de color rojo brillante, muy resistente a la corrosin, conduce bien el calor y la electricidad, es muy dctil y maleable. Se obtiene de minerales como la cuprita, la calcopirita y la malaquita.
Cuprita Calcopirita Malaquita
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Se ha usado desde la antigedad para hacer armas, adornos, monedas, etc. Hoy se usa en conductores elctricos, alambiques, y conducciones de gas y agua, as como otros usos en construccin. Sus aleaciones principales son:
Los Bronces: Aleaciones de cobre y estao, tanto ms duras cuanto ms estao contienen.
Los Latones: Aleaciones de cobre y zinc usadas para hacer canalizaciones, tornillos, vlvulas de gas y agua, bisagras, etc..
Latones Bronce Cobre
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Zinc
El zinc es un metal blando de color blanco azulado, resistente a la intemperie. Se obtiene de la blenda.
Se emplea en la fabricacin de recipientes, canalones y planchas para cubiertas. Tambin para recubrir planchas de hierro por dos procedimientos:
Cincado: Introduciendo las piezas de hierro en un bao electroltico.
Galvanizado: Recubriendo las piezas de hierro por zinc fundido.
Blenda
Nave de zincado Galvanizado
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Estao
El estao es un metal de aspecto blanco brillante, muy resistente al aire, fcil de fundir y de trabajar. Es muy maleable en fro y en caliente se torna quebradizo. Se obtiene de la casiterita.
Se emplea, aleado con plomo o con plata, para soldadura blanda. Tambin para recubrir el hierro, obteniendo hojalata, y para recubrir el cobre, pues al no ser txico puede usarse en instrumentos de alimentacin.
Casiterita
Estao Hojalata
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Aluminio
El aluminio es un metal de color plateado claro, es muy resistente a la oxidacin, ligero, buen conductor del calor y la electricidad y fcil de mecanizar. Se obtiene de la bauxita.
Se emplea en aleaciones ligeras, tan resistentes como el acero y mucho menos pesadas. Con ellas se fabrican productos muy variados, desde latas de refrescos como fuselajes de aviones, ventanas, maquinaria, etc.
Productos de aluminio
Bauxita
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Titanio
Este metal se extrae de dos minerales, el rutilo y la ilemita.
Es de color blanco plateado, brillante, ligero, muy duro y resistente.
Se emplea en varias industrias como la aeroespacial, automotriz, militar, energtica, naval, decorativa, etc.
Productos de Titanio Titanio
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Mercurio
Es un metal pesado plateado que a temperatura ambiente es un lquido inodoro (no tiene olor). Es un mal conductor del calor comparado con otros metales, aunque no es mal conductor de la electricidad.
Se emplean en instrumentos de medicin principalmente termmetros y tensimetros, enchufes, rectificadores elctricos, interruptores, lmparas fluorescentes y como
catalizador.
Mercurio Productos de Mercurio
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Magnesio
El magnesio se extrae de diferentes minerales, como el olivino, el talco, el asbesto y la magnesita.
Es un metal de color blanco brillante similar a la plata, muy ligero, blando, maleable y poco dctil.
El uso principal del metal es como elemento de aleacin del aluminio, emplendose en envases de bebidas, en componentes de automviles y en maquinaria diversa.
Magnesita Productos de Magnesio
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Cuestiones
1. Qu es la siderrgia?
Se llama as al proceso de obtencin de aleaciones de
hierro
2. Qu es la metalrgia?
Se llama as al proceso de obtencin del resto de
metales
3. Qu es el acero? Una aleacin de hierro con menos del 2% de carbono, bastante
resistente, muy empleada en la industria y en la construccin.
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4. El acero inoxidable es una aleacin de: Hierro, carbono, cromo y niquel
5. Por qu las estructuras de los aviones se realizan
de aleaciones de aluminio en vez de acero como los
coches?
El aluminio es tres veces ms ligero que el acero, adems es
muy resistente a la corrosin y tiene una aceptable resistencia a
los esfuerzos.
6. El bronce es una aleacin de
7. El latn es una aleacin de
cobre y estao
cobre y cinc
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8. Relaciona las siguientes columnas
Cerradura
Cable elctrico
Viga
Ventana
Hoja de sierra
Acero comn
Aluminio
Cobre
Acero especial
Latn
Conductor de electricidad
Aspecto decorativo
Inoxidable
Resistente a los esfuerzos
Duro
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9. Qu materias primas intervienen en la produccin de acero?
