tema 8. aleaciones

7/23/2019 Tema 8. Aleaciones

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Ciencia e Ingeniera de Materiales D.E.Q.

Tema 8. Aleaciones

8.2.

8.3.

8.4.

8.1. Introduccin

Composicin y constitucin de las aleaciones

Soluciones slidas. Disolvente y soluto

Tipos de soluciones slidas

8.5. Densidad terica de las soluciones slidas

8.6. Soluciones slidas ordenadas. Superredes

8.7. Compuestos intermetlicos. Fases Intermedias

8.8. Estructuras defectivas

8.9. Insolubilidad


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Ciencia e Ingeniera de los Materiales D.E.Q.

Objetivos

Saber porqu los metales forman aleaciones

Conocer la solubilidad de un material en otro y losdistintos tipos de soluciones slidas

Saber determinar la densidad de distintas soluciones slidas.

Iniciar en el concepto de compuesto intermetlico y de faseintermedia.

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8.1. Introduccin

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su uso slo tienen interscuando es fundamentalaprovechar algunapropiedad especfica

Metales nativos

Edad del bronce

Metales puros


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Aleaciones

8.1. Introduccin

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para conseguir mejorar algunas propiedades de los metales comodureza, resistencia mecnica y a la corrosin, entre otras

Una aleacin se define como el resultado de adicionar a un metal tomosextraos de otros elementos, metlicos o no metlicos, siempre que el

conjunto conserve sus propiedades metlicas.

Aleacin. Definicin
http://images.google.es/imgres?imgurl=http://www.aviacion.cl/images/airbus340.jpg&imgrefurl=http://www.aviacion.cl/ninos.htm&h=1816&w=1972&sz=1339&tbnid=nDr9jIbCWsa-sM:&tbnh=138&tbnw=150&prev=/images?q=fotos+de+aviones&um=1&start=1&sa=X&oi=images&ct=image&cd=1http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/imagenes/fotos/para01.jpghttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_5/indice2e.htm


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8.2. Composicin y constitucin de las aleaciones


Constituyentes de una aleacin

Son el menor nmero de sustancias decomposicin variable independiente.

Metal puroCompuestos

qumicosCompuestos

intermetlicosSoluciones

slidas

Formacin de una solucin lquida

formada por dos componentes: agua y

alcohol.

Diagrama de fases en equilibrio PT,

para sistemas de un componente

Estructura cristalina FCC

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8.2. Composicin y constitucin de las aleaciones


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sB

A

% B

M

Composicin de una aleacin

Diagrama de fases de dos componentes

Compuesto qumico, cloruro sdico

(NaCl)

Compuesto intermetlico

Latn-(Cu-Zn)

Solucin slida

B


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8.3. Soluciones slidas. Disolvente y soluto


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Si los dos componentes cristalizan en el mismosistema cristalino, es el componente dentro de lasolucin slida que se encuentra en menorconcentracin

Si los dos componentes cristalizan en el mismosistema cristalino, es el componente dentro de lasolucin slida que se encuentra en mayorconcentracin.

Si los dos componentes cristalizan en distintossistemas cristalinos se considera disolvente el queconserva su red cristalina aunque est en menorproporcin.

Soluto

Disolvente


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8.4. Tipos de soluciones slidas


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Solucin sl ida de susti tucinque se produce

cuando los tomos de soluto se alojan en nudos

de la red cristalina sustituyendo a los tomos

del disolvente

Solucin sli da de insercinque se producen cuando

los tomos de soluto se alojan los intersticios de la red

del disolvente


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Soluciones slidas de sustitucin

Leyes de Hume-Rothery

1. Dimensiones relativas de los tomos: la diferencia entre los radios atmicosde los elementos no debe ser mayor del 15%

Tamaos atmicos de algunos tomos e iones en nm

Distorsiones en la red debido a las

diferencias significativas de dimetros

atmicos entre soluto y disolvente


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2. Factor electroqumico. No debe haber diferencias apreciables en laelectronegatividad

Valores de electronegatividad de los elementos


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Leyes de Hume-Rothery3. La estructura cristalinade los dos elementos debe ser la misma.

Celdas unitarias de las principales estructuras cristalinas metlicas (a) cbica centrada en el cuerpo (BCC),

(b) cbica centrada en las caras (FCC) y (c) hexagonal compacta (HCP)

(a) (b) (c)


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Solucin slida de nquel en cobre. Se trata de

una solucin sli da susti tucionalen la que los

tomos de cobre han sido sustituidos por tomos

de nquel en sus posiciones de la red fcc.

