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DIAGRAMMI DI STATO
• Perché l’acqua bolle a 100°C?
• Perché bolle in montagna ed al mare a temperatura diversa?
• Perché i forni sono rivestiti internamente da mattoni refrattari e non da vetro o plastica o metallo?
• Perchè gli acciai vengono trattati termicamente (ricottura, tempra,....)?
PERCHÉ STUDIARE I DIAGRAMMI DI STATO
DIAGRAMMA DI STATO: grafico nel quale vengono descritte quante e quali
fasi di un sistema sono presenti al variare di pressione/temperatura del sistema
stesso.
I diagrammi di stato sono validi in condizioni di
EQUILIBRIO TERMODINAMICO
Energia libera minima
I diagrammi di stato servono a:
�Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione,
composizione del sistema;
�Calcolare le quantità relative delle fasi presenti in un equilibrio;
�Determinare la solubilità massima di un componente in un altro;
�Conoscere la temperatura di fusione delle fasi;
�Determinare la temperatura a cui avvengono le trasformazioni di fase
Funzione di Gibbs G = H-TS
DEFINIZIONI IMPORTANTI
Lega:Lega: materiale metallico ottenuto mediante la combinazione
chimica di diversi elementi
Componente: Componente: metalli puri e/o composti di cui la lega è
formata
Solvente:Solvente: elemento o composto presente in maggiore quantità
Soluto:Soluto: elemento o composto presente in quantità minore
Soluzione solida:Soluzione solida: tipologia di lega ottenuta mediante l’
aggiunta di atomi di soluto nel materiale ospite in modo tale
da preservarne la struttura cristallina e garantirne l’omogeneità
composizionale e strutturale
Sistema:Sistema: Una serie di leghe possibili di uno o più componenti
(Es. sistema Fe-C)
Una fase Una fase èè una porzione omogenea di un sistema con caratteristiche una porzione omogenea di un sistema con caratteristiche
chimiche e fisiche uniformichimiche e fisiche uniformi (quindi, sia a livello microstrutturale che di
composizione).
Una singola fase ha in ogni sua parte un identico comportamento se
sottoposta a sollecitazioni fisiche o chimiche
Acqua e olioAcqua e
ghiaccio
Soluzione solida e
composto
DEFINIZIONI IMPORTANTI: FASE
• Una singola fasesingola fase ha in ogni sua parte un identico identico
comportamentocomportamento se sottoposta a sollecitazioni fisiche o
chimiche
• Può essere costituita da piPuò essere costituita da piùù di un elemento chimicodi un elemento chimico
(ad esempio nelle soluzioni solide metalliche accade che
all’interno della struttura cristallina di uno dei due metalli trovano
posto degli atomi dell’altro (in posizioni interstiziali o
sostituzionali)
• Un elemento o composto chimico può esistere come fasi Un elemento o composto chimico può esistere come fasi
diversediverse
(acqua liquida, vapore d'acqua e ghiaccio, Fe α, Feγ)
FASE
EQUILIBRIO DI FASEEnergia libera:Energia libera:
È una funzione dell’energia interna di un sistema (o entalpia) e del suo stato di disordine (o entropia)In condizioni di equilibrio l’energia libera è minimaLL’’equilibrio di fase:equilibrio di fase:
Viene espresso dalla costanza nel tempo delle caratteristiche delle fasi di un sistemaEsempio: soluzione al 65% in peso di zucchero scaldata da 20°C a 100°C
Nelle soluzioni solidesoluzioni solide le velocità di trasformazione sono spessospesso estremamente basse ll’’equilibrio non viene raggiuntoequilibrio non viene raggiunto
Sistema in stato di equilibrio metastabileequilibrio metastabile
Determinazione del grado di varianza del sistema:
REGOLA DELLE FASI DI GIBBS
V = C – f + nVARIANZA: numero
di gradi di libertà del
sistemaNumero dei
componenti chimici
presenti (elementi o
composti)
Numero delle
fasi
Numero di
variabili
fisiche (es.
temperatura
e pressione)
CASO TIPICO:
2 componenti,
pressione
costante (1atm)
DIAGRAMMI DI STATO BINARI
V = 2+1-f
f =
1 V=2
2 V=1
3 V=0 PUNTI DI INVARIANZA
DIAGRAMMI DI STATO BINARI
• La composizione viene riportata sull’ascissa che viene suddivisa in cento parti; ad ogni punto corrisponde una percentuale dei due componenti.
