Estudi dels materials
5. Modificació de les propietats dels metalls: Aliatges
La indústria necessita materials amb propietats molt específiques i, per descomptat, amb el menor cost possible.
En general aquestes propietats no són capaços de aportar els materials simples, de manera que cal que se sotmetin a determinats processos per tal de millorar aquestes característiques. Un d'aquests processos consisteix a aliar-los.
Un aliatge és una mescla homogènia d'un metall en estat fos amb, almenys, un altre element, que pot ser metàl·lic o no, obtenint un producte final que presenta característiques metàl·liques.
Els aliatges es fan fonent els diversos metalls en un gresol i deixant després solidificar, lentament, la solució líquida. S'obté un material amb una estructura granular cristal·lina formada per diferents microconstituents com són:
Vidres simples o de components purs. Cristal·litzen separadament i cada cristall conté un sol component.
És el cas de l'aliatge anomenada eutèctica, que és una barreja íntima de cristalls formada cadascun d'ells d'un sol component pur.
Aquests aliatges són de poca aplicació pràctica a causa de les seves males propietats mecàniques però són les que tenen la temperatura de fusió més baixa, per la qual cosa s'empren gairebé exclusivament per a la soldadura tova.
L'exemple típic el constitueix l'aliatge plom-estany, emprada en la soldadura de components electrònics.
- Cristalls d'elements compostos. Estan formats per compostos químics dels components que formen l'aliatge, i no és possible distingir separadament els components originals.
Un exemple és la cementita (Fe 3 C) que aporta duresa als acers que la contenen
- Cristalls de solució sòlida. Formats per una solució sòlida dels components purs o per un d'ells i un compost químic de tots dos.
Es formen a causa de la solubilitat dels components en l'estat sòlid.
Poden ser solucions sòlides per inserció, quan els àtoms de solut ocupen els buits deixats pels àtoms de dissolvent, o solucions sòlides per substitució, quan els àtoms de solut substitueixen a les xarxes d'àtoms de dissolvent a alguns d'aquests àtoms.
Quan els vidres de solució sòlida es formen amb refredament molt lent, tenen estructures molt homogènies i molt bones propietats mecàniques per a ser emprats en la construcció d'elements de màquines
Les propietats dels aliatges depenen de la seva composició i de la mida, forma i distribució de les seves fases o microconstituents.
L'addició d'un component encara que sigui en molt petites proporcions, fins i tot menys d'1% poden modificar enormement les propietats d'aquesta aliatge.
En comparació amb els metalls purs, els aliatges presenten alguns avantatges:
- Major duresa i resistència a la tracció.
- Menor temperatura de fusió, almenys d'un dels seus components.
Però també alguns inconvenients:
- Són menors la ductilitat, la tenacitat i la conductivitat tèrmica i elèctrica.L'estudi dels aliatges es fa a través dels diagrames de fase.Els diagrames de fases són la forma de representar gràficament l'aliatge i en ells s'observen les fases que estan presents en un aliatge a diverses temperatures i composicions, sempre que s'hagin obtingut en condicions de refredament o escalfament lent.
Tot i que els diagrames de fase s'estudien detingudament en Tecnologia Industrial II, avançar que en el diagrama de fases que tenim d'exemple s'observen tres zones: - La monofàsica L, on només hi ha líquid.
- La zona monofàsica a, on només hi ha sòlid.
- La zona bifàsica L + a, on coexisteixen les dues fases. En aquesta zona, les composicions químiques de cadascuna de les fases s'indica mitjançant la intersecció de la isoterma amb la línia de límit de fase. La fracció en pes de cada fase en una regió bifàsica pot determinar utilitzant la regla de la palanca al llarg d'una isoterma a una temperatura determinada.
 |
Figura: Diagrama de fases de Gcarotsans a wikipèdia sota CC BY-SA 2.5 |