Logo Studenta
Gratis
41 pág.
Semana 09 - Diagrama de Fases

Vista previa | Página 1 de 2

ESCUELA PROFESIONAL DE 
INGENIERÍA QUÍMICA
Curso: Materiales de Ingeniería 
Docente: MSc. RICARDO CUBA TORRE
TEMA DE CLASE
Diagrama de Fases
SEMESTRE 
ACADÉMICO 2021 A
02 de Julio del 2021
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
DIAGRAMA DE FASES
Una fase es una región que difiere en su microestructura y/o composición respecto de otra región.
Entonces, una fase se puede definir como una porción homogénea de un sistema que tiene
características físicas y química uniformes.
Los diagrama de fases son representaciones graficas de las fases que existen en un sistema de
materiales a diversas temperatura, presiones y composiciones.
La mayoría de los diagramas de fases se han construido en condiciones de equilibrio y son muy
utilizados para entender el comportamiento de los materiales.
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
En estos sistemas solo existe un tipo de estructura cristalina para todas las
composiciones de los componentes, denominados sistemas isoformos.
Los dos elementos tienen solubilidad solida completa entre si, y suelen satisfacer una
o mas de las condiciones formuladas por Hume- Rothery (1899-1968) conocidas
como reglas de solubilidad.
Sistemas de aleaciones Binarias Isoformas
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
Ejercicio 
Cuantas fases 
se pueden 
observar en el 
siguiente:
Diagrama Cu-Zn
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
Reglas de Solubilidad de Hume-Rothery (1899-1968)
1. La estructura cristalina binaria de dos metales deben ser las mismas.
2. El tamaño de los átomos de cada uno de los elementos no debe diferir en mas 
de un 15%.
3. La mezcla de dos elementos no deben formar compuestos entre si.
4. Las valencias de los elementos del sistema binario deben ser similares.
1. Estructura cristalina
Deben ser las mismas
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
2. Tamaño de los átomos 
a. El diámetro de los átomos deben ser similares, afectan directamente en el tamaño y no
pueden acomodarse en la misma estructura cristalina de la mezcla binaria.
b. Cuando se emplea un factor de tamaño, permite hacer una extensión de la solubilidad solo
cuando dos átomos de diferente tamaño no difieran en mas del 15%.
c. Si el factor del tamaño esta entre 8-15%, la aleación muestra un factor mínimo, y si este
factor es mayor al 15% la mezcla binaria formada será muy limitada.
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
3. Factor de Afinidad Química
a. Deben presentar electronegatividades similares.
b. Cuando las electronegatividades de dos metales son diferentes, tienden a formar una fase 
intermetálica de la mezcla binaria.
c. Por lo general, cuanto más separados estén los elementos en la tabla periódica, mayor 
será la afinidad química.
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
4. Factor de Valencia 
Consideremos dos átomos, uno con mayor
valencia de electrones y el otro con menor valencia
de electrones.
a. El que presenta mayor valencia de electrones
puede disolver solo una pequeña cantidad del
menor valencia del metal, mientras que el metal
de menor valencia tendrá una buena solubilidad
en el metal de mayor valencia.
b. Por lo tanto, el soluto será el de mayor valencia
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
Regla de la Palanca
Es el método matemático que permite conocer el % en peso de las fases “solida y liquida”,
también las fases “solida – solida”, presentes en una aleación de una cierta concentración cuando
se encuentra a una determinada temperatura.
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
Ejercicio
Calcular el porcentaje de la fase 𝛼 y L 
presente en una aleación Cu 40% - Ni a 
1250oC, grafico adjunto.
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Ejercicio 3
Del diagrama Mg-Pb a 300oC 
determinar la fracción de la fase 𝛼 si 
la aleación consiste de 4.01x101 % 
peso de Pb. 
Solución:
Trazamos la línea a 300oC, 
𝛼 𝛼 +Mg2Pb Mg2Pb
17% 40.1% 81%
𝑥𝛼 =
𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑎 𝑎𝑙𝑓𝑎
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
=
81 − 40.1
81 − 17
𝑥𝛼 = 0.64
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
Ejercicio 
Utilizando el diagrama de fases 
del Mg-Al
Calcular:
1. El numero total de fases
Para una aleación 20% Mg – Al 
determinar la composición a:
1. A 600ºC
2. A 500ºC, y
3. A 300ºC
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
Ejercicio 
Para una aleación 30% Sn-Pb 
en peso a 150ºC en el diagrama 
adjunto.
Determinar:
a) Las fases presentes
b) La fracción en masa
c) La fracción en volumen
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
Ejercicio 4
Para una aleación de 74% Zn y 
26% Cu 
Calcular % composición a:
1. A 850ºC
2. A 750ºC
3. A 680ºC, y
4. 500ºC
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
SOLIDIFICACION
En los metales la solidificación se hace a temperatura constante. En determinadas condiciones 
la masa liquida debe permanecer a una temperatura inferior a la de fusión.
Aleaciones que se comportan como un metal puro que solidifican a temperatura constante se 
denominan aleaciones eutécticas.
Energia necesaria para llevar un metal al estado liquido
1º Energía necesaria para su fusión,
𝑸 = 𝒎 ∗ 𝑪𝒑 ∗ ∆𝑻
Donde Q energía para llevar hasta la temperatura de fusión
m masa del metal a fundir
∆𝑇 variación de la temperatura hasta alcanzar la fusión
2º Energía necesaria para e; cambio de Estado
𝑸 = 𝒎 ∗ 𝑪𝒇
Donde
𝑄 es la energía para cambio de estado
𝐶𝑓 es el calor latente de fusión
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
Enfriamiento de un
metal puro
▪ La temperatura de transformación como se
observa en el diagrama de equilibrio,
representa el punto en el cual la energía
libre de la fase solida es igual a la fase
liquida.
▪ Además en el diagrama se observa que la
transición, se da cuando el cambio de
energía libre ∆𝐺𝑉 es infinitésimamente
pequeño y negativo, vale decir cuando una
pequeña fuerza positiva existe debido a un
subenfriamiento.
MSc. Hector Ricardo Cuba Torre
FIQ - UNAC
Facultad de Ingeniería Química FIQ
Materiales de Ingeniería Código: IFPR28
Transformacion de fases
▪ Se requiere de una energía de activación para que ocurra la
Página12

Materiales recomendados

Semana 03 - Propiedades Mecanicas de los metales

Colégio Objetivo

User badge image

CAICAY OTOYA LUIS EDUARDO

Semana 04 - Propiedades Mecanicas Torsion

Colégio Objetivo

User badge image

CAICAY OTOYA LUIS EDUARDO

Semana 05 - Materiales Ferrosos

Colégio Objetivo

User badge image

CAICAY OTOYA LUIS EDUARDO