• Ad esempio, al punto C corrisponde una composizione di 70% di A e di 30 % di B;
MONOVARIANZA
BIVARIANZA
INVARIANZA
Non posso cambiare indipendentemente
T e composizione: se cambio T la
composizione delle 2 fasi segue le linee
di solvus
Per avere 3 fasi
non posso
cambiare né T né
composizione
DIAGRAMMI DI STATO BINARI
Posso realizzare la
fase alfa decidendo
indipendentemente T e
composizione
RIASSUNTO DELLE TRASFORMAZIONI INVARIANTI
Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressionDeterminare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e composizione di e e composizione di
un sistema un sistema
Calcolare le quantitCalcolare le quantitàà relative delle fasi presenti in un equilibrio relative delle fasi presenti in un equilibrio
Determinare la solubilitDeterminare la solubilitàà massima di un componente in un altro massima di un componente in un altro
Conoscere la temperatura di fusione delle varie fasiConoscere la temperatura di fusione delle varie fasi
DeterminareDeterminare la temperatura a cui avvengono le trasformazioni di fasela temperatura a cui avvengono le trasformazioni di fase
DIAGRAMMI DI STATO
Determinare la composizione di ogni fase Determinare la composizione di ogni fase
• Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressionDeterminare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e composizione e e composizione
di un sistema di un sistema
L
L+S
S
TfB
TfA
A (100%) B (100%)
Solo fase liquidaSolo fase liquida
Fase Fase liquida+faseliquida+fase solida solida ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒
REGIONE BIFASICAREGIONE BIFASICA
Solo fase solidaSolo fase solida
Miscibilità completa allo stato liquido e solido
• Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressionDeterminare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e composizione e e composizione
di un sistemadi un sistema
A+L
L
A+B
B+L
TfB
TfA
A (100%) B (100%)
Solo fase liquidaSolo fase liquida
Fase liquida + fase solida Fase liquida + fase solida
⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ REGIONE BIFASICAREGIONE BIFASICA
2 fasi solide2 fasi solide
Miscibilità completa allo stato liquido, nulla allo stato solido
• Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressionDeterminare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e composizione e e composizione
di un sistemadi un sistema
α+L
L
α + β
β+L
α
β
TfB
TfA
A (100%) B (100%)
Solo fase liquidaSolo fase liquida
Fase Fase liquida+Faseliquida+Fase solida solida ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒
REGIONI BIFASICHEREGIONI BIFASICHE
2 fasi solide2 fasi solide
1 fase solida1 fase solida
αααααααα:: solizione solida di B in A
ββββββββ: : solizione solida di A in B
Miscibilità completa allo stato liquido, parziale allo stato solido.