Mineral de hierro Mineral de carbn
Minerales fundentes Oxgeno inyectado
Otros elementos metlicos
10. Relaciona las siguientes columnas
Sierra de arco Doblar un alambre
Lima Cortar un tubo de acero
Taladradora Eliminar una rebaba
Alicates Perforar un perfil
Comps de puntas Doblar una chapa en ngulo recto
Tijeras de chapa Recortar una pieza de chapa
Tornillo de banco Trazar un crculo
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11. La aleacin de hierro con ms de un 2% de carbono, de fcil
moldeo y resistente a la corrosin, recibe el nombre de:
Fundicin
12. El proceso de fabricacin de piezas con formas y relieves complicados que se realiza introduciendo el metal fundido en
moldes, se llama:
Fundicin y moldeo
13. La prensa de troquelado,el torno y la fresadora son mquinas
que se emplean para:
Dar forma a las piezas metlicas quitando el material sobrante
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ACTIVIDADES
Exterior: cupro-niquel
Interior: 3 capas (niquel-latn/niquel/niquel-latn)
Exterior: niquel-latn
Interior: 3 capas (cupro-niquel/niquel/cupro-niquel)
Oro nrdico: cobre-aluminio-cinc-estao
Acero recubierto de cobre
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Concepto de aleacin
Mezcla homognea de propiedades metlicas
Compuesta de dos o mas elementos donde por lo
menos uno es un metal
Fe Al Cu Pb
P C Si S As
Ej.: Latn (Cu-Zn), Bronce (Cu-Sn), acero (Fe-C).
Razn de formar aleacin: ?????
4. Aleaciones metlicas
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Analoga Agua-sal
Soluto + Solvente
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Cristalografa
Estado cristalino
Estructura cristalina
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La aleacin es una solucin solida
Sustitusional
Intersticial
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SOLUCIN SLIDA SUBSTITUCIONAL
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Reglas de Hume-Rothery
Se establecen las condiciones necesarias que debe presentar
una solucin slida total acorde a los tomos del soluto y del
solvente
Radio atmico de los elementos debe ser relativamente igual. Tamaos de los radios atmicos de soluto y
solvente no sean mayor a un 15% (del tamao del
solvente)
Similares estructuras cristalinas de los elementos.
Misma valencia en los dos elementos.
Similar electronegatividad.
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Dimetros diferentes de los tomos provocaran
distorsin en la red cristalina.
La red cristalina soporta un lmite de expansin y
contraccin existe un lmite en la diferencia de los dimetros atmicos para que la solucin
mantenga su estructura.
Ejemplos: Laton (Cu-Zn), Bronce (Cu-Sn)
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Ejemplo:
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SOLUCIN SLIDA INTERSTICIAL
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Se forma este tipo de solucin con dos
tipos de tomos donde uno es mucho mas
grande que el otro.
tomos intersticiales: C,H,O,N y B.
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Solucin slida intersticial:
En las soluciones slidas intersticiales, los tomos de soluto se sitan en
los intersticios que hay entre los tomos del cristal.
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5. DIAGRAMAS DE FASE
(BINARIOS )
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En la mayora de las aplicaciones cotidianas, se utilizan aleaciones.
Aleacin
Monofsica
Polifsica
Aleacin monofsica
Aleacin polifsica
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Una fase tiene las siguientes caractersticas:
La misma estructura y ordenamiento atmico en todo el material.
Tiene en general la misma composicin y propiedades en su interior.
Hay una interfase definida entre la fase y cualquiera de las otras fases
circundantes.
Definicin de Fase
Toda porcin, que puede incluir a la totalidad de un sistema, que es
fsicamente homognea dentro de s misma y limitada por una superficie, de
tal modo que sea mecnicamente separable de cualquier otra porcin.
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Fase
Una fase de un material, en trminos de su microestructura, es una regin
que difiere en estructura y/o composicin de otra regin.
agua
Agua lquida
Hielo
Vapor de agua
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Diagramas de fases
Son representaciones grficas de las fases que estn presente en un sistema
de materiales a varias temperaturas, presiones y composiciones.
De los diagramas de fases se puede obtener la siguiente informacin:
Mostrar que fases estn presentes a diferentes composiciones y
temperaturas
Determinar la temperatura a la cual una aleacin enfriada bajo condiciones
de equilibrio comienza a solidificar y el rango de temperatura en el que se
presenta la solidificacin.
