Exercicios Resoltos Sobre Diagramas De Equilibrio Xerais.pdf

TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I1. Departamento de Tecnología. IES Nuestra Señora de la Almudena

Mª Jesús Saiz

Ejercicios resueltos diagramas de equilibrio generales EJERCICIOS TEMA 3: DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO Ejercicio 1 A partir del siguiente diagrama de equilibrio de fases de la aleación de cobre y níquel:

a) Indica qué tipo de solubilidad tiene. b) Indica la temperatura de fusión y solidificación de los metales puros cobre y níquel c) Describe el proceso de enfriamiento desde 1.400 ºC hasta la temperatura ambiente de una aleación con un 65 % de cobre, indicando las temperaturas más significativas. d) Determina la proporción de las fases presentes a 1.300 ºC en una aleación con un 45 % de níquel.

Solución: Diagrama de fases de la aleación Cu-Ni

a) A la vista del diagrama podemos decir que se trata de una aleación totalmente soluble en estado líquido y totalmente soluble en estado sólido. b) El cobre tiene una temperatura de solidificación de 1100ªC y el Níquel de 1450ºC. c) La aleación 65% de Cu y 35% de Ni está en estado líquido hasta alcanzar la temperatura de 1300ºC. En el intervalo de 1300ºC - 1200ºC ocurre el proceso de solidificación. En este intervalo coexisten 2 fases (líquida y sólida). Con temperaturas menores de 1200ºC toda la aleación está en estado sólido, formándose una sola fase sólida donde el cobre y el níquel están totalmente mezclados.

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Solución: d) Para calcular la cantidad o proporción de cada fase aplicamos la regla de los segmentos inversos

Ejercicio 2 En la Figura adjunta se muestra el diagrama de fases de una aleación A-B. Contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿Cuál es la temperatura de inicio y de fin del proceso de solidificación para las siguientes composiciones? a1) 20% A a2) 40% de B b) ¿A partir de qué composición de B una aleación estaría totalmente líquida a 1300ºC? ¿Y sólida? c) Calcula el número de fases y, de forma aproximada, la composición de cada una y las cantidades relativas de cada fase para una aleación del 50% de A a 1300ºC

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Solución: Diagrama de fases de la aleación A-B

Se trata de una aleación totalmente soluble en estado líquido y soluble en estado sólido. a) Aleación 20% A – 80% B • Temperatura de inicio del proceso de solidificación = 1400ºC • Temperatura de fin del proceso de solidificación = 1350ºC Aleación 60% A – 40% B • Temperatura de inicio del proceso de solidificación = 1275ºC • Temperatura de fin del proceso de solidificación = 1200ºC b) A 1300ºC • De 0 a 45% B la aleación está totalmente en estado líquido. • Y de 69% a 100% B la aleación es totalmente sólida c) Aleación 50% A – 50% B a 1300ºC • Hay 2 fases: una fase líquida y otra fase sólida • Para hallar la composición de la fases líquida y sólida, utilizamos la regla de la horizontal: Composición de la fase líquida = 55 % A y 45 % B Composición de la fase sólida = 31 % A y 69 % B • Para hallar la cantidad de cada fase, utilizamos la regla de los segmentos inversos:

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Ejercicio 3 En la figura adjunta se representa el diagrama de fases de la aleación de los metales A-B. a) Indica qué tipo de solubilidad tiene b) Determina la composición del eutéctico y la temperatura a la que solidifica c) Indica los diferentes estados por los que pasa al enfriar desde el estado líquido al sólido, las temperaturas a las que se produce el cambio y las composiciones de la fase líquida y sólida, en los siguientes casos: c1) Metal A c2) Aleación con 80% de A y 20% de B

Solución: Diagrama de fases de la aleación A-B

a) Se trata de una aleación totalmente soluble en estado líquido e insoluble en estado sólido. b) La aleación eutéctica es aquella donde en un solo punto de temperatura, la aleación pasa de estado líquido a estado sólido. El eutéctico tiene una composición de 60% de A y 40% de B y solidifica a 800ºC. c1) Metal A puro: • El metal A puro (0% de B) está en estado líquido a temperaturas superiores a 1200ºC. • A 1200ºC solidifica, en ese punto pasa de estado líquido a estado sólido con una composición 100% de A • Por debajo de 1200ºC todo el metal es sólido A (100%A) c2) Aleación 80% A – 20% B • A Temperaturas superiores a 1000ºC, toda la aleación está en estado líquido (una sola fase) y su composición es líquido 80% A – 20% B

