Factores que Controlan los Intervalos de Solubilidad en Aleaciones
Reglas de Hume-Rothery
Las reglas de Hume-Rothery describen los factores que determinan la solubilidad sólida en aleaciones. Estos factores son:
- Radio Atómico: La diferencia de radio atómico entre los átomos de los elementos debe ser menor al 15% para una buena solubilidad sólida.
- Estructura Cristalina: Los elementos deben tener la misma estructura cristalina para una solubilidad sólida completa.
- Valencia: Los elementos deben tener valencia similar.
- Electronegatividad: La diferencia de electronegatividad entre los elementos debe ser pequeña para una mayor solubilidad.
Aplicación de las Reglas de Hume-Rothery al Cobre (Cu)
Analicemos la solubilidad del cobre (Cu) con los siguientes elementos:
| Elemento | Radio Atómico (A°) | Estructura Cristalina | Valencia | Electronegatividad | Posibilidad de Solución Sólida con Cu |
|---|---|---|---|---|---|
| Cu | 1.28 | Cúbica Centrada en las Caras | 2,1 | 1.9 | – |
| Ni | 1.24 | Cúbica Centrada en las Caras | 2,3 | 1.8 | Solución sólida de sustitución total (Diagrama Tipo 1) |
| Ag | 1.44 | Cúbica Centrada en las Caras | 1 | 1.9 | Solución sólida parcial (Diagrama Tipo 3) |
| Zn | 1.38 | Hexagonal | 2 | 1.6 | Solución sólida limitada debido a la diferencia en la estructura cristalina (Diagrama Tipo 4) |
Relación entre el Sobreenfriamiento y la Formación de Cristales
Durante la cristalización, un mayor sobreenfriamiento resulta en un mayor número de cristales formados. Esto se debe a que el sobreenfriamiento aumenta la fuerza impulsora para la nucleación. A temperaturas más bajas, se forman más núcleos estables, lo que lleva a un mayor número de cristales más pequeños.
En otras palabras, el sobreenfriamiento limita el crecimiento de los núcleos existentes y promueve la formación de nuevos núcleos. En lugar de obtener unos pocos cristales grandes, se obtiene una distribución más fina de muchos cristales pequeños.
Temperatura Constante en Transformaciones de Fase Trifásicas a Presión Constante
En un sistema de dos componentes a presión constante, la regla de las fases de Gibbs establece que:
F = C - P + 1
Donde:
- F: Grados de libertad (variables que se pueden cambiar sin alterar el número de fases en equilibrio)
- C: Número de componentes
- P: Número de fases en equilibrio
Caso 1: Tres Fases en Equilibrio (P = 3)
Con C = 2 y P = 3, la ecuación se convierte en:
F = 2 - 3 + 1 = 0
Con cero grados de libertad, el sistema está completamente definido. La temperatura y la composición de cada fase son fijas y no pueden variar mientras las tres fases coexistan en equilibrio.
Caso 2: Dos Fases en Equilibrio (P = 2)
Con C = 2 y P = 2, la ecuación se convierte en:
F = 2 - 2 + 1 = 1
Con un grado de libertad, se puede variar una variable (como la temperatura) mientras se mantiene el equilibrio entre las dos fases. La composición de las fases se ajustará en consecuencia.
Análisis de un Diagrama de Fases Hipotético
Debido a la falta de la figura mencionada en el texto original, no es posible identificar las fases y reacciones en el diagrama de fases. Se requiere la imagen para proporcionar una respuesta precisa.
Transformaciones de Fase Durante el Enfriamiento de Aleaciones de Acero
Se describe el enfriamiento lento de aleaciones de acero con diferentes porcentajes de carbono. Sin embargo, la falta de la figura del diagrama de fases impide un análisis detallado de las transformaciones. Se necesita la imagen para determinar las fases presentes y las temperaturas de transformación.