unidad iii - endurecimiento por dispersion- diagrama de fases eutecticas

7/23/2019 UNIDAD III - Endurecimiento Por Dispersion- Diagrama de Fases Eutecticas

1/6

Carrera: TECNICATURA UNIVERSITARIA EN MECATRNICAAsignatura: ESTUDIO Y ENSAYO DE MATERIALESUnidad n 3

1

ENDURECIMIENTO POR DISPERSIN Y DIAGRAMAS DEFASES EUTCTICAS

Introduccin

En clases anteriores vimos que cuando se excede la solubilidad de un material adicionandodemasiado de un componente o compuesto de aleacin, se forma una segunda fase y se produce unmaterial con dos fases. El lmite entre las dos fases, lo llamaremos interfaz de interfases, y es unasuperficie donde el arreglo atmico no es perfecto.

En los materiales metlicos, este lmite tambin interfiere con el deslizamiento o movimientode las dislocaciones, ocasionando el endurecimiento del material. Al endurecimiento producto de laintroduccin de una segunda fase se lo conoce como endurecimiento por dispersin.

El proceso de endurecimiento por dispersin se logra controlando el proceso de solidificacinde la aleacin, es por eso que estudiaremos los diagramas de fases que involucran la formacin demltiples fases. !os concentraremos en el estudio de los diagramas de fases eutcticas. "revio aesto, deberemos estudiar los fundamentos del endurecimiento por dispersin y as podremosdeterminar la microestructura que queremos generar y luego examinaremos los tipos de reaccionesque producen las aleaciones con mltiples fases.

Principios y ejemplos del endurecimiento por dispersin

#a mayora de los materiales de ingeniera estn compuestos por ms de una fase y muc$osde estos materiales se dise%an para proveer un cierto nivel de resistencia. En las aleacionesendurecidas por dispersin simples, se introducen partculas peque%as de una fase, que por lo

general son muy resistentes y duras, en una segunda fase, la cual es ms dbil pero ms dctil. A lafase blanda, por lo general continua y presente en mayores cantidades, se la llama matriz. A la fasede endurecimiento se la conoce como fase dispersaoprecipitado.

"ara que ocurra el endurecimiento por dispersin, la fase dispersa o precipitado debe ser losuficientemente peque%a para proveer obstculos efectivos al movimiento de las dislocaciones.

En la mayora de las aleaciones, el endurecimiento por dispersin se produce por medio detransformaciones de fase. !osotros por a$ora nos concentraremos en el estudio de unatransformacin de solidificacin por medio de la cual se solidifica un lquido para formar de manerasimultnea dos fases slidas. A este fenmeno se lo llama reaccin eutctica. &s adelanteveremos la reaccin eutectoide, en la cual una fase slida reacciona para formar de manerasimultnea dos fases slidas distintas' esta reaccin es la clave para el control de las propiedades de

los aceros.

Consideraciones para un endurecimiento por dispersin

1) La matriz debe ser blanda y dctil, mientras que la fase dispersa debe ser dura y resistente.

#as partculas de la fase dispersa interfieren con el deslizamiento, mientras que la matrizprovee al menos algo de ductilidad a la aleacin general.


2/6


2

2) La fase dispersa dura debe ser discontinua, mientras que la matriz blanda y dctil debe ser

continua.

(i la fase dispersa dura y quebradiza fuesecontinua, las grietas podran propagarse a lo

largo de toda la estructura.

3) Las partculas de la fase dispersa deben ser peque!as y numerosas.

Al ser peque%as y numerosas, se incrementanlas probabilidades de que interfieran con elproceso de deslizamiento dado que el rea dela interfaz de interfases aumenta de manerasignificativa.

") Las partculas de la fase dispersa deben ser redondas en lu#ar de tener forma de a#u$as.

#a forma redonda es menos probable queinicie una grieta o acte como una muesca.

%) Las concentraciones m&s altas de la fase dispersa incrementan la resistencia de la aleacin

&ayor cantidad de partculas duras favorecenla resistencia de la aleacin.

Compuestos intermet&licos

)n compuesto intermetlico contiene dos o mas elementos metlicos, que generan unanueva fase con composicin, estructura cristalina y propiedades propias.

#os compuestos intermetlicos casi siempre son muy duros y quebradizos. (on muysimilares, en trminos de propiedades mecnicas, a los materiales cermicos.

*por qu nos interesan los compuestos intermetlicos+"or dos motivos'

aporque generalmente las aleaciones endurecidas por dispersin contienen un compuestointermetlico como fase dispersa.


3/6


3

b&uc$os compuestos intermetlicos por s mismo -no como una segunda fase, se estnestudiando y desarrollando para aplicaciones a altas temperaturas.

#os compuestos intermetlicos estequiomtricos tienen una composicin fia. #os aceros seendurecen por medio de un compuesto estequiomtrico, llamado carburo de $ierro -/e01 o

cementita, el cual tiene una razn fia de tres tomos de $ierro por cada tomo de carbono.

Diagrama de fases eutcticas

#a reaccin eutctica permite que el slido se solidifique como una mezcla ntima de dos fases.

#os sistemas plomo2esta%o -"b2(n solocontienen una reaccin eutctica simple.Este sistema es la base para las aleacionesmas comunes utilizadas en soldadurasblandas. )saremos este sistema paraestudiar el diagrama de fases eutcticas,para ello analizaremos cuatrocombinaciones de "b2(n.

