El documento presenta una introducción a los diagramas de fase. Explica que los diagramas de fase son representaciones gráficas de las fases presentes en un sistema de materiales a diferentes temperaturas y composiciones, basadas en las condiciones de equilibrio. Proporcionan información sobre la solubilidad, temperaturas de solidificación y fusión, y zonas de estabilidad de fases. Se incluyen ejemplos de diagramas de fase comunes como Cu-Ni, Pb-Sn y Fe-C para ilustrar conceptos como solubilidad total, euté
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El documento presenta una introducción a los diagramas de fase. Explica que los diagramas de fase son representaciones gráficas de las fases presentes en un sistema de materiales a diferentes temperaturas y composiciones, basadas en las condiciones de equilibrio. Proporcionan información sobre la solubilidad, temperaturas de solidificación y fusión, y zonas de estabilidad de fases. Se incluyen ejemplos de diagramas de fase comunes como Cu-Ni, Pb-Sn y Fe-C para ilustrar conceptos como solubilidad total, euté
El documento presenta una introducción a los diagramas de fase. Explica que los diagramas de fase son representaciones gráficas de las fases presentes en un sistema de materiales a diferentes temperaturas y composiciones, basadas en las condiciones de equilibrio. Proporcionan información sobre la solubilidad, temperaturas de solidificación y fusión, y zonas de estabilidad de fases. Se incluyen ejemplos de diagramas de fase comunes como Cu-Ni, Pb-Sn y Fe-C para ilustrar conceptos como solubilidad total, euté
El documento presenta una introducción a los diagramas de fase. Explica que los diagramas de fase son representaciones gráficas de las fases presentes en un sistema de materiales a diferentes temperaturas y composiciones, basadas en las condiciones de equilibrio. Proporcionan información sobre la solubilidad, temperaturas de solidificación y fusión, y zonas de estabilidad de fases. Se incluyen ejemplos de diagramas de fase comunes como Cu-Ni, Pb-Sn y Fe-C para ilustrar conceptos como solubilidad total, euté
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Fase A Fase B
Níquel Cobre
7. Diagramas de Fase W.F. Smith, Capítulo 8 IN 1160/1305 Fundamentos de Ingeniería de Materiales T(ºC) Cu-Ag system 1200 L (liquid) 1000 a L + a TE 800 779ºC L +b b 8.0 71.9 91.2 600 a + b 400 200 0 20 40 60 CE 80 100 C , wt% Ag Casos en estado líquido Agua Alcohol
Solución Solución Sal sin
Transparente Saturada de Sal disolver
Solubilidad total Solubilidad Parcial
Carbonato Cloruro de Sodio de calcio
Formación de un compuesto Aceite Compuesto: Una fase independiente Interfaz H2O
Dos fases insolubles
8. Diagramas de Fase 2 Diagramas de fase • Representaciones gráficas de las fases presentes en un sistema de dos o más materiales a diferentes temperaturas y composiciones.
• Construidos en base a las condiciones de equilibrio para
saber cuáles son las propiedades según las proporciones o porcentajes de los materiales que conforman las aleaciones. http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/typd/index.html 8. Diagramas de Fase 3 Diagramas de fase PROPORCIONAN: Solubilidad en estado sólido y en equilibrio de un elemento o compuesto en otro. Determinar la temperatura a la cual una aleación enfriada bajo condiciones de equilibrio comienza a solidificar y la temperatura a la cual ocurre la solidificación. Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirse diferentes fases. Representación grafica de las zonas de estabilidad de las distintas fases de un sistema. La estabilidad se refiere en rangos de composición y temperatura. Proporcionan condiciones de equilibrio químico térmico y mecánico. 8. Diagramas de Fase 4 Ejemplo de solubilidad Azucar-H2O
H2O + Azúcar
8. Diagramas de Fase 5 Diagrama de fase de un pay
8. Diagramas de Fase 6 Diagrama de fases En Sistemas Metálicos: Los Diagramas de fases representan condiciones de equilibrio, si se dan estas para lograrlas (Temperatura, tiempo). Indican las zonas de estabilidad de las distintas fases.
Aluminum- b (lighter Copper phase) Alloy a (darker phase)
8. Diagramas de Fase 7 Solubilidad Total
a) Cuando mezclamos cobre líquido con
níquel líquido nos va a dar una sola fase líquida que tendrá las mismas propiedades y estructura en cualquier punto que se analice.
b) Si la mezcla se llegara a solidificar se
produce una solución sólida en donde los átomos de cobre y del níquel no se separan si no que se localizan de manera aleatoria.
8. Diagramas de Fase 8 Diagrama de Fase Ni-Cu • Liquidus: • área sobre la línea superior del Diagrama Cu - Ni diagrama, corresponde a la T(ºC) región de estabilidad de la fase 1600 líquida. 1500 L (liquid) • Solidus: 1400 id us • área por debajo de la línea u a 1300 liq L + us inferior representa la región de lid 1200 so a estabilidad para la fase sólida. (FCC solid 1100 solution) • Entre ambas líneas se representa una 1000 0 20 40 60 80 100 wt% Ni región de dos fases donde líquido y sólido coexisten. 8. Diagramas de Fase 9 Enfriamiento de aleación Cu-Ni T(ºC) L (liquid) L: 35wt%Ni Cu-Ni • Diagrama de fase: 130 0 A a system L: 35 wt% Ni L + Cu-Ni. a: 46 wt% Ni B 35 46 • Cambios 32 C 43 microestructurales en 24 D36 L: 32 wt% Ni aleación con 35% Ni. a a: 43 wt% Ni 120 0 L + E L: 24 wt% Ni a: 36 wt% Ni a (solid) 110 0 20 30 35 40 50 Adapted from Fig. 9.4, C0 wt% Ni Callister & Rethwisch 8e. 10 Diagrama Eutéctico
•Se caracteriza por la aleación que solidus
tienen un punto de temperatura de liquidus fusión por abajo la temperatura del punto de fusión de los dos elementos que forman la aleación.
