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DIAGRAMA COBRE-NIQUEL - REGLA DE LA PALANCA Y LEY DE FASES DE GIBBS

CONTENIDO

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. .

INT INTRO ROD DUCCI UCCIÓN ÓN DIAG DIAGRA RAMA MA CO COBR BREE- NIQ NIQUE UEL L REGL REGLA A DE LA LA PALANC LANCA A REGL REGLA A DE DE FA FASES SES DE GIB GIBBS BS EJERCICIOS EJERCICIOS DE LA REGLA DE LA PALANCA PALANCA APLI APLIAC ACIO IONE NES S DE COBRECOBRE-NI NIQU QUEL EL DEFIN EFINIC ICIO IONE NES S BIBLI IBLIO OGR GRAF AF!A !A

1. INTRODUCCIÓN

Los diagramas de fases son representaciones gráficas de las fases que están presentes en un sistema de aleación a diversas temperaturas presiones y composiciones; los diagramas de fases se construyen empelando la información recopilada en la curvas de enfriamiento. Las curvas de enfriamiento son gráficos de tiempo y temperatura generados para diversas composiciones de aleaciones y brindan información sobre las temperaturas de transición de las fases. En los diagramas de fases binarios en equilibrio temperatura-composición se indican que fases están  presentes a diferentes composiciones composiciones y temperaturas temperaturas para condiciones de de enfriamiento o calentamiento lentos que se acercan al equilibrio; equilibrio; evidenciándose en el diagrama Cobre-Níquel bifásico!" el cual servirá de e#emplo para e$plicar e$plicar lo anteriormente mencionado. mencionado.

F"#$%& 1

En los diagramas bifásicos" la composición química de cada una de las dos fases se indica por la intersección de la isoterma con los límites de fase" el fragmento en peso de cada fase en una región de dos fases puede determinarse usando la regla de la palanca a lo largo de una isoterma línea de enlace a una temperatura particular!. En estos diagramas tambi%n se relaciona la regla de las fases de &ibbs" la cual establece que en el equilibrio el n'mero de fases más los grados de libertad es igual al n'mero de componentes más (" ) * + , C * ( de forma abreviada" con la presión atm"  ) * + , C * .

2. DIAGRAMA COBRE-NIQUEL

Los diagramas se compones de la aleaciones estas aleaciones on una me/cla sólida 0omog%nea" de uno o más metales con algunos elementos no metálicos. e  puede observar que las aleaciones están constituidas por elementos metálicos en estado elemental estado de o$idación nulo!" por e#emplo +e" 1l" Cu" Ni )b... )ara su fabricación en general se me/clan los elementos llevándolos a temperaturas tales que sus componentes fundan. Las aleaciones presentan brillo metálico y alta conductividad el%ctrica y t%rmica" aunque usualmente menor que los metales puros. Las propiedades físicas y químicas son" en general" similares a la de los metales" sin embargo las propiedades químicas tales como dure/a" ductilidad" tenacidad etc. pueden ser muy diferentes" de a0í el inter%s que despiertan estos materiales" que  pueden tener los componentes de forma aislada. Las aleaciones no tienen una temperatura de fusión 'nica" dependiendo de la concentración" cada metal puro funde a una temperatura" coe$istiendo simultáneamente la fase líquida y fase sólida como se puede apreciar en los diagramas de fase anteriormente vistos. 1ctualmente de estudia en las aleaciones porque pueden presentar propiedades muy importantes en la industria y como vemos una de las aleaciones importantes utili/adas es la aleación Cu-Ni esta aleación. Los elementos como el cobre y níquel tienen solubilidad total tanto en estado líquido como sólido. En el diagrama de la figura  se muestra el diagrama de fases de este sistema en el que se representa la composición química de la aleación en tanto por ciento en peso en abscisas y la temperatura en 2C en ordenadas. Este diagrama se 0a determinado ba#o condiciones de enfriamiento lento y a  presión atmosf%rica y no tienen aplicación para aleaciones que sufren un proceso de enfriamiento rápido. El área sobre la línea superior del diagrama" línea de líquidus" corresponde a la región en la que la aleación se mantiene en fase líquida. El área por deba#o de la línea inferior" línea sólidus" representa la región de estabilidad para la fase sólida. Entre ambas líneas se representa una región  bifásica en la que coe$isten las fases líquida y sólida. La cantidad de cada fase presente depende de la temperatura y la composición química de la aleación.

FIGURA 2

)ara una determinada temperatura puede obtenerse aleaciones totalmente en fase sólida" en fase '()*"+& , *$"+&/  y en fase totalmente líquida seg'n la proporción de sus componentes. 3e la misma manera" para una determinada proporción de la me/cla" se puede definir una temperatura por  deba#o de la cual toda la aleación se encuentre en fase sólida" un intervalo de temperaturas en donde la aleación se encuentre en dos fases sólida y líquida! y una temperatura a partir de la cual toda la aleación est% líquida. El diagrama bifásico del sistema cobre-níquel +igura (a! qui/ás es el de más fácil comprensión e interpretación. Como anteriormente 0abíamos nombrado los e#es" el de las ordenadas que representa la temperatura" y en el de abscisas la composición en peso aba#o! y el porcenta#e atómico arriba! de la aleación de níquel. La composición varía desde el 45 en peso de Ni 445 de Cu! en el e$tremo i/quierdo 0ori/ontal 0asta el 445 en peso de Ni 45 de Cu! en el derec0o.

FIGURA 3

La /ona líquido L es una disolución líquida 0omog%nea compuesta por cobre y níquel. La fase 6 es una disolución sólida sustitucional" de átomos de cobre y de níquel" de estructura cristalina +CC. 1 temperaturas inferiores a 4748C el cobre y el níquel son mutuamente solubles en estado sólido en cualquier composición. Esto se puede e$plica porque Cu y Ni tienen la misma estructura cristalina +CC!" radios atómicos y electronegatividades casi id%nticos y valencias muy similares" lo podemos observar en la tabla  periódica. 9tro concepto importante para tener en cuenta es que el sistema 0%-$* se denomina "(% debido a las solubilidades totales de los dos componentes en estados sólido y líquido. Las líneas sólidas sólidus! y líquidas líquidus! de la  F"#$%& 3.&/ interceptan en los dos e$tremos de la composición y corresponden a las temperaturas de fusión de los componentes puros. Las temperaturas de fusión del cobre y del níquel puros son de 47:8C y ::8C" respectivamente. El calentamiento del cobre puro significa despla/amiento vertical a lo largo del e#e i/quierdo de la temperatura. El cobre permanecerá sólido 0asta llegar a la temperatura de fusión. La transformación sólido a líquido tiene lugar a la temperatura de fusión" que permanece constante 0asta que termina la transformación.