Aleaciones. Diagramas de equilibrio. Tratamientos térmicos


  • ALEACIÓN
Una aleación es una combinación de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos metálicos sólidos.
Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos como Fe (hierro), Al (aluminio), Cu (cobre), Pb (plomo), ejemplos concretos de una amplia gama de metales que se pueden alear. El elemento aleante puede ser no metálico, como: P (fósforo), C (carbono), Si (silicio), S (azufre), As (arsénico).
Mayormente las aleaciones son consideradas mezclas, al no producirse enlaces estables entre los átomos de los elementos involucrados. Excepcionalmente, algunas aleaciones generan compuestos químicos.
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  • SOLUCIONES SÓLIDAS
Una solución sólida es una solución en estado sólido de uno o más solutos en un disolvente.
El soluto puede incorporarse dentro de la estructura cristalina del disolvente bien mediante sustitución, reemplazando cada átomo del disolvente por un átomo del soluto (y formará una solución sólida sustitucional), o bien de forma intersticial, encajándose los átomos de soluto dentro del espacio que hay entre los átomos del disolvente. Ambos tipos de solución sólida afectan a las propiedades del material ya que distorsionan, aunque sea poco, la estructura cristalina y porque perturban la homogeneidad física y eléctrica del material disolvente.
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  • PROCESO DE CRISTALIZACIÓN
La cristalización es un proceso químico por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal. La cristalización se emplea con bastante frecuencia en química para purificar una sustancia sólida.

A lo largo de la solidificación de esta materia se presentan varias fases:
  1. Nucleación
  2. Cristalización del núcleo
  3. Formación de granos
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  • DIAGRAMA DE FASES
Son representaciones gráficas de presión vs. temperatura, a las que las fases sólida, líquida y gaseosa de una sustancia existen. En esta representación se incluye la variación de presión de vapor del sólido y del líquido, y la variación de la temperatura de fusión con la presión.



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  • ALEACIÓN CU-NI
El cuproníquel (cobre-níquel) es una aleación de cobre, níquel (Cu + Ni) y elementos sólidos, tales como hierro y manganeso. Este metal pesado no ferroso, no se corroe en agua de mar, ya que su potencial de electrodos es neutro con respecto al agua marina. Por este motivo, se utiliza para tuberías, intercambiadores de calor, aparatos de destilación y condensadores en los sistemas de agua de mar, así como para diversos utensilios de uso marino. A veces también se utiliza para propulsores, cigüeñales y cascos de remolcadores superiores, barcos de pesca, entre otros.


El uso más común de esta aleación lo encontramos en muchas monedas de circulación modernas de color plateado, como las de peso mexicano de $10, como las monedas del franco suizo (excepto la de 5 céntimos), la moneda de 50 peniques de la libra esterlina del Reino Unido, monedas de 5 y 25 centavos, anillo de las de 1 peso y centro de las de 2 pesos del Peso Argentino, el interior de la moneda de un euro y el exterior de la de dos euros o la Moneda de US$ 0,05 moneda de 5 centavos (Nickel) del dólar de Estados Unidos.



La mezcla típica es 75% de cobre y 25% de níquel, y una cantidad mínima de manganeso. En el pasado, las monedas de plata fueron sustituidas por las de cuproníquel, por ser éste más económico que el níquel puro. A pesar de contener una gran cantidad de cobre, el color del cuproníquel es similar al de la plata.

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  • FUNDICIONES
Existen tres tipos de fundición:

-Fundición gris: entre 2'5 y 4% de C. Es de bajo coste, buena maquinabilidad y resistencia al desgaste, mucha resiliencia pero rotura frágil.

-Fundición esferoidal: Se forma añadiendo Mg o Cs a la fundición gris. Tiene límite de elasticidad, manteniendo las propiedades de la fundición como excelente maquinabilidad y buena resistencia al desgaste.

-Fundición blanca: Fundiciones bajas en carbono con menos de un 1% de silicio y rápida velocidad de enfriamiento.presenta gran dureza y fragilidad, aunque posee una gran resistencia al desgaste y a la abrasión.
  • ALEACIONES TOTALMENTE SOLUBLES EN ESTADO LÍQUIDO E INSOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO
El punto de intersección, E, de las dos curvas que separan la zona líquida y la zona donde el líquido se encuentra en equilibrio con el sólido, se llama punto eutéctico y es la temperatura más baja a la cual puede existir la fase líquida.
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A este punto corresponde una temperatura y una composición determinada. Un líquido de esta composición, al enfriamiento forma dos fases sólidas separadas, A y B puras. Cuando una mezcla fundida posee un diagrama de fases como éste, la última gota de líquido contiene siempre la composición eutéctica y es solamente en el punto eutéctico que los dos sólidos se separan. El enfriamiento de las mezclas para cualquier otra composición no dará lugar a la separación de una sola fase sólida.
  • TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS
Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial.
  1. Cementación y carbonitruración
Cementación (C). Aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.Carbonitruración (C+N). Introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano, amoniaco y dióxido de carbono. Es necesario realizar un temple y un revenido posterior.
    
     2. Nitruración

Nitruración (N). Al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza.

  • TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas.

  1. Temple: Enfriamientos rápidos y continuos. Permite endurecer la superficie de los aceros.
  2. Recocido: Se realiza un enfriamiento lento que tiene como objetivo reducir los defectos del temple.
  3. Normalizado: Se realiza para afinar y homogeneizar el tamaño del grano.
  4. Globulización: Se realiza para desarrollar la microestructura de esferoiditas y ablandar el acero para facilitar el mecanizado.
  5. Revenido: Se realiza después del temple para eliminar las tensiones y fragilidad ocasionadas por este.



  • BIBLIOGRAFÍA
  1. https://es.m.wikipedia.org/wiki/Cristalización
  2. http://conceptodefinicion.de/cristalizacion/
  3. https://rodas5.us.es/file/7a35eedc-8588-e23b-14be-b77099d004e8/1/tema10_ims_SCORM.zip/page_08.htm
  4. https://es.wikipedia.org/wiki/Cupron%C3%ADquel
  5. https://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n
  6. https://es.wikipedia.org/wiki/Soluci%C3%B3n_s%C3%B3lida
  7. https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/pfcm13_2_6.html
  8. http://apuntescientificos.org/Equilibrio-s-l-ibq2.html
  9. https://www.feandalucia.ccoo.es/docu/p5sd8426.pdf
  10. https://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_t%C3%A9rmico

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