•Permite hacer una aleación que Curvas de
tenga un punto de fusión mucho máxima solubilidad menor y mejor moldeabilidad.
8. Diagramas de Fase típico diagrama eutéctico 11
Diagrama de Fase Sn-Pb Si se quiere fundir la aleación rápidamente, es conveniente usar la composición para la cual el punto de fusión es menor. T(ºC) L: C0 wt% Sn Pb-Sn 300 L Pb-Sn L+a system a 200 183ºC L b TE
0 20 40 60 80 100 18.3 CE 97.8 61.9 C, wt% Sn 12 Diagrama de Fase Cu-Ag T(ºC) 1200 L (liquid) 1000 a L + a TE 800 779ºC L + b b 8.0 71.9 91.2 600 a + b 400
200 0 20 40 60 CE 80 100 C , wt% Ag
8. Diagramas de Fase 13 Diagrama Fe-C
8. Diagramas de Fase 14 Diagrama Fe-Fe3C Acero Steels Hierro fundido Cast Irons <1.4 wt% C <1.4wt%C 3-4.5 3-4.5wt%C wt% C T(ºC) microstructura: ferrita, 1600 grafito/cementita d 1400 L g +L 1200 g 1148ºC L+Fe3C austenita Eutéctico: 1000 4.30
g +Fe3C a+
a 800 727ºC Fe 3 C g
ferrita Eutectoide: cementita
600 0.76 a +Fe3C 400 0 1 2 3 4 5 6 6.7 (Fe) Co , wt% C 15 Callister & Rethwisch 8e. Máximo tamaño de intersticial en Fe
0.0279 nm Fe FCC 0.0513 nm puede 0.0360 nm disolver más C 0.0191 nm
• Radio de Fe= 0.124 nm
• Radio de C = 0.077 nm 16 Fases sólidas en el diagrama Fe-Fe3C Ferrita α • Fase más blanda y dúctil de los aceros. • Forma estable del Fe a temperatura ambiente. • Solución sólida de C en hierro BCC • Max. solubilidad de Carbón 0.022% • Disuelve hasta 0.008%C a temp. ambiente. • Transformación a austenita γ a FCC a 922°C. Microestructura • Magnética de ferrita 100x
17 Fases sólidas en el diagrama Fe-Fe3C Austenita γ • Solución sólida de C en hierro FCC. • Máxima solubilidad de Carbón 2.14% • Transformación a ferrita δ a 1395°C • No es estable debajo de la temperatura eutéctica • No es magnética
Microestructura de la austenita 500x
18 Fases sólidas en el diagrama Fe-Fe3C
Fe3C • Compuesto intermetálico de C y Fe.
• Dura y frágil, endurece a los
aceros.
• Contiene 6.67 %C y 93.33 %
de hierro. Microestructura de Cementita 1%C. 19 Fases sólidas en el diagrama Fe-Fe3C Perlita • Microconstituyente eutectoide.
• Formado por capas alternadas
de ferrita y cementita.
• Compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. 20 Perlita Fina
Perlita Gruesa
Perlita 1000x Estructura de Aceros 21 Cementita
Cementita-Perlita (1.2 %C)
Estructura de Aceros 22 Propiedades mecánicas de microestructuras
ESTRUCTURA RESISTENCIA A LA DUREZA ALARGAMIENTO
TRACCIÓN BRINELL % (kg/mm2)
Austenita (γ) 100 300 10
Ferrita (α) 28 90 40
Cementita (Fe3C) 3 700 0
Perlita 80 250 15
23 Diagrama Fe-Fe3C T(ºC) 2 puntos importantes 1600 d - Eutéctico (A): 1400 L L Þ g + Fe3C g g +L A 1200 1148ºC L+Fe3C - Eutectoide (B): (austenita)
Fe3C (cementita) g Þ a + Fe3C 1000 g g g g g +Fe3C
a+ 800 a B 727ºC = T eutectoide
g 600 a +Fe3C 400 0 1 2 3 4 5 6 6.7 120 mm (Fe) 0.76 4.30 C, wt% C Resultado: Pearlita = Fe3C (cementita-dura) Capas alternadas de a y Fe3C a (ferrita-suave) Callister & Rethwisch 8e. 24 http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/typd/addenda/eutectoidreaction2.html T(ºC) Acero Hipo eutectoide 1600 d 1400 L g g g g +L g g 1200 1148ºC L+Fe3C
Fe3C (cementita) (austenita) g g 1000 g g g + Fe3C http://www-g.eng.cam.ac. a uk/mmg/teaching/typd/a ag g 800 727ºC g g a a ddenda/microstructures1. 600 html a + Fe3C 400 a 0 1 2 3 4 5 6 6.7 (Fe) C C, wt% C 0.76
perlita acero 100 mm Hipoeutectoide
perlita Ferrita proeutectoide Adapted from Fig. 9.30, Callister & Rethwisch 8e. 25 ACERO DE 0.35 % C perlita 100x
400x
ferrita 26 Acero hipereutectoide T(ºC) 1600 d 1400 L g g g g +L g 1200 1148ºC L+Fe3C g
Fe3C (cementita) (austenita) g g 1000 g g g +Fe3C Fe3C g g 800 g g a 600 a +Fe3C 400 0 1 C0 2 3 4 5 6 6.7 0.76