Conocer la temperatura a la cual fases diferentes comienzan a fundir.
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Diagramas de fases de sustancias puras
Una sustancia pura puede existir en las fases slida, lquida y vapor,
dependiendo de las condiciones de temperatura y presin.
Diagrama de fases en
equilibrio presin -
temperatura para el agua
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Punto triple: presin y temperatura a la que estn en equilibrio
(coexisten) tres fases de un material
Diagrama presin-temperatura carbono
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Diagrama de fases en
equilibrio
presin temperatura,
hierro puro
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Es importante conocer el comportamiento de un material con la
temperatura. dos ejemplos:
- Cuando el ejrcito nazi, se encontr en campo sovitico durante el fro
invierno, no haban tenido en cuenta que todo su armamento metlico, iba a
sufrir las consecuencias del fro. A -40 C, los aceros pueden contraerse entre
1 - 4%, en funcin del contenido de carbono. En otras palabras, pensar en un
tubito por donde sale una bala de can, que debera medir 100mm, se ha
encogido 2 3mm
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- En los aceros, existen una fase de transicin, donde el material cambia su
capacidad de deformarse, o sea, pasa de dctil a frgil. Cuando se
recuperaron partes del casco del malogrado Titanic, se realizaron los ensayos
para determinar la temperatura de transicin del acero utilizado, determinando
que era -15 C. As que el empleo de ese material, la temperatura del agua por
donde andaban, adems de otros detalles estructurales como las uniones
entre planchas, provoc la ruptura del casco, y el hundimiento del barco. La
culpa no fue solamente el choque contra el iceberg.
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Solubilidad y soluciones slidas
Cuando se mezclan diversos componentes o materiales, como por ejemplo
cuando se agregan elementos aleantes a un metal, se pueden formar
soluciones slidas o lquidas.
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Solucin slida:
Fase slida formada por la combinacin de dos o ms elementos que estn
atmicamente dispersos, formando una nica estructura (fase) y de
composicin variable (por ser una solucin, hay un rango de solubilidad).
Solubilidad de soluciones slidas:
Solubilidad total (completa)
Solubilidad parcial o limitada
Insolubilidad total
Mezcla: formada por dos o ms fases, cuyas caractersticas se mantienen
cuando se forma la mezcla.
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a) Solubilidad total b) solubilidad limitada c) insolubilidad total
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a) y b) Cu y Ni lquidos son totalmente solubles entre s, las aleaciones
slidas de Cu y Ni tienen solubilidad completa c) En aleaciones Cu y Zn que
contienen ms de 30% de Zn se forma una segunda fase por la solubilidad
limitada del Zn en el Cu
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Lmite de solubilidad
Para una temperatura especfica, existe una concentracin mxima de
tomos de soluto que se disuelven en el disolvente para formar una solucin
slida.
Solubilidad del azcar en un jarabe de agua azucarada
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TIPOS DE SOLUCION SOLIDA
Es la fase cristalina nica y homognea que contiene dos o mas especies
qumicas, se dividen en dos tipos:
a) INTERSTICIALES
Cuando el tomo de soluto es lo bastante pequeo para ocupar espacios
abiertos entre tomos adyacentes en la estructura cristalina se forma una
SOLUCION SOLIDA INTERSTICIAL.
b) SUSTITUCIONAL.
Es cuando los tomos del soluto se encuentra en alguno de los puntos
reticulares del solvente, siendo la distribucin al azar.
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Solucin slida sustitucional: los
tomos de B ocupan posiciones de
la red A
Solucin slida intersticial: los
tomos B ocupan posiciones
intersticiales de la red A
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Un diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones en
cualquier combinacin de temperatura y composicin de la aleacin.
Se tienen 3 tipos de diagramas:
Tipo I: Solubilidad total al estado slido y liquido
Tipo II: Solubilidad total al estado liquido e insolubilidad al estado
slido
Tipo III: Solubilidad total al estado liquido y solubilidad parcial al
estado slido.
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Tipo I: Solubilidad total al estado slido y liquido
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a) Temperatura liquidus y solidus
b) Fases presentes
c) Composicin de cada fase
d) Cantidad de cada fase (regla de
la palanca)
e) Solidificacin de aleaciones
Informacin de los diagramas de fases
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a) Temperatura liquidus y solidus
La temperatura liquidus o de
lquido se define como aquella
arriba de la cual un material es
totalmente lquido.