'leaciones de soluciones slidas

(i consideramos una aleacin "b2(n que contiene entre un 3 y 45de (n, esta aleacin secomportar de la misma maneraque lo $acen las aleaciones de1u2!i, es decir, como aquellasque tienen solucin slida

ilimitada. En efecto, siobservamos el grfico, veremos

que solo se forma una fase aaaa

durante la solidificacin si nosparamos en algn puntocomprendido entre el intervalo-3245 de (n.Estas aleaciones se endurecenpor medio del endurecimientopor solucin slido.


4/6


4

'leaciones que e(ceden el lmite de solubilidad

#as aleaciones quecontienen entre un 4 y 675 de(n tambin se solidifican paraproducir una solucin slida de

una sola fase aaaa, pero a medidaque la solucin continaenfrindose, ocurre unareaccin de estado slido que$ace que se precipite una

segunda fase slida bbbba partir

de la fase original aaaa....

En este diagrama de

fases, es una solucin slidade esta%o en plomo' sin

embargo, la solubilidad del esta%o en la solucin slida es limitada. A 38 1, solo puede disolverse45 de (n en . A medida que la temperatura aumenta, se disuelve ms esta%o en el plomo $astaque, a 690 81, la solubilidad del esta%o en el plomo $a aumentado al 675 de (n. :sta es lasolubilidad mxima del esta%o en el plomo. #a solubilidad del esta%o en el plomo slido a cualquiertemperatura est dada por la curva de solus. 1ualquier aleacin que contenga entre 4 y 675 de (nse enfra a travs de la curva de solvus, se excede el lmite de solubilidad y se forma una cantidad

peque%a de .

'leaciones eutcticas

#a aleacin que

contiene ;6,75 de esta%otiene la composicineutctica. #a palabraeutctica proviene delgriego eutctos quesignifica espus de que el lquido se enfra por debao de los 69081, comienza la reaccin eutctica?


5/6


5

#;6,75 (n Y675 (n@ 7,B5 (n

(e forman dos soluciones slidas -y durante la reaccin eutctica. #as composiciones de las dossoluciones slidas estn dadas por los extremos de la lnea eutctica.

>urante la solidificacin, el crecimiento eutcticorequiere la eliminacin del calor latente de fusin y laredistribucin por difusin de las dos especies atmicasdisitintas. 1omo la solidificacin ocurre por completo a69081, la curva de enfriamiento es similar a la de un metalpuro, es decir a temperatura constante. Cimos conanterioridad, que las aleaciones solidifican en un intervalode temperaturas -entre la temperatura de liquidus y la desolidus, al que llamamos intervalo de solidificacin. #ascomposiciones eutcticas son una excepcin a esta regladado que se transforman de lquido a slido a temperatura

constante -a la temperatura eutctica.A medida que los tomos se redistribuyen durante la solidificacin eutctica, se desarrolla

una microestructura caracterstica. En el sistema plomo2esta%o, las fases slidas y crecen en ellquido con una forma laminar o parecido a una placa. #aestructura laminar permite que los tomos de plomo yesta%o se muevan a travs de lquido, en el cual ladifusin es rpida, sin tener que moverse una distanciaconsiderable. Esta estructura laminar es tpica de variosotros sistemas eutcticos.

El producto de la reaccin eutctica tiene un arreglo caracterstico de las dos fases slidas llamadomicroconstituyentes eutctico. En la aleacin de "b ;6,75 (n, se forma 6335 delmicroconstituyentes eutctico, dado que todo el lquido pasa a travs de la reaccin.

'leaciones *ipoeutcticas e *ipereutcticas

)na aleacin $ipoeutctica es una aleacin con una composicin entre la del extremoizquierdo de la lnea de interconexin que define la reaccin eutctica y la composicin eutctica.

A medida que una aleacin $ipoeutctica que contiene entre un 67 y ;6,75 de esta%o se enfra, ellquido comienza a solidificarse a la temperatura de liquidus, produciendo un slido a' sin embargo,la solidificacin se completa al pasar a travs de la reaccin eutctica. Esta secuencia desolidificacin ocurre para las composiciones en las que la lnea vertical que corresponde a lacomposicin original de la aleacin atraviesa el liquidus y el eutctico.

A la composicin de una aleacin entre la del extremo derec$o de la lnea de interconexinque define la reaccin eutctica y la composicin eutctica se la conoce como aleacin$ipereutctica. En el sistema "b2(n, cualquier composicin entre el ;6,7 y 7,B 5 de(n es$ipereutctica.


6/6


6

1onsideremos una aleacin $ipoeutctica que contiene "b2035 (n y sigamos los cambios enla estructura de solidificacin. Al alcanzar la temperatura de liquidus a 4;381, el slido a que

contiene alrededor de 645 de (n nuclea. El slidocrece $asta que la aleacin se enfra usto pordebao de la aleacin eutctica. A 69D81, se traza una lnea de interconexin y se encuentra que elslido a contiene 675 (n y el lquido restante contiene ;6,7 5 de (n. (e observa que a 69D81, el

lquido contiene la composicin eutcticaF. 1uando la aleacin se enfra por debao de 69081, todoel lquido restante pasa por la reaccin eutctica y se transforma e una mezcla laminar de y .

Gbservamos que el microconstituyentes eutctico rodea al slido que se forma entre lastemperaturas de liquidus y la eutctica. El microconstituyentes eutctico es continuo y la faseprimaria se dispersa entre las colonias del microconstituyente eutctico.

unidad iii - endurecimiento por dispersion- diagrama de fases eutecticas

Documents