• determinare la composizione di ogni fase (regioni monofasiche)
L
L+S
S
Composizione liquido
Composizione solido
Nelle regioni
monofasiche la
composizione è
la stessa della
lega di partenza
• determinare la composizione di ciascuna fase (regioni bifasiche)
L
L+S
S
Composizione
del liquido
Composizione
del solido
�Tracciare l’isoterma di interesse - - - - - -
�Individuare i punti di intersezione di questa
linea con le curve di liquidus (•) e di solidus
(++++)
�La composizione del liquido è il valore
dell’asse delle x corrispondente
all’intersezione dell’isoterma con la linea di
liquidus
�La composizione del solido è il valore
dell’asse delle x corrispondente
all’intersezione dell’isoterma con la linea di
solidus
CURVA DI LIQUIDUS = al di sopra di essa non è presente altro che liquido
CURVA DI SOLIDUS = al di sotto di essa non è presente altro che solido
REGIONI BIFASICHE: REGOLA DELLREGIONI BIFASICHE: REGOLA DELL’’ORIZZONTALEORIZZONTALE
• Calcolare le quantitCalcolare le quantitàà relative delle fasi presenti in un equilibriorelative delle fasi presenti in un equilibrio
REGIONI BIFASICHE: REGOLA DELLA LEVAREGIONI BIFASICHE: REGOLA DELLA LEVA
L
L+S
S
c
d
e
�Tracciare l’isoterma di interesse - - - - - -
�Individuare i punti di intersezione di questa
linea con le curve di liquidus (• c) e di solidus
(++++ d)
�La percentuale delle due fasi presenti in un
punto prestabilito della regione bifasica (e) è
definita dalle regola della leva:
%L = (ed/cd)*100
%S = (ce/cd)*100
LIMITE DI SOLUBILITALIMITE DI SOLUBILITA’’:: massima concentrazione di atomi di
soluto che possono dissolversi nel solvente formando una soluzione
solida (dipende dalla temperatura)
At 20°C il limite di solubilitàdello zucchero nell’acqua 65%
A 80°C il limite
di solubilità dello
zucchero
nell’acqua 72%
• Determinare la solubilitDeterminare la solubilitàà massima di un componente in un altromassima di un componente in un altro
MICROSTRUTTURAMICROSTRUTTURA
MICROSTRUTTURAMICROSTRUTTURA
PARAMETRI CHE PARAMETRI CHE
INFLUENZANO LA INFLUENZANO LA
MICROSTRUTTURA :MICROSTRUTTURA :
�� elementi in legaelementi in lega
�� concentrazione concentrazione
�� temperatura di temperatura di
riscaldamento/raffreddamentoriscaldamento/raffreddamento
�� velocitvelocitàà di di
riscaldamento/raffreddamentoriscaldamento/raffreddamento
SIGNIFICATO DELLA SIGNIFICATO DELLA
MICROSTRUTTURA:MICROSTRUTTURA:
��Numero delle fasiNumero delle fasi
��ProporzioniProporzioni
��DistribuzioneDistribuzione
Acid solution
Water
ATTACCO ACIDO ATTACCO ACIDO
SUPERFICIALESUPERFICIALE
SUPERFICIE SUPERFICIE
LUCIDATALUCIDATA
SUPERFICIE ATTACCATASUPERFICIE ATTACCATA
MISCIBILITÀ ILLIMITATASi ha miscibilità illimitata di due componenti quando questi sono completamente solubili l’uno nell’altro sia allo stato liquido che allo
stato solido.
Esempi di componenti completamente miscibili allo stato liquido sono acqua ed alcool, allo stato solido sono Cu-Ni ed Ag-Au.
Tracciando un punto sul diagramma di fase si può capire se ci si trova in un sistema monofasico liquido, in un sistema monofasico solido o in un sistema bifasico; in quest’ultimo caso, per conoscere composizione e quantitàrelative delle fasi si ricorre alla "regola regola
della levadella leva"
REGOLA DELL’ORIZZONTALE E COMPOSIZIONE DELLE FASI
hk
La regola dell’orizzontale permette di trovare le composizioni delle due composizioni delle due
fasi in equilibrio allfasi in equilibrio all’’interno di una interno di una
zona bifasicazona bifasica; ; esse si leggono sull’ascissa di un diagramma di stato. Si traccia l’isoterma e vengono individuati due punti, uno sulla curva del liquidusliquidus ed uno sulla curva del
solidussolidus, Si tracciano, partendo da questi due punti, due linee verticali � vengono individuati altri due punti sull’asse delle ascisseI due punti sono contrassegnati nel diagramma dalle lettere k ed h: la k la k
rappresenta la composizione del rappresenta la composizione del
liquido liquido mentre la h rappresenta la la h rappresenta la
composizione del solidocomposizione del solido
Le percentuali in peso delle fasiLe percentuali in peso delle fasi in una qualsiasi regione bi-fasica di un diagramma di stato di equilibrio possono essere calcolate utilizzando la legge della leva
LEGGE DELLA LEVA
PARAMETRI CHE INFLUENZANO LA PARAMETRI CHE INFLUENZANO LA MISCIBILITAMISCIBILITA’’
ALLO STATO SOLIDOALLO STATO SOLIDO
La solubilità dipende da:
� dimensioni atomiche
� elettronegatività
� valenza
� struttura cristallina
Un esempio di solubilità completa: il
diagramma rame-nichel
CuCu
rCu= 0.128 nm
Elettronegatività
= 1.9
Valenza= +1/+2
Struttura
cristallina: FCC
NiNi
rNi= 0.125 nm
Elettronegatività
= 1.8
Valenza= +2
Struttura
cristallina: FCC
ESEMPIO DI DIAGRAMMA DI STATO A COMPLETA MISCIBILITÀ:
CU-NI
COMPLETA MISCIBILITÀ ALLO STATO SOLIDO
SOLIDIFICAZIONESolidificazione �
attraversamento del sistema bifasico � continue modifiche delle composizioni delle fasi liquida e solida.
