Diagrammi Stato

Tecnologie dei Materiali e Chimica Applicata (TMCA) Ingegneria dell’Autoveicolo

A.A. 2008-2009

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

DIAGRAMMI DI STATO

Definizioni importanti:

- Componente, lega, fase, equilibrio di fase

I diagrammi di stato:

- Introduzione

- Diagrammi di Stato a miscibilità illimitata

- Diagrammi di Stato a miscibilità nulla allo stato solido

- Diagrammi di Stato a miscibilità parziale allo stato solido

- Eutettici

- Perittetici

-Diagrammi di stato con soluzioni intermedie

- Diagrammi di Stato con composti a fusione congruente

- Diagrammi di Stato con composti a fusione incongruente

4/91

DEFINIZIONI IMPORTANTI

Lega: materiale metallico ottenuto mediante la combinazione

chimica di diversi elementi

Solvente: elemento o composto presente in maggiore quantità

Soluto: elemento o composto presente in quantità minore

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: Una serie di leghe possibili di uno o più componenti

(Es. sistema Fe-C)

5/91

Una fase è una porzione omogenea di un sistema con caratteristiche

chimiche e fisiche uniformi (quindi, sia a livello strutturale che di

composizione).

Una singola fase ha in ogni sua parte un identico comportamento se

sottoposta a sollecitazioni fisiche o chimiche

Acqua e olio Acqua e

ghiaccio

Soluzione solida e

composto

DEFINIZIONI IMPORTANTI: FASE

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• Una singola fase ha in ogni sua parte un identico

comportamento se sottoposta a sollecitazioni fisiche o

chimiche

• Può essere costituita da più di 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

diverse

(acqua liquida, vapore d'acqua e ghiaccio, Fe , Fe)

FASE

Un diagramma di stato è:

un grafico nel quale vengono descritte quante e quali fasi di

un sistema sono presenti al variare dei parametri intensivi

(pressione, temperatura) del sistema stesso.

I diagrammi di stato sono di solito validi in condizioni di

equilibrio termodinamico raggiunto.

Si possono costruire sperimentalmente (passando per

trasformazioni lente), o mediante calcolo.

La condizione di equilibrio termodinamico è data dal

minimo dell’energia libera (o funzione di Gibbs: G = H - TS)

DIAGRAMMI DI STATO 2

8/91

EQUILIBRIO DI FASE 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 minima

L’equilibrio di fase:

Viene espresso dalla costanza nel tempo delle

caratteristiche delle fasi di un sistema Esempio: soluzione al 65% in peso di zucchero scaldata da 20°C a 100°C

Nelle soluzioni solide le velocità di trasformazione

sono spesso estremamente basse

l’equilibrio non viene raggiunto

Sistema in stato di equilibrio metastabile

Determinare le fasi presenti al variare di temperatura, pressione e composizione di

un sistema

Calcolare le quantità relative delle fasi presenti in un equilibrio

Determinare la solubilità massima di un componente in un altro

DIAGRAMMI DI STATO 3

Conoscere la temperatura di fusione delle varie fasi

Determinare la temperatura a cui avvengono le trasformazioni di fase

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;

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•- Introduzione

• Diagrammi di Stato a miscibilità illimitata • Diagrammi di Stato a miscibilità nulla allo stato solido

• Diagrammi di Stato a miscibilità parziale allo stato solido

Eutettici

Peritettici •Diagrammi di stato con soluzioni solide intermedie

Diagrammi di Stato con composti a fusione

congruente

• Diagrammi di Stato con composti a fusione incongruente

MISCIBILITÀ ILLIMITATA Si 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 quantità

relative delle fasi si ricorre alla "regola

dell’orizzontale" ed alla "regola della

leva"

REGOLA DELL’ORIZZONTALE E COMPOSIZIONE DELLE FASI

La regola dell’orizzontale permette di

trovare le composizioni delle due

fasi in equilibrio all’interno di una

zona bifasica; esse si leggono

sull’ascissa di un diagramma di

stato.

