TRABAJO DE ARTE

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo vamos a ver a grandes rasgos algunos temas que integran la materia de Materiales industriales, así mismo nos permitirá familiarizarnos con la industria del acero sus tratamientos y aplicaciones a la industria y a la vida diaria, algunos de los conceptos que trataremos será: Historia de los materiales y su evolución a través de los años, veremos que esto ha ejercido cierta influencia en las sociedades de todo el mundo, veremos las clases de tratamientos térmicos, así también cómo conocer la estructura interna de los materiales nos permite darles un mejor uso y que puedan ser de mejor aprovechamiento, los tratamientos térmicos que dichos materiales pueden recibir con el objeto de darles una mayor durabilidad y mejor aplicaciones a la industria, otro aspecto que trataremos será los aceros y como su uso y aplicaciones a lo largo del tiempo ha evolucionado y mejorado.

OBJETIVOS GENERAL

Conocer la evolución de los materiales industriales a través del tiempo. Conocer la clasificación de los materiales como son el acero. Estudiar los tratamientos térmicos del acero y el cómo conocerlos nos permite trabajar de una manera más eficiente, conocer la estructura interna de los materiales nos permite darles un mejor uso su mejor aprovechamiento. Conoceros también los tratamientos térmicos que dichos materiales puede recibir con el objeto de darles una mayor durabilidad y mejor aplicaciones a la industria. Aprenderemos sobre la aplicación de diferentes Mapas y diagramas para el mejor estudio del curso.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Que el estudiante asuma una disciplina de estudio autónomo y colaborativo que permita el entendimiento significativo de los contenidos de la unida No1, apoyándose en la revisión de fuentes de información y ejecución de actividades como trabajos escritos y resolución de ejercicios

Que el estudiante conozca los diversos tipos tratamientos térmicos, sus clasificaciones, definiciones, características, relaciones y aplicaciones.

Que el estudiante asuma una disciplina de la autorregulación y construcción del hábito académico.

Que el estudiante aprenda a utilizar las herramientas de aprendizajes dentro su proceso de estudio autónomo.

Que el estudiante aprenda a construir conocimientos de forma solidaria en pequeño grupos de aprendizaje colaborativo.

1. Para presentar en trabajo grupal

Describa en que consisten, con aplicaciones y ejemplos reales, los diferentes diagramas de fases para sustancias.

Diagrama de fases de Gibbs

Los diagramas de fase son representaciones gráficas de cuales fases están presentes en un sistema material en función de la temperatura, la presión y la composición. Son representaciones gráficas de las condiciones termodinámicas de equilibrio. El estado de equilibrio de un sistema es aquel en el cual sus propiedades no cambian con el tiempo, a menos que se ejerza una alteración de la temperatura, la presión o la composición, o la aplicación de fuerzas externas de tipo eléctrico, magnético, etc.

La base de todo el trabajo sobre los diagramas de equilibrio es la regla de fases de Gibbs.

El diagrama, también conocido como diagrama de fase o diagrama de equilibrio es esencialmente una expresión gráfica de la regla de fases. La ecuación siguiente presenta la regla de fases en la forma matemática usual:

F + L = C + 2

Donde:

C: Número de componentes del sistema

F: Número de fases presentes en el equilibrio

L: Varianza del sistema (grados de libertad)

Los términos usados en la expresión anterior así como otros necesarios para entender los diagramas de fase se definen a continuación.

SISTEMA: cualquier porción del universo material que pueda aislarse completa y arbitrariamente del resto, para considerar los cambios que puedan ocurrir en su interior y bajo condiciones variantes.

FASE: cualquier porción del sistema físicamente homogénea y separada por una superficie mecánicamente separable de otras porciones. Por ejemplo, un vaso de agua con cubos de hielo constituye dos fases distintas de una misma sustancia (agua). Los cubos de hielo son una fase sólida y el agua líquida es una fase líquida.

COMPONENTES: el menor número de variables individuales independientes (vapor, líquido o sólido) por medio de los cuales la composición del sistema puede expresarse cuantitativamente. Normalmente un componente es un elemento, compuesto o solución del sistema. Así por ejemplo, el vaso de agua con cubos de hielo, es un sistema en el que hay dos fases pero una sola componente.

VARIANZA DEL SISTEMA (GRADOS DE LIBERTAD): Es el número de variables (presión, temperatura y composición) que se pueden cambiar independientemente sin 2alterar el estado de la fase o de las fases en equilibrio del sistema elegido. Es la aplicación de la regla de las fases al tipo de sistemas bajo consideración. El número de las variables, las cuales se fijan de manera arbitraria para definir completamente el sistema, se llama varianza o grados de libertad del sistema.