Raffreddamento molto molto lentolento
T0 � stato liquido.
T1 � formazione di cristalli di soluzione solida in una matrice di liquido.
T2 � i cristalli aumentano in volume ed il liquido diminuisce.
T3 � sempre più fase solida
T4 �100% di fase solida.
Soluzioni solide che ammettono completa miscibilità
⇒ importanti nella scienza dei materiali ⇒
introduzione di atomi sostituzionali in un reticolo
cristallino ⇒ influenza su proprietà meccaniche
(resistenza), elettriche, ottiche, magnetiche.SITUAZIONE DI EQUILIBRIO !!!!SITUAZIONE DI EQUILIBRIO !!!!
EVOLUZIONE DELLA MICROSTRUTTURA DURANTE LA SOLIDIFICAZIONE
Solidificazione di equilibrio di una lega di composizione 35%Ni e 65%Cu
Solidificazione � attraversamento del sistema bifasico � continue
modifiche delle composizioni delle fasi liquida e solida.
EQUILIBRIOEQUILIBRIO � grani di composizione omogenea grani di composizione omogenea (diversa da
quella che aveva ciascun grano al momento della sua formazione).
NONNON--EQUILIBRIOEQUILIBRIO � grani di composizione diversagrani di composizione diversa (ciascun
grano ha una composizione vicina a quella che aveva quando si è
formato).
SOLIDIFICAZIONE 2
Grani di α con composizione radiale, faccio una media
La curva solidus Si sposta verso sposta verso destradestra: sulla curva tratteggiata leggo composizione media fase α
A Te’ termina solidificazione
Regola della leva: ho più liquido del previsto rispetto alle condizioni di equilibrio.
Fenomeno della SEGREGAZIONEFenomeno della SEGREGAZIONEverso l’esterno del grano ho maggiore concentrazione del componente basso-fondente.
Al riscaldamento ho formazione liquido inattesa –> perdita integritàmeccanica. Serve ricottura di omogeneizzazione)
RAFFREDDAMENTO DI NON EQUILIBRIO
Le soluzioni solide che ammettono completa miscibilitcompleta miscibilitàà sono
importanti nella scienza dei materiali perché permettono:
• Introduzione di atomi sostituzionali atomi sostituzionali in un reticolo cristallino
• Modulazione delle proprietà meccaniche (snervamento), elettriche,
ottiche, magnetiche.
INTERESSE INGEGNERISTICO PER LA COMPLETA MISCIBILITÀ
In presenza di un’impurezza sostituzionale di
dimensioni inferiori rispetto agli atomi della
matrice si sviluppano sollecitazioni di tensione
sugli atomi della struttura ospite.
In presenza di un’impurezza sostituzionale di dimensioni maggiori rispetto agli atomi della matrice si sviluppano sollecitazioni di compressione sugli atomi della struttura ospite.
Rafforzamento per soluzione solida (meccanismo atomico)Rafforzamento per soluzione solida (meccanismo atomico)
Miscibili nello stato liquido e
immiscibili nello stato solido:
Alla solidificazione si ottengono Alla solidificazione si ottengono
i due elementi/composti distintii due elementi/composti distinti.