Si traccia l’isoterma e vengono

individuati due punti, uno sulla curva

del liquidus ed uno sulla curva del

solidus,

Si tracciano, partendo da questi due

punti, due linee verticali vengono

individuati altri due punti sull’asse

delle ascisse

I due punti sono contrassegnati nel

diagramma dalle lettere x ed y: la x

rappresenta la composizione del

liquido mentre la y rappresenta la

composizione del solido

Le 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

ESEMPIO DI DIAGRAMMA DI STATO A COMPLETA MISCIBILITÀ:

CU-NI

COMPLETA MISCIBILITÀ ALLO STATO SOLIDO

MICROSTRUTTURA DI UNA LEGA

La microstruttura: tipo, forma, quantità,

dimensione dei grani di una fase

Sistema monofasico “omogeneo”

Microstruttura della ferrite

(lega Fe-C): si tratta di

un’unica fase policristallina

microstruttura uniforme,

sono visibili i bordi di grano

che separano i grani dell’

un’unica fase presente

SOLIDIFICAZIONE

Solidificazione attraversamento del sistema bifasico continue modifiche delle composizioni delle fasi liquida e solida.

Raffreddamento molto lento

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 !!!!

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.

EQUILIBRIO grani di composizione omogenea (diversa da

quella che aveva ciascun grano al momento della sua formazione).

NON-EQUILIBRIO grani di composizione diversa (ciascun

grano ha una composizione vicina a quella che aveva quando si è

formato).

SOLIDIFICAZIONE 2

Grani di con composizione diversa al lorointerno

La curva solidus si sposta verso destra

A Te’ termina la solidificazione

Regola della leva: ho più liquido del previsto rispetto alle condizioni di equilibrio.

Fenomeno della SEGREGAZIONE verso l’esterno del grano ho maggiore concentrazione del componente basso-fondente.

Al riscaldamento ho formazione liquido inattesa –> perdita integrità meccanica. Serve ricottura di omogeneizzazione per ottenere la situazione di equilibrio

RAFFREDDAMENTO DI NON EQUILIBRIO

Le soluzioni solide che ammettono completa miscibilità sono

importanti nella scienza dei materiali perché permettono:

• Introduzione di atomi sostituzionali in un reticolo cristallino

• Modulazione delle proprietà meccaniche (snervamento), elettriche,

ottiche, magnetiche.

INTERESSE INGEGNERISTICO PER LA COMPLETA MISCIBILITÀ

TRASFORMAZIONI DI FASE CONGRUENTI ED INCONGRUENTI:

AD ESEMPIO FUSIONE CONGRUENTE E INCONGRUENTE

FUSIONE CONGRUENTE: in seguito a tale tipo di fusione

NON si verificano alterazioni nella composizione delle fasi

prima e dopo fusione: fusione ad 1 temperatura definita

FUSIONE INCONGRUENTE: in seguito a tale tipo di

fusione la composizione del liquido che si forma è diversa da

quella del solido di partenza

Esempi: fusione degli elementi puri, fusione eutettica,

fusione di composti a fusione congruente

Esempi: fusione lega a miscibilità completa, composti a

fusione incongruente

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•- Introduzione

• Diagrammi di Stato a miscibilità illimitata

• Diagrammi di Stato a miscibilità nulla allo

stato solido • Diagrammi di Stato a miscibilità parziale allo stato solido

Eutettici

Peritettici •Diagrammi di stato con soluzioni solide intermedie

Diagrammi di Stato con composti a fusione congruente


24/91

Miscibili nello stato liquido e

immiscibili nello stato solido:

Alla solidificazione si ottengono

i 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

tendenza a fare soluzione solida

SOLUBILITÀ NULLA (IMMISCIBILITÀ STATO SOLIDO)

Due elementi o composti possono non risultare affatto miscibili.