La temperatura solidus o de
slido, es aquella por debajo de la
cual esa aleacin es 100% slida
La diferencia de temperaturas entre
la de lquido y la de slido es el
intervalo de solidificacin de la
aleacin
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b) Fases presentes
El diagrama de fases puede
considerarse como un mapa
de caminos; si se conocen las
coordenadas, temperatura y
composicin de la aleacin,
se pueden determinar las
fases que se encuentren
presentes.
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c) Composicin de cada fase
Cada fase presente en una aleacin
tiene una composicin, expresada
como el porcentaje de cada elemento
en la fase.
Cuando se encuentra presente slo
una fase en la aleacin, la
composicin de la fase es igual a la
composicin general de la aleacin.
Cuando coexisten dos fases, como
lquido y slido, la composicin de
ambas difiere de la composicin
general original.
Usualmente la composicin est
expresada en porcentaje en peso.
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c) Composicin de cada fase
Se utiliza una lnea de enlace o
isoterma para determinar la
composicin de las dos fases
Una lnea de enlace o isoterma es
una lnea horizontal en una regin
de dos fases, que se traza a la
temperatura de inters.
Los extremos de la isoterma
representan la composicin de las
dos fases en equilibrio.
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Ejemplo:
Determine la composicin de cada fase en una aleacin Bi 50% Sb a
550 C, 400 C, 350 C y 300 C
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d) Cantidad de cada fase (regla de la palanca)
Conocer las cantidades relativas de cada fase presentes en la aleacin
Considere el diagrama de fases
del cobre-nquel y la aleacin de
composicin C0 a 1250C, donde
C y CL representan la
concentracin de nquel en el
slido y en el lquido y W y WL
las fracciones de masa de las
fases presentes.
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La deduccin de la regla de la palanca se fundamenta en dos expresiones de
conservacin de la masa:
En primer lugar, tratndose de una aleacin bifsica, la suma de las fracciones
de las fases presentes debe ser la unidad:
1WW L
En segundo lugar, las masas de los componentes (Cu y Ni) deben coincidir
con la masa total de la aleacin
0LL CCWCW
Las soluciones simultneas de estas dos ecuaciones conducen a la
expresin de la regla de la palanca para esta situacin particular
L
0L
CC
CCW
L
L0
CC
CCW
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En general, la regla de la palanca se puede enunciar como:
100xenlacedelnealadetotallongitud
opuestopalancadebrazofasedePorcentaje
Se puede aplicar la regla de la palanca en cualquier regin de dos fases de
un diagrama de fases binario.
Se utiliza para calcular la fraccin relativa o porcentual de una fase en una
mezcla de dos fases.
Los extremos de la palanca indican la composicin de cada fase (es decir,
la concentracin qumica de los distintos componentes)
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Ejemplos:
1. Con el diagrama de equilibrio Cu-Ni
que se adjunta, describir el enfriamiento
lento de una aleacin de 30% de Ni y
determinar su composicin a 1200 C.
2. Una aleacin compuesta de 2 kg de
Cu y 2 kg de Ni se fundi y
posteriormente se enfri lentamente
hasta 1300 C. Utilizando el diagrama
de equilibrio Cu-Ni, calcular la
concentracin y el peso de las fases
presentes a dicha temperatura.
3. En el sistema Cu-Ni, haga el anlisis
de fase para una aleacin 50% de Cu a:
1400 C, 1300 C, 1200 C y 1100 C.
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Ejemplo
Para las aleaciones NiO-30% mol MgO, NiO-45% mol MgO y NiO-85% mol MgO
a) Determinar la temperatura liquidus, solidus y el intervalo de solidificacin
b) Determine las fases presentes, la composicin y cantidad de cada fase a 2400 C
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Ejemplo
Considere 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
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Universidad de Atacama Departamento de Metalurgia
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Tipo II: Solubilidad total al estado liquido e insolubilidad al
estado slido
Tcnicamente 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.
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El punto de interseccin de las
lneas liquidus, se denomina
punto eutctico.
E
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.
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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:
BslidoAsoldoLquidoeutcticaatemperatur
toenf riamien
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Aleacin 1: aleacin eutctica
Aleacin 3: aleacin hipoeutctica
Aleacin 2: aleacin hipereutctica
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a) Microestructura enfriamiento lento Aleacin 1
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b) Microestructura enfriamiento lento Aleacin 2
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c) Microestructura enfriamiento lento Aleacin 3
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Tipo III : Totalmente soluble al estado lquido y parcialmente solubles
al estado slido