Es: Bi-Cd:
Bi: struttura ortorombica (legame
metallo-covalente sul piano basale
e legame debole fra piani)
Cd:carattere metallico e struttura
esagonale compatta � Nessuna Nessuna
tendenza a fare soluzione solidatendenza a fare soluzione solida
SOLUBILITÀ NULLA (IMMISCIBILITÀ STATO SOLIDO)
Due elementi o composti possono non risultare affatto miscibili.
SOLUBILITÀ LIMITATA (STATO SOLIDO)Nella zona LL:
Fase liquida Fase liquida alla concentrazione data.
Nella zona L+L+αααααααα:
Sistemi bifasici una fase liquida ed fase liquida ed
una solida una solida (α) di composizioni date
dalle intersezioni delle isoterme con le
rispettive curve di liquidus e solidus.
Nella zona L+L+ββββββββ:
IdemIdem (sostituiamo fase solida α con β)
Nelle zone αααααααα e ββββββββ:
Sistema solido Sistema solido monofasicomonofasico
(rispettivamente α e β).
Nella zona αααααααα + + ββββββββ:
Sistemi bifasiciSistemi bifasici costituiti da:
A saturo di B e B saturo di A.
Linea di Linea di SolvusSolvus
A+L
L
A+B
B+L
TfB
TfA
A (100%) B (100%)
Liquidus
Solidus
Solvus
SOLUBILITA’ NULLA ALLO STATO SOLIDO
α+L
L
α + β
β+L
α
β
TfB
TfA
A (100%) B (100%)
SOLUBILITA’ LIMITATA ALLO STATO SOLIDO
Liquidus
Solidus
Solvusαααααααα:: soluzione solida
di B in A
ββββββββ: : soluzione solida
di A in B
A+L
L
A+B
B+L
TfB
TfA
A
(100%)
B
(100%)
α+L
L
α + β
β+L
αβ
TfB
TfA
A
(100%)
B
(100%)
TRASFORMAZIONE EUTETTICA
L ↔↔↔↔ αααα+ββββ
TRASFORMAZIONE EUTETTICA
L ↔↔↔↔ A+B
EUTETTICOEUTETTICO
α+L
L
α + β
β+L
α
β
TfB
TfA
A (100%) B (100%)
Completamen
te liquido
Solidifica il primo
cristallo di αααα
L’ultima
goccia di
liquido
solidifica
come αααα
Iniziano a
formarsi
piccole
particelle di ββββ
Completamente
liquido
Eutettico: tutto il liquido
solidifica per dare due fasi
solide αααα e ββββCompletamente
liquido
Solidificail
primo cristallo
di ββββ
Il liquido
solidifica
completamente
per dare la
struttura
eutettica αααα-ββββ
Un esempio di diagramma reale: Pb-Sn
Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale: Pb-Sn.
Microstruttura a T ambiente: grani equiassici di alfa
SOLUBILITÀ LIMITATA: ESEMPIO DI RAFFREDDAMENTO (1)
SOLUBILITÀ LIMITATA: ESEMPIO DI RAFFREDDAMENTO (2)
Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale: Pb-Sn.
Microstruttura a T ambiente: grani equiassici di alfa, più piccoli grani di beta
Esempio di diagramma di stato a miscibilitàparziale: Pb-Sn.
Lega ipo-euttettica
Possiamo
calcolare con la
regola della leva:
la concentrazione
di α primario,
della struttura
eutettica,
ed ancora la
concentrazione
totale di α e β
nella struttura
SOLUBILITÀ LIMITATA: ESEMPIO DI RAFFREDDAMENTO (3) –LEGA IPOEUTETTICA
Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale:
Pb-Sn. Microstruttura a T ambiente:
Microstruttura eutettica
SOLUBILITÀ LIMITATA: ESEMPIO DI RAFFREDDAMENTO (3) –LEGA EUTETTICA
SOLIDIFICAZIONE COMPOSIZIONE EUTETTICA
Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale: Pb-Sn. Microstruttura eutettica
Micrografia ottica,
ingrandimento 375x
Lamine scure: fase α
Lamine chiare: fase β
SOLIDIFICAZIONE COMPOSIZIONE EUTETTICA
Un esempio di diagramma reale: Ag-Cu
COMPOSTI EUTETTICI: un esempio nel settore trasportiCOMPOSTI EUTETTICI: un esempio nel settore trasporti
Le piastre eutettiche sono
impiegate per il trasporto e
la distribuzione di cibi
surgelati e gelati.
