Materiales: Diagramas de Equilibrio

El protagonista de nuestra historia ya ha observado lo suficiente. Se ha dado cuenta que la mayor parte de los materiales de uso técnico son aleaciones.
Lo que tendrá que hacer será conocerlas, conocer su comportamiento frente a diferentes variables: temperatura, presión, concentración...

 

Pre-conocimiento

MOTORES ALEACIONES DE ALUMINIO:

 

Sabías, que unas de las tendencias en los contructores automivilísticos, es diseñar sus motores con aleaciones de Aluminio. Con esto consiguen reducir el peso y mejorar las prestaciones mecánicas

 

Imagen 01. Flickr. Creative Commons

 

Importante

Diagrama de equilibrio de una aleación
Imagen 02. Elaboración propia.

El estado de una aleación lo representamos gráficamente en lo que denominamos diagrama de equilibrio, diagrama en el que representaremos la temperatura en el eje de ordenadas (vertical) y la concentración de los componentes en el eje de abscisas (horizontal).

En estos diagramas se reflejan los cambios de la aleación cuando hay variaciones de su composición, de su temperatura o presión.

Los diagramas de equilibrio representan los estados estables o, FASES, (en los elementos puros coinciden con los estados: sólido, líquido, ...). Las fases no tienen poir qué estar formadas por elementos químicos puros.

Te dejo a continuación un video explicativo, para que aclarar los elementos que nos vamos a encontrar en el diagrama de equilibrio


Multimedia 01. Elaboración propia. Creative Commons

Si no te ha quedado claro en el video anterior, lo intentamos de otra forma

En el siguiente diagrama tenemos el diagrama de equilibrio de la aleación Cu-Ni.

Uniendo todos los puntos marcados con L en el diagrama de enfriamiento anterior se obtiene la línea de liquidus, es decir, la línea de temperaturas por encima de las cuales la aleación se encuentra en una zona de una sola fase, en la que sólo hay líquido, y uniendo los puntos S se obtiene la línea de solidus, línea por debajo de la cual la aleación vuelve a estar en una zona monofásica, pero esta vez sólo encontramos sólido.

En la zona delimitada por las dos líneas de solidus y liquidus la aleación se encuentra en una zona bifásica, donde coexisten sólido y líquido (L+α).

Las composiciones químicas de cada una de las fases, en punto cualquiera del diagrama, se indican mediante una línea vertical, y el punto que corte con el eje de ordenadas realizamos la lectura de dicha concentración.

La concentración de cada una de las fases, en una zona bifásica lo calcularemos con la regla de la palanca o regla de las fases que estudiaremos más adelante.


Diagrama de equilibrio de la aleación Cu-Ni
Imagen 03. Elaboración propia.

 

Objetivos

DIAGRAMAS O CURVAS DE ENFRIAMIENTO

 

 

Curvas de enfriamiento en una aleación Cu-Ni
Imagen 04. Elaboración propia.

En este otro tipo de diagramas, se representan las curvas de enfriamiento, es decir como cambia de fase (estado) una aleación, según aumentamos o disminuimos su temperatura.
En la imagen superior correspondientes a cinco aleaciones Cu-Ni distintas:
  • Cu puro (Cu 100%)
  • aleación de 20% de Ni
  • 50% de Ni
  • 80% de Ni
  • Ni puro (Ni 100%)
Los puntos marcados con L corresponden a los valores de temperatura a los que la aleación comienza a solidificar, y los puntos marcados con S las temperaturas a partir de las que la aleación es totalmente sólida.
En el ejemplo Cu puro, el Cu pasa de estado sólido a líquido a 1.100ºC

 

 

 

 

AV - Pregunta de Selección Múltiple

Pregunta

Un diagrama de equilibrio muestra:

Respuestas

Los cambios de una aleación conforme se va enfriando.

Las líneas de solidus y liquidus.

Las fases de la aleación que coexisten en cada momento.

Retroalimentación

Pregunta

La línea de liquidus corresponde a:

Respuestas

La línea de temperaturas por encima de la cual toda la aleación está en estado líquido.

La línea de temperaturas por encima de la cual toda la aleación está en una única fase.

La línea de temperaturas por debajo de la cual la aleción empieza a formar cristales sólidos.

Retroalimentación