25/91

• Se si raffredda un liquido di composizione E si osserva che rimane tale fino a TE quando si trasforma a temperatura costante in un solido eutettico bifasico costituito da un miscuglio di piccoli cristalli di A e di B.

SOLIDIFICAZIONE COMPOSIZIONE EUTETTICA

A

B

Eutettico = Fonde bene: ad una T definta (congruente), come un elemento puro

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SOLIDIFICAZIONE COMPOSIZIONE EUTETTICA 3

A

A

A

B

B

B

B

La formazione di un

cristallo di A comporta

la formazione, nel suo

intorno, di un liquido

ricco in B. Come

conseguenza vicino al

cristallo di A nucleerà

un cristallo di B.

Nell’intorno del

cristallo di B si frmerà

un iquido ricco in A.

Come conseguenza

vicino a B nucleerà un

cristallo di A .........

27/91

• Alla fine della solidificazione il sistema è costituito da grossi cristalli di A di deposizione primaria (dal liquido) inglobati nella fine struttura eutettica. A T<TE nel sistema varia solo la temperatura (composizione fasi e percentuali relative fasi sono costanti)

SOLIDIFICAZIONE LEGA IPOEUTETTICA

La fase solida costituita da A puro si trova sotto forma di cristalli di deposizione primaria (dal liquido) e sotto forma di minuti cristalli nella miscela eutettica

(A+B puro).

28/91

Vale la regola della leva

PRIMA DELLA TRASFORMAZIONE

%Liq.= AMx100/AE

%A = MEx100/AE

%B 0%

FINE TRASFORMAZIONE

%Liq 0

%A = MBx100/AB

%B =AM x100/AB

Al raffreddamento ho la trasformazione L A+B (solidi)

29/91


•- Introduzione


• Diagrammi di Stato a miscibilità nulla allo stato solido

• Diagrammi di Stato a miscibilità parziale

allo stato solido:

Eutettici

Peritettici • Diagrammi di Stato per composti a fusione congruente

• Diagrammi di Stato per composti a fusione incongruente

LIMITE DI SOLUBILITÀ Gli atomi di soluto sono disciolti nel solvente a formare

una soluzione solida

Se continuo ad aggiungere atomi di soluto, raggiungo un

limite oltre il quale si forma una seconda soluzione solida

o un composto con composizione marcatamente

differente.

Tale limite è detto limite di solubilità

Esempio: solubilità dello zucchero nell’acqua Quante fasi ci sono?

LIMITE DI SOLUBILITÀ 2

SOLUBILITÀ LIMITATA (STATO SOLIDO)

Nella zona L:

Fase liquida alla concentrazione data.

Nella zona L+:

Sistemi bifasici una fase liquida ed

una solida () di composizioni date

dalle intersezioni delle isoterme con le

rispettive curve di liquidus e solidus.

Nella zona L+:

Idem (sostituiamo fase solida con )

Nelle zone e :

Sistema solido monofasico

(rispettivamente e ).

Nella zona + :

Sistemi bifasici costituiti da due

soluzioni solide:

A saturo di B e B saturo di A.

Linea di Solvus

33/91

Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale: Cu-Ag

DIGRAMMA DI STATO con SOLUBLITÀ PARZIALE ed EUTETTICO

SOLUBILITÀ LIMITATA e MICROSTRUTTURA

SOLUBILITÀ LIMITATA e MICROSTRUTTURA 2

36/91

REGOLA DELLE FASI DI GIBBS VARIANZA (di un sistema)

È il numero di parametri intensivi (pressione, temperatura e

composizione) che si possono variare a piacere senza cambiare il numero

delle fasi del sistema.

La varianza costituisce il numero di gradi di libertà di un sistema.

