El documento detalla la importancia de la microestructura en las propiedades de los materiales de ingeniería, centrándose en el uso de diagramas de fases para entender las aleaciones, que son combinaciones de metales y otros elementos. Se describen diferentes tipos de aleaciones (binarias y ternarias) y cómo su composición y estructura afectan sus propiedades mecánicas y de equilibrio. Además, se explican métodos experimentales para construir diagramas de fase y determinar las condiciones bajo las cuales ocurren cambios de fase en estas aleaciones.

2. La naturaleza de las propiedades de los materiales de ingeniería son sensibles a la
micro estructura, debemos primero explotar las formas en las que se desarrolla
ésta y una herramienta importante para esta exploración es el diagrama de fases
que es un “Mapa” que nos guía en la búsqueda de la respuesta a la pregunta ¿Qué
microestructura debe existir a una temperatura dada para un material de
composición dada?. A esta pregunta corresponde una respuesta específica que se
basa en la naturaleza del equilibrio del material.

3. CONCEPTO: Una aleación es una
sustancia que tiene propiedades
metálicas y está constituida por dos
o más elementos químicos, de los
cuales por lo menos uno es un
metal.
Las aleaciones pueden clasificarse de acuerdo a
su estructura o composición química, y los
sistemas de aleación completos según el tipo
de diagrama de fase o número de elementos
que presenta

4. ALEACIONES
NÚMERO DE
ELEMENTOS
COMPOSICIÓN
QUÍMICA
TERNARIAS
BINARIAS
HETEROGÉNEAS
HOMOGÉNEAS

5. HOMOGÉNEAS
• Los componentes están uniformemente
dispersos.
• Consta de una sola fase o estado.
• Solo puede ser solución ácida o compuesta
HETEROGÉNEAS O MEZCLAS
• Los componentes no están uniformemente
dispersos.
• Consta de varias fases
• Compuesta por dos metales puros, o dos
soluciones sólidas, o dos compuestos, o un
metal puro y una solución sólida.

6. ALEACIONES BINARIAS
 Están constituidas por tres elementos
 Combinación de tres metales: 14000
combinaciones
 Están constituidas por dos elementos
 Combinación de dos metales; 990
sistemas binarios solo tomando 45
elementos.
ALEACIONES TERNARIAS

7.  Una fase es cualquier sustancia homogénea y físicamente
distinta.
 Cualquier estructura que sea visiblemente distinta, desde el
punto de vista físico al microscopio puede considerarse como
una fase.
 Para la mayoría de los elementos puros, el término fase es
sinónimo de estado por tanto, para los elementos puros hay una
fase gaseosa, líquida y sólida.

8. • Si una aleación es homogénea en el estado
sólido, sólo puede ser solución sólida o
compuesta
• Si la aleación es una mezcla, entonces está
compuesta de dos metales puros, o dos
soluciones sólidas, o dos compuestos, o un metal
puro y una solución sólida, etc. La mezcla
también puede variar en el grado de finura
Ejemplos:
• Agua y hielo: Estas dos fases pueden coexistir, y aunque
tienen una misma composición, el hielo es un sólido
cristalino con red hexagonal, mientras que el agua es
líquida.
• Plástico reforzado con fibra de vidrio
• Hormigón reforzado con fibras (de acero, polipropileno,
u otras).
Las dos fases de un material dado presentan diferencias
bien claras tanto en composición como en estructura

9. EN EL ESTADO SÓLIDO HAY TRES FASES POSIBLES:
FASES EN EL ESTADO
SÓLIDO
DE SOLUCIÓN SÓLIDA
DE ALEACIÓN INTERMEDIA O
COMPUESTA
DE METAL PURO

10.  En condiciones de equilibrio, todos los metales exhiben un punto
definido de cristalización.
 Implica condiciones de calentamiento y enfriamiento
extremadamente lentas. En otras palabras, si tiene que ocurrir
cualquier cambio, debe proporcionar un tiempo suficiente que
tenga lugar.
 No se recomienda altas velocidades de enfriamiento por ser
perjudiciales con las propiedades mecánicas.
 Si la velocidad de enfriamiento es demasiado rápida el tamaño de
grano es fino, no tenaz, frágil, menor resistencia mecánica.
 Si para un metal puro se grafica una curva de enfriamiento ésta
mostrará una línea horizontal en el punto de fusión o
congelamiento.

11. Cuando se forman compuestos, los elementos
pierden en gran medida su identidad individual y
sus propiedades características. El compuesto
tendrá sus propias propiedades físicas, mecánicas y
químicas características de el.
Las fases intermedias de una aleación son aquellas
con composiciones químicas
intermedias entre los dos metales puros y
generalmente tienen estructuras cristalinas
diferentes de las de estos. Ejemplo: (NaCl) sal
común de mesa.

