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T1: Materiales y fabricación
Diagramas de equilibrio
Problema
2024 · Ordinaria · Suplente
2.2
Examen

A partir del diagrama de equilibrio de fases que se muestra en la figura, para los metales A y B:

Imagen del ejercicio
a) Indique cuál es la solubilidad máxima en estado sólido de A en B y de B en A. Determine la temperatura de fusión de los metales A y B.b) Determine la proporción de A y B para la que se observa un comportamiento eutéctico ¿A qué temperatura funde esta aleación?c) Describa el proceso de enfriamiento desde los 400∘C400^\circ\text{C} hasta la temperatura ambiente de una aleación con un 90%90\% de B.d) Calcule la proporción de cada una de las fases presentes para una aleación con 20%20\% de B a 450∘C450^\circ\text{C}.
Diagrama de fasesSolubilidadEutéctico+1
a)

Determinación de la solubilidad máxima y las temperaturas de fusión.Datos:

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Sustitución (lectura del diagrama):Resultado:

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b)

Determinación de la composición y temperatura eutéctica.Datos:

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Sustitución (lectura del diagrama):Resultado:

\bulletLaproporcioˊndeAyBparalaqueseobservauncomportamientoeuteˊcticoesde La proporción de A y B para la que se observa un comportamiento eutéctico es de 78\%enpesodeB(y en peso de B (y 22\%enpesodeA).\n en peso de A).\n\bulletLatemperaturaalaquefundeestaaleacioˊn(temperaturaeuteˊctica)esde La temperatura a la que funde esta aleación (temperatura eutéctica) es de 250^\circ\text{C}
c)

Descripción del proceso de enfriamiento de una aleación con 90%90\% de B.Datos:

\bullet$ Composición de la aleación: $90\%$ en peso de B.\n$\bullet$ Rango de enfriamiento: Desde $400^\circ\text{C}$ hasta temperatura ambiente.

Proceso de enfriamiento (lectura del diagrama):

\bullet∗∗Porencimade **Por encima de 315^\circ\text{C}(aprox.):∗∗Laaleacioˊnseencuentracompletamenteenestadolıˊquido(L).\n (aprox.):** La aleación se encuentra completamente en estado líquido (L).\n\bullet∗∗Entre **Entre 315^\circ\text{C}y y 250^\circ\text{C}:∗∗Aldescenderlatemperaturaycruzarlalıˊnealiquidus,comienzalasolidificacioˊndelafase:** Al descender la temperatura y cruzar la línea liquidus, comienza la solidificación de la fase \beta(solucioˊnsoˊlidaricaenB).Enesterangodetemperaturas,laaleacioˊnconsisteenunamezcladefaselıˊquida(L)ycristalesdefase (solución sólida rica en B). En este rango de temperaturas, la aleación consiste en una mezcla de fase líquida (L) y cristales de fase \beta.Amedidaquelatemperaturadisminuye,lacantidaddefase. A medida que la temperatura disminuye, la cantidad de fase \betaaumentayellıˊquidoseenriqueceprogresivamenteenA.\n aumenta y el líquido se enriquece progresivamente en A.\n\bullet∗∗A **A 250^\circ\text{C}(temperaturaeuteˊctica):∗∗Ellıˊquidorestante,cuyacomposicioˊnhaalcanzadolacomposicioˊneuteˊctica( (temperatura eutéctica):** El líquido restante, cuya composición ha alcanzado la composición eutéctica (78\%B),sesolidificacompletamenteenlamicroestructuraeuteˊctica(unamezclaıˊntimadelasfases B), se solidifica completamente en la microestructura eutéctica (una mezcla íntima de las fases \alphay y \beta).Lafase). La fase \betaqueseformoˊpreviamente(conocidacomo que se formó previamente (conocida como \betaproeuteˊctica)permanecepresente.\n proeutéctica) permanece presente.\n\bullet∗∗Pordebajode **Por debajo de 250^\circ\text{C}(hastatemperaturaambiente):∗∗Laaleacioˊnestaˊformadaporcristalesdefase (hasta temperatura ambiente):** La aleación está formada por cristales de fase \betaproeuteˊcticaylamicroestructuraeuteˊctica proeutéctica y la microestructura eutéctica (\alpha + \beta).Lascomposicionesdelasfases. Las composiciones de las fases \alphay y \beta$ pueden variar ligeramente con la temperatura dentro de sus campos de solubilidad sólida.
d)

Cálculo de la proporción de fases.Datos:

\bullet$ Composición de la aleación ($C_0$): $20\%$ en peso de B.\n$\bullet$ Temperatura ($T$): $450^\circ\text{C}

Fórmulas (Regla de la palanca):

\%\text{fase }\alpha = \dfrac{C_L - C_0}{C_L - C_{\alpha}} \times 100$$$$\%\text{fase L} = \dfrac{C_0 - C_{\alpha}}{C_L - C_{\alpha}} \times 100

Sustitución (lectura del diagrama a 450∘C450^\circ\text{C}):

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\%\alpha = \dfrac{42\%\text{ B} - 20\%\text{ B}}{42\%\text{ B} - 6\%\text{ B}} \times 100 = \dfrac{22}{36} \times 100$$$$\%\text{L} = \dfrac{20\%\text{ B} - 6\%\text{ B}}{42\%\text{ B} - 6\%\text{ B}} \times 100 = \dfrac{14}{36} \times 100

Resultado:

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