La regola delle fasi (o Legge di Gibbs):

V=C-f+n

V = numero di gradi di libertà del sistema (o varianza);

C = numero di componenti chimici presenti (elementi o composti);

f = numero di fasi ;

n= variabili fisiche (temperatura e pressione) Se Pressione costante, n=1

37/91

• Sistemi a due componenti- la regola delle fasi assume una forma semplificata: il numero dei componenti chimici indipendenti vale 2; il numero dei fattori fisici attivi è ridotto alla sola temperatura (P = costante).

Vale dunque:

ν = 2+1–f

ovvero il numero f delle fasi presenti in equilibrio non può essere che :

– 1 ( ν = 2 ) oppure

– 2 ( ν = 1 ) oppure

– 3 ( ν = 0 ).

DIAGRAMMI DI STATO BINARI: REGOLA DELLE FASI DI GIBBS

MONOVARIANZA

INVARIANZA

Per avere 3 fasi

non posso

cambiare né T né

composizione

DIAGRAMMI DI STATO BINARI

BIVARIANZA

Posso realizzare la

fase (alfa, beta o

liquido) decidendo

indipendentemente T e

composizione

Non posso cambiare indipendentemente T e composizione: se

cambio T la composizione delle 2 fasi cambia e segue le linee di

solvus, se cambio la composizione della lega (a T fissa) cambia il

rapporto quantitativo fra alfa e beta

39/91

Diagrammi eutettici:

Caso 1:

lega monofasica

Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale: Pb-Sn.

Microstruttura a T ambiente: grani equiassici di alfa

SOLUBILITÀ LIMITATA: ESEMPIO DI RAFFREDDAMENTO

41/91


Caso 2:

lega bifasica (non eutettica)

SOLUBILITÀ LIMITATA: ESEMPIO DI RAFFREDDAMENTO 2


Microstruttura a T ambiente: grani equiassici di alfa, più piccoli grani di beta


Supero il limite di

solubilità:

Compare la seconda

fase β

45/91


Caso 3:

lega ipoeutettica

46/91


RAFFREDDAMENTO DI LEGHE IPOEUTETTICHE

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

47/91

Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale : Pb-Sn. Microstruttura lega ipoeutettica: grani primari di alfa e microstruttura lamellare eutettica

MICROSTRUTTURA DI LEGHE IPOEUTETTICHE

48/91

RAFFREDDAMENTO DI LEGHE IPOEUTETTICHE

49/91

RAFFREDDAMENTO DI LEGHE IPOEUTETTICHE 2

50/91

RAFFREDDAMENTO DI LEGHE IPOEUTETTICHE 3

51/91


Caso 4:

lega eutettica

Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale:

Pb-Sn. Microstruttura a T ambiente:

Microstruttura eutettica

TRASFORMAZIONE EUTETTICA e MISCIBILITÀ PARZIALE RAFFREDDAMENTO

54/91

Esempio di diagramma di stato a miscibilità parziale: Pb-Sn. Microstruttura eutettica

Micrografia ottica,

ingrandimento 375x

Lamine scure: fase

Lamine chiare: fase


RAFFREDDAMENTO DI LEGHE EUTETTICHE 2

58/91


Caso 5:

lega ipereutettica

RAFFREDDAMENTO DI LEGHE IPEREUTETTICHE

RAFFREDDAMENTO DI LEGHE IPEREUTETTICHE 2

RAFFREDDAMENTO DI LEGHE IPEREUTETTICHE 3

Microstruttura: grani primari di beta e microstruttura lamellare eutettica

62/91

1 sistema di rafforzamento

(soluzione solida) 2 sistemi di rafforzamento

(soluzione solida e seconda fase)

3 sistemi di rafforzamento

(soluzione solida, seconda fase e affinamento del grano)

63/91


• Introduzione



• Diagrammi di Stato a miscibilità parziale

allo stato solido: Eutettici

Peritettici • Diagrammi di Stato per composti a fusione congruente

• Diagrammi di Stato per composti a fusione incongruente

TRASFORMAZIONE PERITETTICA

Al raffreddamento: α + L β

• Il diagramma è caratterizzato

da una trasformazione

peritettica nel corso della

quale, al riscaldamento, una

soluzione solida β di

composizione p si trasforma,

alla temperatura peritettica TP,

costante, in una soluzione

solida α a massima

concentrazione in B e in un

liquido di composizione c.