12. FASES INTERMEDIAS DE UNA ALEACIÓN MÁS COMUNES
COMPUESTOS INTERMEDIOS O DE VALENCIA.- Estos generalmente se forman por metales no
similares químicamente y se combinan siguiendo las reglas de valencia.
Pueden
tener
estructura
cristalina
compleja
Pobre
conductividad
eléctrica
Deficiente
ductilidad
Propiedad
es no
metálicas

13. COMPUESTOS INTERSTICIALES:
Estos compuestos se forman por la unión entre los elementos de transición, como el
escandio, el titanio, el tantalio, tungsteno y hierro, con el
hidrogeno, oxigeno, carbono, bromo y nitrógeno. La palabra intersticial significa
“entre los espacios”.
Ejemplo: Carbono añadido al hierro, para la fabricación de aceros.

14. SOLUTO
SOLVENTE
• Es la menor parte de la solución o sea el
material disuelto
• Constituye la mayor parte de la solución

15.  Es posible tener soluciones que incluyan gases, líquidos o sólidos, ya
sea como el soluto o como el solvente.
 Las soluciones más comunes tienen al agua como solvente.
 La cantidad de soluto que el solvente puede disolver es generalmente
función de la temperatura y suele aumentar con el incremento de la
temperatura.

16. CONDICIONES DE LAS SOLUCIONES:
NO
SATURADAS
SOBRESATURA
DAS
SATURADAS
Igual cantidad de soluto y de solvente
Mayor cantidad de solvente que de
soluto
Mayor cantidad de soluto que de
solvente

17. Si el solvente disuelve menos del soluto de
la que podría disolver a una temperatura y
presión dadas
Si disuelve la cantidad límite de soluto, la
solución está saturada.

18. Si disuelve más soluto de lo que debería, en condiciones de equilibrio, la
solución está sobresaturada. Esta última condición puede obtenerse
efectuando un trabajo sobre la solución (como movimientos de agitación).
La condición de sobresaturación es inestable. La solución se satura o
estabiliza mediante el rechazo o precipitación del exceso de soluto.

19. En este tipo de solución, los átomos del soluto
sustituyen átomos del solvente en la estructura
reticular del solvente.
Por ejemplo los átomos de plata pueden sustituir a
los del oro sin que se pierda la estructura f.c.c del
oro, y viceversa. Todas la aleaciones en el sistema
plata-oro constan de una red f.c.c.

20. Estas se forman cuando átomos de pequeños radios atómicos se acomodan en los
espacios o intersticios de la estructura reticular de los átomos solventes más grandes.
Como los espacios de la estructura reticular están restringidos en tamaño, sólo los
átomos con radios menores a un angstrom podrán formar soluciones sólidas
intersticiales.
Suelen tener una solubilidad muy limitada y generalmente son de poca importancia a
excepción del carbono en hierro ya que forma la base para el endurecimiento del acero.

22. INDUSTRIA
CIENCIA
SALUD
Crea herramientas resistentes capaces de resistir el
desgaste de los trabajos mecánicos.
Tornos o fresadoras.
Para el uso de las carcazas en naves espaciales.
Se utiliza en diferentes tipos de prótesis, la aleación
empleada es el titanio.

23. TECONOLOGÍA
HOGAR
MEDIOS DE
TRANSPORTE
En componentes de computadoras
En ollas, sartenes, etc. Los más empleados son
los aceros inoxidables.
Para crear piezas resistentes al calor y materiales
resistentes y ligeros.
Pistones de los vehículos

24. En la actualidad, la mayoría de los pistones se construyen
con una aleación de aluminio con otro material, como
puede ser el magnesio o el silicio.

25. • Es una representación gráfica de una
determinada aleación binaria que se encuentra
graficada bajo parámetros técnicos de
temperatura, composición química y presión
atmosférica; de las cuáles la temperatura y la
composición química son variables y la presión
atmosférica es constante.
• Es el comportamiento de una determinada
aleación graficada bajo diferentes condiciones de
temperatura y composición química.

26.  Son de suma importancia porque existe una estrecha relación entre
microestructura y propiedades mecánicas y porque el desarrollo de la
microestructura está relacionado con las características de su diagrama
de fase.
 En la práctica, los diagramas de fases que son ampliamente usados por
los ingenieros, son los diagramas binarios, que representan sistemas de
dos componentes. Y los diagramas ternarios que representan sistemas
de tres componentes.

27.  Son de gran utilidad para los ingenieros, es por ello que son los más
ocupados.
 Tiene solo dos componentes. En ellos la presión se mantiene constante,
generalmente a 1 atm.
 Los parámetros variables son la temperatura y la composición.

