07-Tipos de diagramas

El diagrama que ya conocemos corresponde a aleaciones cuyos átomos son totalmente compatibles en estado sólido, razón por la cual se llaman soluciones sólidas. Es el caso de aleaciones de sustitución en que ambos metales tienen la misma red cristalina y además un tamaño atómico similar. Pero no es el caso único, y otras posibilidades frecuentes son:

COMPONENTES INSOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO

Cuando los átomos de los dos metales tienen distinto tamaño y sistema de cristalización, primero solidifica el de mayor temperatura de fusión, expulsando al otro:

El diagrama de este tipo de aleaciones corresponde al siguiente dibujo:

En este punto hay que revisar el concepto de fase. Hasta ahora fase y estado de la materia (sólido, líquido o vapor) eran lo mismo. Con estas aleaciones hay que recurrir a la definición:

"una fase es una región homogénea con la misma estructura atómica y/o composición"

Con este concepto, comprobamos que en estado sólido, estas aleaciones tienen dos fases claramente diferenciadas.

COMPONENTES INSOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO FORMANDO EUTÉCTICO

El caso anterior es muy infrecuente. Lo normal es que las aleaciones que muestran insolubilidad entre sus componentes forman una estructura denominada eutéctica, en la cual los átomos de los dos componentes se colocan en capas. La proporción, por tanto, está bien definida. Además, las aleaciones eutécticas solidifican a una temperatura constante (como si fuera una sustancia pura) e inferior a las temperaturas de ambos constituyentes.

Las eutécticas tienen dos fases, pues las láminas alternas son zonas homogéneas diferenciadas entre sí, como puede comprobarse en la micrografía y el dibujo:

Cuando la concentración de uno de los componentes es superior a la proporción eutéctica se va solidificando éste de forma independiente hasta que el líquido se queda con la proporción de la eutéctica, y entonces solidifica ésta. A estas aleaciones se les llama hipoeutécticas si están a la izquierda o hipereutécticas si están a la derecha de la eutéctica.

COMPONENTES PARCIALMENTE SOLUBLES EN ESTADO SÓLIDO

Son típicamente aleaciones por inserción, en las cuales el soluto puede disolverse hasta llenar los intersticios del disolvente, formando una solución sólida con un valor máximo de concentración.

Para concentraciones superiores, se va solidificando disolvente saturado de soluto hasta que se acaba el disolvente. A continuación, todo el soluto restante solidifica formando granos aparte de los de solución sólida y recubriéndolos.

Y el diagrama que corresponde a este tipo de aleaciones es así:

En las aleaciones parcialmente solubles en estado sólido es corriente que al solidificar totalmente se admite una cantidad de soluto, pero según se va enfriando el material se producen contracciones que expulsan átomos de soluto de la red del disolvente. Por lo tanto, los diagramas en realidad son de este tipo:

Y los átomos de soluto expulsados forman cristales en el seno de la solución sólida, y estas estructuras se llaman de precipitación. En la siguiente animación se pueden ver distintas micrografías para el sistema formado por el plomo y el estaño:

ALEACIONES CON CAMBIO A INSOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SÓLIDO

El último grupo de variación de solubilidad que veremos es el que se produce cuando alguno de los componentes sufre cambios alotrópicos al disminuir la temperatura, normalmente de red FCC a BCC o viceversa.

En estos casos, los cambios se producen a partir de una solución sólida, de la cual se expulsa el soluto. Ya hemos visto que cuando es una expulsión debida a la contracción de la red del disolvente los átomos de soluto crean cristales dentro del grano de soluión sólida. Sin embargo, cuando la expulsión es debida a un cambio alotrópico, es corriente que se realice en forma de una estructura de capas similar a la eutéctica, y que se denomina eutectoide (pulsa sobre la imagen para ver la animación).

De froma análoga a las composiciones eutécticas, se distinguen las aleaciones hipoeutectoides e hipereutectoides, en las cuales se expulsa el componente de sobra hasta que se alcanza la composición eutectoide (pulsa sobre la imagen para ver la animación).