Il meccanismo di
funzionamento è basato sul
fatto che la soluzione interna
alle piastre presenta un
punto di fusione-
congelamento costante
(l’eutettico). Nella notte la
soluzione viene congelata e
durante il giorno sottrae
calore all’ambiente fino a
fusione.
PerchPerchéé si mette il sale (si mette il sale (NaClNaCl) sulle strade ) sulle strade
in inverno per evitare la formazione di in inverno per evitare la formazione di
ghiaccio? ghiaccio?
Tmelt ice = 0°C
Tmelt NaCl= 804°C
Tmelt (ice+NaCl)= -21.3°C
TRASFORMAZIONE PERITETTICA
Al raffreddamento:Al raffreddamento: αα + L + L ��������ββ
TRASFORMAZIONE PERITETTICA
L
α+L
β+L
α
βα+ β
TfB
TfA
A (100%) B (100%)
Liquidus
Solidus
Solvus
TRASFORMAZIONE PERITETTICA
ββββ ↔↔↔↔ αααα+L
PUNTO PUNTO
PERITETTICOPERITETTICO
• Il diagramma ècaratterizzato da una trasformazione peritettica nel corso della quale, al riscaldamento, una soluzione solida β di composizione p si trasforma, alla temperatura peritetticaTP, costante, in una soluzione solida α a massima concentrazione in B e in un liquido di composizione c.
Trasf. PERITETTICA (INVARIANTE)
ααααd + liqc ↔↔↔↔ ββββp a Tp
DIAGRAMMA DI STATO PERITETTICO
L
α+L
β+L
α
βα+ β
TfB
TfA
A (100%) B (100%)
TfA
Completamente
liquido
Solidifica il primo
cristallo di αααα
αααα Reagisce
completamente con
il liquido per dare ββββ
• Se si raffredda un liquido di composizione M alla temperatura T1 si separa il primo cristallo di α di composizione b.
RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPO-PERITETTICA
•Fra T1 e TP la composizione del solido α e del liquido variano lungo le linee bd e ac.
•A TP ha luogo la trasformazione peritettica nel corso della quale tutto il liquido c reagisce con parte di α
(di composizione d)
per dare la soluzione solida β di composizione p. β
α + β
β
β + liq.
α + liq.
RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPO-PERITETTICA 2
•Scomparsa l’ultima goccia di liquido la temperatura riprende a scendere e le composizioni delle fasi α e βvariano lungo le linee df e pg.
•Alla temperatura dell’ascissa la percentuale di fase αè data da Mg/fg·100 e la percentuale della fase β è data da fM/fg·100.
RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPO-PERITETTICA 3
•Se si raffredda un liquido di composizione D si separa per primo, alla temperatura T2 , un cristallo di fase α di composizione h.
•Alla temperatura TP
tutta la fase α reagisce con parte del liquido c per dare la fase β di composizione peritettica p.
β
RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPER-PERITETTICA
•Scomparsa la fase α la temperatura riprende a scendere finché, alla temperatura T3, tutto il sistema è solidificato sotto forma di fase β.
RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPER-PERITETTICA 2
Soluzioni Solide Intermedie:Soluzioni Solide Intermedie:
Non si trovano agli estremi del diagramma di stato, ma al centro e
presentano struttura cristallina diversa da quella degli elementi puri e
composizione variabile entro un certo range.
ALTRE FASI: SOLUZIONI INTERMEDIE
Composti Intermetallici Composti Intermetallici � Nel caso in cui le due sostanze siano
metalli.
ALTRE FASI: COMPOSTI INTERMEDI
Hanno composizione fissa e gli atomi disposti in modo ordinato
La possibilitLa possibilitàà di esistenza delle soluzioni solide intermedie e dei di esistenza delle soluzioni solide intermedie e dei
composti dipende da fattori dimensionali, di valenza, di composti dipende da fattori dimensionali, di valenza, di
concentrazione elettronica, di elettronegativitconcentrazione elettronica, di elettronegativitàà..
