Soluciones Solidas

"Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria

Instituto Superior Tecnológico Publico “José Pardo”

SOLUCIÓNES SOLIDA

Asignatura : metalurgia física y

Corrosión

Docente : Ricardo Carbajal

Ciclo : IV

Integrantes : Casimiro Soriano, Ítalo

Rojas Saavedra, Elvis

2013

Dedicatoria:

En primer lugar a dios por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud, ser el manantial de vida y darme lo necesario para seguir adelante día a día para lograr mis objetivos, además de su infinita bondad y amor.

SOLUCION SOLIDA

1.Introducción

Hemos visto las estructuras cristalinas de varios elementos puros (Fe, Cu, C diamante, etc.), así como de algunos compuestos no metálicos de composición definida (NaCl, SiO2, etc.). Lo que abordaremos ahora son soluciones sólidas basadas en elementos puros, particularmente en elementos metálicos. En relación con los metales, lo más frecuente es que se empleen industrialmente aleaciones metálicas (combinación de elementos metálico preferentemente), más que metales puros. En esas aleaciones puede haber varios tipos de fases, y frecuentemente una de esas fases (que a veces es la única presente) es una solución sólida. Una fase es una región de materia homogénea; al estado sólido, ella tiene asociada composición, estructura cristalina y propiedades que le son propias. Ejemplos de metales comercialmente puros que se emplean industrialmente son los conductores eléctricos usuales, normalmente hechos de Cu o bien de Al. Entre las aleaciones metálicas simples, constituidas por una única fase se encuentra la aleación de aluminio 5083; en este caso la fase presente es esencialmente una solución sólida de sustitución de Mg disuelto en una matriz de Al (CCC); esta aleación se emplea, por ejemplo, para fabricar cascos de lanchas; admite ser conformada plásticamente y ser soldada, además tiene una buena resistencia a la corrosión. Otro ejemplo de solución sólida es el latón utilizado para fabricar vainillas de municiones, por embutido profundo (para lo cual se requiere una gran ductilidad); se trata de una aleación de 30% en peso de Zn disuelto en Cu (CCC). Hay otras aleaciones muy complejas, como la super aleación base níquel denominada Inconel 718, utilizada en componentes de motores a reacción; ella incluye unos 10 elementos en su composici6n nominal y varios tipos de fases coexistiendo, algunas de las cuales son cerámicas (no metálicas).

Así, el tipo más sencillo de aleación es el de solución sólida. Una soluci6n sólida es un cristal que consta de dos o más elementos que están atómicamente dispersos, formando una única estructura (fase); este material no tiene una composición única: por ser una solución, hay un rango de solubilidad. Un caso básico importante es cuando un elemento (impureza) está disuelto en el cristal (matriz) de un segundo elemento (solución binaria: de dos elementos). Obviamente, la unión entre elementos metálicos no se puede hacer a temperatura ambiente por falta de movilidad atómica; por ello las aleaciones se preparan preferentemente fundiendo, y luego solidificando y enfriando. Hay otros procedimientos que aprovechan la movilidad atómica al estado sólido; en este caso hay que calentar (sin fundir) o bien hay que deformar muy severamente.

2. CONCEPTO

La mezcla homogénea de dos o más clases de átomos en estado sólido se la conoce como solución sólida. Se denomina solvente la forma atómica más abundante y soluto a la forma atómica menos abundante. Se va a realizar el estudio de cómo se forman las soluciones sólidas y el porqué de su estabilidad. Se explican las distintas formas de expresar la concentración de las aleaciones. Se detallan las soluciones sólidas sustitucionales e intersticiales como las más comunes que se forman en estado sólido. Se explica el ejemplo de la solubilidad del C y del N en las dos estructuras cristalinas del hierro. Por otra parte se definen las fases intermedias, compuestos intermetálicos y fases ordenadas.

3. TIPOS

A). SOLUCIONES SÓLIDAS DE SUSTITUCIÓN

En las soluciones sólidas de sustitución, los átomos de soluto (impureza) sustituyen, en términos de posición, a átomos de la matriz (cristal madre o solvente). Para este tipo de solubilidad los dos átomos deben ser similares en radio atómico, estructura cristalina, electro-negatividad y valencia. En las vecindades de una impureza, siempre los átomos próximos del cristal madre serán afectados, y habrá una distorsión local de la red. Si esta distorsión fuese muy grande, entonces la disolución podría no ser posible. También podría ocurrir que se pudiese disolver sólo una cantidad limitada de soluto pues, al superar dicho nivel, ya la distorsión acumulada podría ser inaceptable para el equilibrio del sistema. En ese momento se alcanzaría el límite de solubilidad de la solución y, de seguir agregando impurezas al sistema podría aparecer, coexistiendo, un segundo cristal, muy diferente de la solución sólida inicial. La fracción de átomos de impureza que puede disolverse en un cristal de otro elemento, puede entonces variar desde una fracción de porcentaje at6mico hasta el 100%. Las siguientes condiciones favorecen una gran solubilidad sustitucional de un elemento en otro, en soluciones metálicas: 1. Los diámetros de los átomos de los elementos no deben diferir en mucho más de un 15 %, aproximadamente. 1. Las estructuras cristalinas de los dos elementos por separado tienen que ser las mismas. (Condición necesaria para que haya solubilidad total, al 100%) 2. No debe haber diferencias apreciables en electronegatividades de los dos elementos, para evitar que se formen compuestos definidos con facilidad. 3. Los dos elementos deben tener la misma valencia.

de los factores indicados. Así es como el Cu y el Ni tienen una solubilidad excepcionalmente alta: ellos presentan solubilidad total al estado sólido. La solubilidad del Zn en Cu también es bastante alta (38.3%p.); recuérdese que las estructuras CCC y HC tienen muchas similitudes. Por otra parte, el átomo de Pb es mucho mayor que el de

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