Ciencia e ingenieria de los materiales

1. CAPÍTULO I
Soluciones sólidas y equilibrio
de fases
Ciencia de Materiales

2. Mejora de las propiedades mecánicas
• Tamaño de grano (ec. de Hall Petch)
• Trabajo en frío o endurecimiento por
deformación
• Formación de partículas de segunda fase
• Adiciones de pequeñas cantidades de
elementos

3. Solución Sólida
Metales puros
Una SS contiene dos o mas elementos disueltos en una matriz metálica
Impureza o soluto puede ser alojada en puntos de la red o en los
espacios que deja la red
Control de propiedades mecánicas
Forma de solidificación de aleaciones

4. Ejemplos de aleaciones
• Aceros
• Aceros inoxidables
• Latones
• Aleaciones de Aluminio
Aleaciones multifásica
Aleación monofásica

5. Fase
• Misma estructura o arreglo atómico a lo
largo de ella.
• Casi la misma composición química a lo
largo de ella.
• Una interfaz definida entre la fase y
cualquier fase circundante o adjunta.

7. Regla de las fases
Gibbs (1875-1876)
Describe la relación entre el numero de
componentes y el numero de fases para un
sistema dado y las condiciones que pueden
permitirse que varíen (T°, P):
2+C=F+P
C= n° de componentes
F=n° de grados de libertad (que se permite
que varíen sin cambiar el número de fases
del sistema)

8. 2+C=F+P
C= n° de componentes
F=n° de grados de libertad (que se permite
que varíen independientemente sin cambiar
el número de fases del sistema)
P=n° de fases presentes

11. Solubilidad y soluciones sólidas

12. • Solubilidad ilimitada
Agua-alcohol Cobre-Niquel
• Solubilidad limitada
• Cobre-Zinc (Aleación sólida)

16. Condiciones para la solubilidad sólida
ilimitada (Hume Rothery), condiciones
necesarias pero no suficientes
• Factor de tamaño, no mas de 15% de
diferencia en radio atómico.
• Estructura cristalina, deben poseer la
misma estructura cristalina
• Valencia, Los iones deben tener la misma
valencia.
• Electronegatividad, aproximadamente la
misma electronegatividad.

18. • ¿Solubilidad de átomos intersticiales?

19. Endurecimiento por solución sólida
Solución sólida=Endurecimiento
Ejemplos
Cobre-Zinc
Joyas de Oro y Plata
Hierro-Carbono

20. • Elementos de aleación en cobre

21. Grado de endurecimiento por solución
sólida.
• Diferencia de tamaño
• Cantidad de soluto

23. Efecto del endurecimiento por SS sobre las
propiedades.
• Resistencia a la fluencia, resistencia a al
tensión y dureza.
• Ductilidad.
• Conductividad eléctrica.
• Resistencia a la termofluencia.

25. • Diagramas de fases binarios
– Muestra la estabilidad de fases en equilibrio
para cualquier combinación de composición
de aleación y temperatura.
– Diagramas de fases isomorfos.
• Solubilidad sólida completa
• Solubilidad liquida completa
• Pueden tener puntos máximos y mínimos

26. Diagramas de fases isomorfos.
Temperatura Liquidus
Temperatura solidus
Intervalo de solidificación:
Coexisten dos fases en equilibrio
Composición de las fases
1+C=P+F

27. Diagramas de fases isomorfos.
Composición de las fases
1+C=P+F
1300°C
1250°C
1200°C

30. Cantidad de fases
Regla de la palanca Tarea

31. Relación entre propiedades y el diagrama
de fases

32. Solidificación de una aleación de solución
sólida
Eliminación del calor latente de fusión
Difusión

33. Solidificación de una aleación de solución
sólida
Eliminación del calor latente de fusión
Difusión

34. Solidificación de una aleación de solución
sólida.....Fuera del equilibrio

36. Microsegreación
Macrosegregación