LINEA DE VAPORIZACION

760

PRESION DE AGUA

LINEA DE SOLIDIFICACION

LIQUIDO

VAPOR

SOLIDO

PUNTO TRIPLE A 0.01C

0 100

Temperatura del agua c

Figura 1. Diagrama de equilibrio de fases P-T para el agua pura

Si se aplica la regla de las fases de Gibbs al denominado punto triple del diagrama de la figura 1, teniendo en cuenta que en este punto coexisten tres fases en equilibrio y que hay un solo componente en el sistema (agua), se puede calcular el número de grados de libertad, así:

F + L = C + 2

3 + L = 1 + 2

L = 0

Esto quiere decir que en este punto, ninguna de las variables (presión, temperatura o composición) se puede cambiar sin alterar el estado de las fases en equilibrio.

Si se considera cualquier punto de la línea de solidificación sólido-líquido de la figura 1, en cualquier punto de esta línea habrá dos fases que coexisten. Al aplicar la regla de las fases, tenemos.

F + L = C + 2

2 + L = 1 + 2

L = 1

F + L = C + 2

1 + L = 1 + 2

L = 2 F + L = C + 1

Diagrama de una sustancia pura

SUSTANCIA PURA

Es toda sustancia que tiene su composición química homogénea e invariante

Como: el agua, el nitrógeno, el oxígeno, el amoníaco y muchos mas.La sustancia pura puede presentarse en distintas fases: sólido, líquido y gaseosa. Dependiendo de los valores de presión y temperatura una sustancia puede estar como sólido, líquido o vapor o presentarse en dos o tres fases a la vez.

CAMBIOS DE FASE

Existen en la naturaleza muchas situaciones en que dos fases de una sustancia pura coexisten en equilibrio. El agua existe como líquido y vapor dentro de una olla de presión. El agua sólida o hielo a la temperatura y presión normales del ambiente comienza su proceso de condensación. A pesar de que todas las fases de las sustancias son importantes, solo se estudiarán las fases líquido y vapor y su mezcla.

En el estudio de la sustancia pura se toma como ejemplo el agua por ser una sustancia muy familiar.

TEMPERATURA DE SATURACIÓN Y PRESIÓN DE SATURACIÓN

La temperatura y presión de saturación son aquellas en donde ocurre la ebullición de una sustancia pura. Para una presión de saturación existe un único valor de temperatura de saturación y viceversa. Para el agua, a una presión de 101.35 la temperatura de saturación es 100ºC. En sentido inverso, a una temperatura de 100ºC la presión de saturación es 101.35 kPa. La gráfica de Psat contra Tsat da una curva característica para cada sustancia pura y se conoce como curva de saturación de líquido-vapor. Figura 1.27.

Fig. 1.27 Curva de saturación líquido-vapor de una sustancia pura (los valores numéricos corresponden al agua).

En la Figura 1.27 se puede observar que la temperatura de saturación aumenta con un incremento de la presión. Cuando se cocina, las temperaturas de ebullición más altas implican tiempos de cocción más cortos y ahorros de energía. Por ejemplo, cuando se cocina en una olla de presión la temperatura de ebullición es superior a los 100ºC ya que la presión que se consigue en una olla de presión es superior a los 101.35 kPa. En aquellos sitios que se encuentran por encima del nivel del mar, la presión atmosférica disminuye en la medida que se asciende así como la temperatura de saturación por lo que el tiempo de cocción en estos sitios es mayor.

Diagramas binarios

Los diagramas de fases binarios tienen sólo dos componentes. En ellos la presión se mantiene constante,

General mente a 1 atm. Los parámetros variables son la temperatura y la composición. Los diagramas de fases binarios son mapas que representan las relaciones entre temperatura, composición y cantidad de fases en equilibrio, las cuales influyen en la microestructura de una aleación. Muchas microestructuras se desarrollan a partir de transformaciones de fases, que son los cambios que ocurren entre las fases cuando se altera la temperatura (en general, en el enfriamiento). Esto puede implicar la transición de una fase a otra, o la aparición o desaparición de una fase.

Cuando aparecen varias sustancias, la representación de los cambios de fase puede ser más compleja. Un caso particular, el más sencillo, corresponde a los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentración, normalmente en masa. En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones:

Sólido puro o solución sólida.

Mezcla de soluciones sólidas (eutéctica, eutectoide, paratáctica, peritectoide)

Mezcla sólido - líquido

Únicamente líquido, ya sea mezcla de líquidos inmiscibles (emulsión), ya sea un líquido completamente homogéneo.

Mezcla líquido - gas

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