Diagramas de fase: aleaciones eutécticas

Posted on Actualizado enn

En entradas anteriores aprendimos a interpretar los diagramas de fase, usando como ejemplo sistemas isomórficos binarios. En esta entrada vamos a estudiar los sistemas eutécticos binarios en aleaciones.

Los diagramas de fase eutécticos tienen algunas características especiales. En primer lugar, aparecen tres regiones monofásicas: α, β y líquido. Para entenderlo mejor observemos el sistema cobre-plata. El cobre y la plata puros se consideran fases α y β, respectivamente.

cobre-plataLa solubilidad de cada una de estas fases sólidas es limitada:

  • La línea que separa la solubilidad de las regiones α y α + β se denomina línea solvus
  • La línea que separa las fases α y α + L se denomina línea solidus.
  • Para el caso de la fase β existen también línea solvus y solidus

Como vimos anteriormente, el diagrama nos permite determinar las fases existentes en la aleación para una determinada temperatura, pero en este caso tenemos dos fases sólidas α y β y la fase líquida.

En este tipo de diagramas podemos observar un punto invariante E, donde para una temperatura y composición determinada se produce la reacción eutéctica. La solidificación de un eutéctico origina siempre un producto bifásico, mientras que la de un componente puro origina una monofase.

El estudio del eutéctico puede resultar complicado al principio, por lo que vamos a estudiar el desarrollo microestructural para entender de una forma más gráfica lo que sucede en las aleaciones eutécticas.

Para este caso vamos a emplear el diagrama plomo-estaño. Vamos a observar varios casos de enfriamientos para diferentes composiciones para comprender como se desarrolla la microestructura:

En este primer caso vemos que al principio tenemos solamente fase líquida. Al sobrepasar la línea de liquidus empieza a formarse fase α, que coexiste con la fase líquida y cuya composición va aumentando hasta atravesar la línea de solidus, donde solamente existe fase α.

plomo-estaño1En este caso sucede lo mismo que en el anterior hasta obtener fase α. Ahora al sobrepasar la línea de solvus vemos que se forma fase α y β.

plomo-estaño2Ahora veamos que sucede con la composición eutéctica. Podemos ver que pasamos de tener fase líquida a tener fase sólida directamente. Esta microestructura resultante se denomina microestructura eutéctica y consta de láminas alternas de fase α y β.

plomo-estaño3En este último caso nos situamos antes de la composición eutéctica. Al principio tenemos fase líquida, al sobrepasar la línea de liquidus empieza a formarse fase α. Cuando enfriamos por debajo de la temperatura eutéctica se produce una microestructura un tanto peculiar. Vemos que, como en el caso anterior, se forman las láminas alternas de fase α y β y además aparecen unos granos de fase α. Es muy importante entender esta parte sobre todo a la hora de resolver problemas de este tipo.

plomo-estaño4La fase α en láminas correspondiente con la microestructura eutéctica se denomina fase α eutéctica, mientras que la fase α que aparece en forma de granos se denomina fase α primaria o proeutéctica. La fase α total será, por tanto, la suma de la fase α primaria y fase α eutéctica. Para casos situados a la derecha del eutéctico sucede lo mismo, solo que en este caso tenemos fase β.

Veamos como se aplica la regla de la palanca para calcular cada componente, suponiendo la composición C4 mostrada en la figura:

regla de la palanca-eutécticoLa fracción de fase eutéctica será: We = P / P+Q

La fracción de α primaria será: Wα’ = Q / P+Q

La fracción de α total (primaria +eutéctica) será: Wα = Q + R / P+Q+R

La fracción de fase β será: Wβ = P / P+Q+R

Bibliografía:

Callister, E. D. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Editorial Reverte, 1995.

Anuncios

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s