28. PUNTOS DE ESTADO:
• Son puntos en los cuales se encuentra una determinada aleación graficada bajo
parámetros técnicos de temperatura y composición química dentro de un diagrama de
fase.
• El punto de estado se determina en la intersección de dos rectas.
EXISTEN DOS FORMAS PARA DETERMINAR LOS PUNTOS DE ESTADO:
1) Se puede imponer un punto en cualquier parte del diagrama, en el cual se necesita
calcular composición química y temperatura.
2) Cuando se proporciona la composición química de la aleación y la temperatura, con
ellos se procede a graficar el punto de estado.

30. Como las propiedades de un material dependen ampliamente del :
o Tipo
o Número
o Cantidad
o Forma de las fases presentes
ES ESENCIAL CONOCER:
a) Las condiciones bajo las cuales existen fases.
b) Las condiciones bajo las cuales ocurrirá un cambio en la fase.

31. 1. COMPONENTES COMPLETAMENTE SOLUBLES EN ESTADO LÍQUIDO
 Completamente solubles en estados sólidos. (TIPO I)
 Insolubles en estado sólido: la reacción eutéctica. (TIPO II)
 Parcialmente solubles en estado sólido: la reacción eutéctica (TIPO III)
 Formación de una fase intermedia de fusión congruente (TIPO IV)
2. COMPONENTES PARCIALMENTE SOLUBLES EN ESTADO LÍQUIDO
 La reacción monotéctica (TIPO IV)
4. TRANSFORMACIÓN EN ESTADO SÓLIDO
3. COMPONENTES INSOLUBLES EN ESTADO LÍQUIDO Y SÓLIDO (TIPO VII)
 Cambio alotrópico
 Orden- Desorden
 La reacción eutectoide
 La reacción peritectoide

32. 1) Identificar el diagrama.
2) Determinar el tipo de aleación.
3) Determinar composición química.
4) Determinar temperatura.
5) Determinar fases ya sean monofásicas o bifásicas.
6) Líneas de frontera y líneas de escala.
7) Graficar o imponerse puntos de estado.
8) En zonas bifásicas se puede aplicar la regla de la palanca, para calcular el porcentaje en
cada una de las fases.
9) Graficar una aleación.
10) En una determinada aleación encontrar varios puntos de estado.
11) Determinar puntos de fusión.
12) Determinar el comportamiento de una aleación ya sea en fusión o solidificación.
13) Determinar escalas.

34. Por lo general, los diagramas de fase se grafican con la temperatura
(en grados centígrados o Fahrenheit), como la ordenada y la
composición de la aleación (como porcentaje en peso), como la
abscisa.
Fórmulas:
Porcentaje atómico de
Porcentaje atómico de
Donde:
M= Peso atómico del metal A.
N= Peso atómico del metal B.
X= Porcentaje en peso del metal
A.
Y= Porcentaje en peso del metal
B.

35. Los datos para construir
diagramas de equilibrio se
determinan experimentalmente
por diversos métodos, entre los
cuales los más comunes son:

36. Con mucho, éste es el método experimental que más se emplea.
Cuando se hace un diagrama de temperatura contra tiempo, a
composición constante, la curva de enfriamiento resultante mostrará
un cambio en pendiente cuando ocurre un cambio de fase a causa
de la evolución de calor por el cambio de fase.

37. Estos consisten en calentar muestras de una aleación a
diferentes temperaturas, esperando que el equilibrio se
establezca, y entonces se enfrían rápidamente para retener su
estructura de alta temperatura. Entonces las muestras se
analizan al microscopio.

38. Como este método mide las dimensiones de la red, indicará la aparición de
una nueva fase, ya sea por el cambio en las dimensiones de la red o por la
aparición de una nueva estructura cristalina. Este método es sencillo, preciso y
muy útil para determinar los cambios en la solubilidad sólida en la relación
con la temperatura.

39. Especificar la temperatura y la composición de una aleación en
un área de dos fases indica que la aleación consta de una
mezcla de dos fases, pero no da ninguna información referente
a esta mezcla. Algunas veces es deseable conocer la
composición química real y las cantidades de las dos fases
presentes. Para determinar esta información, es necesario
aplicar dos reglas:
REGLA I. Composición Química de las Fases
REGLA 2. Cantidades relativas de cada fase.

40. REGLA I. Composición Química de las Fases
Para determinar la composición química real de las fases de una aleación,
en equilibrio a cualquier temperatura específica en una región bifásica, se
debe trazar una línea horizontal para la temperatura, llamada línea de
vínculo, a las fronteras del campo. Estos puntos de intersección se abaten
a la línea base y la composición se lee directamente.

41. REGLA 2. Cantidades relativas de cada fase.
Para determinar las cantidades relativas de las dos fases en equilibrio, a cualquier
temperatura específica en una región bifásica, se debe trazar una línea vertical que
representa la aleación y una línea horizontal (como la temperatura), a los límites del
campo. La línea vertical dividirá a la horizontal en dos partes cuyas longitudes son
inversamente proporcionales a la cantidad de fases presentes. Esta también se conoce
como: REGLA DE LA PALANCA