4. La valencia debe ser la misma

Igual disuelve a igual


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Soluciones slidas de insercin

Solucin slida intersticial de

carbono en hierro-. En el Fe-

el radio del mayor hueco

intersticial es de slo 0.036 nm.

Solucin slida intersticial de carbono en hierro-

FCC justo por encima de 912 C. Obsrvese la

distorsin de los tomos de hierro (0.129 nm) entorno a los tomos de carbono (0.075 nm),

colocados en los huecos de 0.053 nm de radio


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Relacin entre los dimetros de soluto y disolvente

FCC cuando el soluto se sita en el centro del cubo

Sistema fcc cuando el soluto se sita en el centro del cubo considerando la

seccin del cristal por un plano

= 0,41


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FCC con solutos suficientemente pequeos para que se siten en lasdiagonales del cubo (a del vrtice)

Sistema fcc cuando el soluto se sita en lasdiagonales del cubo a del vrtice en el

punto D

4Ra=

2

= 0,226


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Sistema BBCSistema bcc: los mayoresintersticios se forman enel punto B, siendo BC=1/4a. Si se coloca en el puntoM el intersticio es todavamenor

4Ra=

3

Punto B

= 0,29

Punto M

= 0,15


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8.5. Densidad terica de las disoluciones slidas


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nret*Matretsss= NA*Vcu

(nreticulares*Mat.ret) + (ninsertados*Mat.ins. )

ssi = NA*Vcu

n- nmero de tomos de la c.u.

Matmica: masa atmica promedio

NA= Nmero de Avogadro

Vcu- Volumen de la c.u.




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Solucin slida ordenada o superred del tipo AB, correspondiente a una aleacin con un 50% de

tomos A y 50% de tomos de B. Cada clase de tomos ocupa una posicin definida en la red, que

se repite en todos los cristales. El conjunto puede considerarse formado por la superposicin de

dos redes una formada por los tomos del soluto y la otra por los tomos del disolvente.


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Estructura BCC del CuZn, tipoAB, en el que uno de los tomos, elZn se sita en el centro del cubomientras que el Cu se sita en losvrtices. La relacin Cu/Zn=1 Ej.CuBe, CuPd, AgMg.

Estructura FCC del AuCu, tipo

AB, en el que uno de los tomos,el Au se sita en el centro de lascaras laterales y el Cu ocupa elresto de las posiciones. En ellahay planos formadosexclusivamente por tomos deAu, separados por otros queestn formados por tomos deCu.

Estructura FCC del AuCu3, tipo AB3, correspondiente a una aleacin con el 25%de tomos de A (Au) y 75% de tomos de B(Cu). Los tomos de Au ocupan losvrtices de cubo y los de Cu los centros de las caras.


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8.7. Compuestos intermetlicos. Fases intermedias


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s

Compuestos electrnicos

Compuestos intersticiales

Compuestos de frmula general AB2yel radio de A es aproximadamente el20% superior al del B. MgZn2, MgCu2,

MgNi2.

Se forman entre metales de transicin como Ti, Ta, W, Cr y Fe con tomos de H, O, C, By N cuando estos ltimos se disponen en todos los intersticios posibles de la estructura delmetal.

Se forma entre metal

univalente y un metal devalencia superior. Larelacin n valencia/ntomos = valor determinado.

Compuestos como CuZn, AuMg, AgMg,

FeAl, son compuestos intermetlicos detipo electrnico con una red similar a ladel Ni3Al.

Cementita (Fe3C)

Fases de Llaves


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8.8. Estructuras defectivas


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Cuando en una red de una solucin slida o de un compuesto existen nudosvacantes

Solucin slida sustitucional de Al2O3enMgO. El requisito de neutralidad de carga enel compuesto global slo permite que se sitendos iones Al+3por cada tres iones Mg2+,quedando una vacante de Mg2+


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8.9. Insolubilidad

Ci i I i d l M t i l D E Q

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Factores que influyen en la formacin de soluciones slidas le son adversos.

Ej. Al-Pb, B-C, Pb-Fe

Si se adiciona a un metal base en estado de fusin pequeas cantidades de otrometal que es insoluble si las densidades son prximas se forma una emulsin quecuando solidifica lo hace de forma que la aleacin est constituida por partculasglobulares de uno de los metales distribuidas homogneamente en la matriz del

otro.Disminucin del rozamiento

Favorece la maquinabilidad: facilidad con la que los metales pueden sermecanizados por arranque de viruta.

Partculasinsolubles

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