Composti con elementi interstiziali.Composti con elementi interstiziali.Contengono metalli + atomi di piccole dimensioni (H , B , C , N) in posizione
interstiziale.
Presentano alcune caratteristiche metalliche come lucentezza e conduttività, ma
presentano legami covalenti (elevata durezza e l'alto punto di fusione).
Sostanza: TiC ZrC NbC TaC TiN ZrN NbN TaN
Temperatura di fusione: °C 3150 3530 3500 3900 2940 2980 2200 3087
COMPOSTO A FUSIONE CONGRUENTE
Congruente Congruente �������� Il liquido che si forma alla fusione ha la stessa Il liquido che si forma alla fusione ha la stessa
composizione del solido di partenzacomposizione del solido di partenza
Un compostocomposto si differenzia da una soluzione solida perché ad esso corrisponde una formula chimica ben definitaformula chimica ben definita
Esempio di diagramma di stato con composto a fusione congruente: diagramma Mg-Pb
COMPOSTO A FUSIONE CONGRUENTE 2
COMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE
•Se si raffredda un liquido di composizione M alla temperatura T1 cominciano a separarsi cristalli di B di deposizione primaria; il processo continua fino alla temperatura TP mentre la composizione del liquido raggiunge il punto a.
SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE
•A TP costante tutto il liquido di composizione a reagisce con una parte del solido B per dare il composto AmBn; a trasformazione conclusa sono presenti le due fasi solide AmBn e B.
•La percentuale di AmBn è data da [MB/(AmBnB)]·100; quella di B da [(AmBnM)/(AmBnB)]·100.
SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE 2
•Se si raffredda un liquido di composizione D alla temperatura T2
comincia a formarsi B solido che , alla temperatura TP, reagisce tutto con una parte del liquido di composizione a per dare il composto AmBn.
SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE 3
•Conclusa la trasformazione, il liquido a e il solido AmBn sono presenti nelle seguenti proporzioni: percentuale di liquido a = fp/ap·100; percentuale di solido AmBn = af/ap·100.
SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE 4
•Tra la temperatura TP e quella eutettica TE , dal liquido continua a separarsi il composto AmBnmentre la composizione del liquido varia lungo la curva aE.
SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE 5
B
•Alla temperatura TE, costante, dal liquido eutettico di composizione E si separano contemporaneamente cristalli fini (lamellari/globulari) di A e di AmBn.
SOLIDIFICAZIONE conCOMPOSTO A FUSIONE INCONGRUENTE 6
B
DIAGRAMMI DI STATO REALI:DIAGRAMMI DI STATO REALI:
IL DIAGRAMMA FERROIL DIAGRAMMA FERRO--CARBONIOCARBONIO
TRASFORMAZIONE EUTETTOIDICATRASFORMAZIONE EUTETTOIDICA
EUTETTOIDE EUTETTOIDE –– solidificazionesolidificazione
LEGA IPOLEGA IPO--EUTETTOIDICA EUTETTOIDICA –– solidificazionesolidificazione
LEGA IPERLEGA IPER--EUTETTOIDICA EUTETTOIDICA –– solidificazionesolidificazione
DIAGRAMMI DI STATO REALI: BRONZI
CURVE DI RAFFREDDAMENTOCURVE DI RAFFREDDAMENTO
A+L
L
A+B
B+L
TfB
TfA
A
(100%)
B
(100%)
COMPONENTE PURO (e.g. A)COMPONENTE PURO (e.g. A)
T
Time
TRASFORMAZIONE DI FASE
CURVE DI RAFFREDDAMENTOCURVE DI RAFFREDDAMENTO
A+L
L
A+B
B+L
TfB
TfA
A
(100%)
B
(100%)
LEGA IPOLEGA IPO--EUTETTICAEUTETTICA
T
Time
BREAK
CURVE DI RAFFREDDAMENTOCURVE DI RAFFREDDAMENTO
A+L
L
A+B
B+L
TfB
TfA
A
(100%)
B
(100%)
LEGA EUTETTICALEGA EUTETTICA
T
Time
TRASFORMAZIONE EUTETTICA