Trasf. PERITETTICA (INVARIANTE)

d + liqc p a Tp

DIAGRAMMA DI STATO PERITETTICO

66/91

Diagrammi peritettici:

Caso 1:

lega monofasica

67/91

Cx

TB

T [°C] T [°C]

0% 100% B

Ta Ta

TA

TP

P

L+

L

L+

+++

+ +

C C1 C2 C CP

Curve di raffreddamento per 0 < Cx C

1

2

0

68/91

è soluzione solida primaria, direttamente formatasi dal liquido.

è soluzione solida primaria, direttamente formatasi dal liquido.

è soluzione solida secondaria, formatasi dal solido () per effetto

della diminuzione di solubilità con l’abbassarsi della temperatura;

in essa A è solvente e B è soluto.

è soluzione solida secondaria, formatasi dalla saturazione di ;

in essa B è solvente e A è soluto.

69/91

Curva di raffreddamento della lega di composizione Cx studiata nel

diagramma di equilibrio precedente

1

2

T[ºC ]

t[min]

0

Ta

T1

T2

Contorno o bordo del

cristallo

Liquido

cristalli + liquido

cristalli

70/91


Caso 2:

lega bifasica

71/91

TA

T [°C] T [°C]

0% 100% B

Ta Ta

TB

TP

Cx

P

L+

L

L+

+++

+ +

C C1 C2 C CP

Curve di raffreddamento per C < Cx < C1

1

2

0

3

72/91



1

T[ºC ]

t[min]

0

2

Ta

T1

T2

T3 3

Liquido

cristalli + liquido

cristalli

+

73/91

TA

T [°C] T [°C]

0% 100% B

Ta Ta

TB

TP

P

L+

L

L+

+++

+ +

C C1 Cx C2 C CP

Curve di raffreddamento per Cx C1

1

2

0

74/91

Curva di raffreddamento della lega di composizione CxC1 studiata nel


1

2

T[ºC ]

t[min]

0

Ta

T1

T2

Liquido

cristalli + liquido

+

Punto di fine solidificazione

e inizio saturazione

75/91


Caso 3:

lega ipoperitettica

• 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

+

β

+ liq.

+ liq.

RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPO-PERITETTICA 2

•Scomparsa l’ultima goccia di liquido la temperatura riprende

a scendere e le composizioni delle fasi α e β variano lungo

le linee df e pg.

•Alla temperatura

dell’ascissa la

percentuale di fase α

è data da Mg/fg·100

e la percentuale della

fase β è data da

fM/fg·100.

RAFFREDDAMENTO COMPOSIZIONE IPO-PERITETTICA 3

79/91

P

L+

L

L+

+++

+ +

C C1 C2 C CP

Curve di raffreddamento per C1 < Cx < C2

Cx

TA

TB

T [°C] T [°C]

0% 100% B

Ta Ta

TP

1

2*2

0

80/91



T[ºC ]

t[min]

0

1

2

Ta

T1

T2 TP 2*

Liquido

cristalli + liquido

Liquido +

+

+ + +

81/91


Caso 4:

lega iperperitettica

•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

84/91

TA

T [°C] T [°C]

0% 100% B

Ta Ta

TB

TP

Cx

L+

L

L+

+++

+ +

C C1 C2 C CP

P

Curve di raffreddamento per C2 < Cx < C

1

2*2

0

3

4

85/91



Liquido

cristalli + liquido

cristalli

T[ºC ]

t[min]

0

1

2

Ta

T1

T3 3

2*

T4 4

T2 TP

Liquido +

Liquido +

Liquido + +

86/91

Cx

T [°C] T [°C]