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Solución: •

•

De 1000ºC a 800ºC es el intervalo de solidificación. En este intervalo coexisten dos fases, la fase líquida y la fase sólida. La fase líquida está compuesta por los componentes A y B, y la fase sólida es metal 100% A. La fase líquida va empobreciéndose en A al ir descendiendo la temperatura. Al llegar a los 800ºC todo el líquido que queda solidifica con la composición del eutéctico (60% de A y 40% de B) La composición total es 80% A y 20% B

Ejercicio 4 A la vista del diagrama de equilibrio de fases simplificado de la aleación de dos metales A y B:

a) Indica qué tipo de solubilidad tiene b) Determina la temperatura de fusión de los metales A y B. c) Determina la proporción de A y B que muestra un comportamiento eutéctico. ¿A qué temperatura funde? d) Describe el proceso de enfriamiento desde los 350ºC hasta la temperatura ambiente de una aleación a partes iguales de A y B. e) Calcula la proporción de cada fase para una mezcla con 80% de B, a 185 ºC. f) Calcula la composición de cada fase para la mezcla con 80% de B, a 185 ºC.

Solución: Diagrama de fases de la aleación A-B a) Se trata de una aleación totalmente soluble en estado líquido e insoluble en estado sólido. b) El metal A tiene una temperatura de solidificación de 321ªC y el metal B de 271ºC. c) El eutéctico tiene una composición de 40% de A y 60% de B y solidifica a 144ºC. d) La aleación 50% de A y 50% de B está en estado líquido hasta alcanzar la temperatura de 236ºC. En el intervalo de 236ºC - 144ºC ocurre el proceso de solidificación. En este intervalo coexisten 2 fases (líquida y sólida). El líquido es una mezcla de los metales A y B, que cada vez se va empobreciendo más en su composición de A. Y el sólido que se forma en este intervalo es todo sólido del metal A. Con temperaturas menores de 144ºC toda la aleación está en estado sólido, formándose una sola fase sólida con dos componentes A y B que no se mezclan en su estructura e) Para calcular la cantidad o proporción de cada fase aplicamos la regla de los segmentos inversos

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Solución:

f)

Para la composición de cada fase, utilizamos la regla de la horizontal: Composición de la fase líquida = 30 % A y 70 % B Composición de la fase sólida = 100 % B

Ejercicio 5 A partir del diagrama de equilibrio de fases de la aleación de los metales A y B que se muestra en la figura, determina: a) Indica qué tipo de solubilidad tiene b) Temperaturas de solidificación de los metales puros A y B c) Porcentaje de metales A y B que tiene el eutéctico. d) Porcentaje de las fases ( α y β ) de las que se compone el eutéctico a 800ºC y a temperatura ambiente e) ¿Qué son el sólido α y el sólido β? f) Para una aleación con 70 % de B y 30 % de A, número de fases y porcentaje de las fases a una temperatura de 900ºC. g) Indica que transformaciones ocurren en una aleación 15% de B, desde 1100ºC hasta temperatura ambiente

Solución: Diagrama de fases de la aleación A-B a) Se trata de una aleación totalmente soluble en estado líquido y parcialmente soluble en estado sólido. b) El metal A tiene una temperatura de solidificación de 1000ªC y el metal B de 1100ºC. c) El eutéctico tiene una composición de 60% de A y 40% de B y solidifica a 800ºC. d) A 800 ºC y aplicando la regla de la horizontal el eutéctico tiene una composición de 20% de α y 80% de β. A Temperatura ambiente y aplicando la regla de la horizontal el eutéctico tiene una composición de 10% de α y 90% de β. e) α = aleación sólida en la que se mezcla el metal B y se disuelve en el interior de la red cristalina del metal A (mucha cantidad de A y poca de B) β = aleación sólida en la que se mezcla el metal A y se disuelve en el interior de la red cristalina del metal B (mucha cantidad de B y poca de A)

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Solución:

f)

A 900ºC tenemos dos fases, una fase líquida formada por una mezcla homogénea de A y B, y una fase sólida formada por una aleación β Para calcular la cantidad o proporción de cada fase aplicamos la regla de los segmentos inversos

g) La aleación 85% de A y 15% de B está en estado líquido hasta alcanzar la temperatura de 950ºC. En el intervalo de 950ºC - 850ºC ocurre el proceso de solidificación. En este intervalo coexisten 2 fases (líquida y sólida). El líquido es una mezcla de los metales A y B, que cada vez se va empobreciendo más en su composición de A. Y el sólido que se forma en este intervalo es todo sólido formada por una aleación α . Con temperaturas menores de 850ºC y hasta los 600ºC toda la aleación está en estado sólido α. Pero a temperaturas menores, este sólido se va transformando en una mezcla sólida de α y

β

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