0% 100% B

Ta Ta

TA

TB

TP

P

L+

L

L+

+++

+ +

C C1 C2 C CP

Curve di raffreddamento per C Cx < Cp

1

0

2*2

3

87/91



Liquido

cristalli + liquido

T[ºC ]

t[min]

0

Ta

1

2

T1

T3 3

2* T2 TP

Liquido +

+

Liquido +

cristalli

88/91

T [°C] T [°C]

0% 100% B

Ta Ta

TA

TB

TP P

L+

L

L+

+++

+ +

C C1 C2 C CP Cx

Curve di raffreddamento per Cx Cp

1*1

0

2

89/91

Curva di raffreddamento della lega di composizione CxCP studiata nel


Liquido

cristalli

T[ºC ]

t[min]

0

1*

2

Ta

T1TP

T2

1

Liquido + +

Liquido +

Liquido +

90/91


Caso 5:

lega monofasica

91/91

Cx

T [°C] T [°C]

0% 100% B

Ta Ta

TA

TB

TP

P

L+

L

L+

+++

+ +

C C1 C2 C CP

Curve di raffreddamento per Cp < Cx < 100

1

2

0

92/91



T[ºC ]

t[min]

0

1

2

Ta

T1

T2

Liquido

cristalli + liquido

cristalli

L +

Come risultato di una trasformazione peritettica in condizioni di non

equilibrio si ha spesso una fase solida (quella che enuclea per prima dal

liquido) circondata da una seconda (quella prodotta dalla trasformazione)

MICROSTRUTTURA E TRASFORMAZIONE PERITETTICA

94/91


•- Introduzione




Eutettici

Peritettici

•Diagrammi di stato con soluzioni solide

intermedie • Diagrammi di Stato con composti a fusione congruente


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

96/91


•- Introduzione




Eutettici

Peritettici

Diagrammi di stato con soluzioni solide intermedie

• Diagrammi di Stato con composti a

fusione congruente • Diagrammi di Stato con composti a fusione incongruente

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 possibilità di esistenza delle soluzioni solide intermedie e dei

composti dipende da fattori dimensionali, di valenza, di

concentrazione elettronica, di elettronegatività.

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 Il liquido che si forma alla fusione ha la stessa

composizione del solido di partenza

Un composto si differenzia da una soluzione solida perché ad esso

corrisponde una formula chimica ben definita

Esempio di diagramma di stato con composto a fusione congruente: diagramma Mg-Pb

COMPOSTO A FUSIONE CONGRUENTE 2

100/91


•- Introduzione




• Diagrammi di Stato con composti a fusione congruente

• Diagrammi di Stato con composti a

fusione incongruente

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 con COMPOSTO 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 con COMPOSTO 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.


•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.


•Tra la temperatura TP e

quella eutettica TE , dal

liquido continua a

separarsi

il composto AmBn mentre

la composizione del

liquido varia lungo la

curva aE.


B

•Alla temperatura

TE, costante, dal liquido

eutettico di composizione

E si separano

contemporaneamente

cristalli fini

(lamellari/globulari) di A

e di AmBn.


B

L1 L2 +

TRASFORMAZIONE MONOTETTICA

ALTRE TRASFORMAZIONI INVARIANTI

Se ho una trasformazione eutettica che avviene fra fasi solide parlo di:

Trasformazione EUTETTOIDICA

α β+γ

Se ho una trasformazione peritettica che avviene fra fasi solide parlo di:

Trasformazione PERITETTOIDICA

+β γ

RIASSUNTO DELLE TRASFORMAZIONI INVARIANTI

DIAGRAMMI DI STATO REALI

DIAGRAMMI DI STATO REALI: OTTONI

DIAGRAMMI DI STATO REALI: BRONZI

DIAGRAMMI DI STATO REALI: BRONZI 2

DIAGRAMMI DI STATO REALI: BRONZI 3

DIAGRAMMI DI STATO REALI: Fe-C C

emen

tite (Carb

uro

di F

erro)

Diagrammi Stato

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