Ejercicio

Responder las preguntas planteadas utilizando el diagrama de fases Al-Mg mostrado en la Figura 1.

Figura 1. Diagrama de fases binario Aluminio-Magnesio.

1. Determinar la máxima cantidad de soluto que disuelve la solución sólida (Mg) y a qué temperatura.

Solución: la solubilidad máxima de Aluminio en Magnesio (Mg) es aproximadamente 13% en peso de Aluminio a una temperatura de 437°C.

2. Calcule las cantidades de microconstituyentes proeutéctico y eutécticos que se forman justo bajo 437°C para una aleación del 20% en peso de aluminio.

Solución: el microconstituyente primario o proeutéctico corresponde a la fase (Mg). El porcentaje en peso de (Mg) se calcula así:

$$ \%(Mg)_{proeutéctico}=\frac{(80-66)\%Mg}{(87-66)\%Mg} \times 100\% = 66.67\%(Mg)_{proeutéctico} $$

Se sabe que justo por encima de la temperatura de la reacción eutéctica (437°C) la cantidad de líquido se puede calcular como:

$$ \%L = 100\% - 66.67\%(Mg)_{proeutéctico} = 33.33\%L $$

También sabemos que la fase líquida, la cual posee la composición eutéctica Al-66%Sn, reacciona y se transforma por completo en el microconstituyente eutéctico. Podríamos escribirlo en términos de porcentajes en peso, como:

$$ 33.33\%L = \%Al12Mg17_{eutéctico} + \%(Mg)_{eutéctico} $$

Ec. 1

Debido a que el microconstituyente primario es (Mg), de utilizar la regla de la palanca justo por debajo de 437°C, estaría calculando el porcentaje en peso total de (Mg), es decir, el porcentaje en peso de (Mg) proeutéctico más el porcentaje en peso de (Mg) eutéctico. Dado que mi interés está en hallar la cantidad de (Mg) eutéctico, lo conveniente es hallar primero la cantidad de \(Al12Mg17_{eutéctico}\), así:

$$ \%Al12Mg17_{eutéctico} = \frac{(87-80)\%Mg}{(87-58)\%Mg} \times 100\% = 24.14\%Al12Mg17_{eutéctico}$$

Por último calculamos la cantidad de (Mg) eutéctico despejándolo de la Ec. 1, así:

$$ \%(Mg)_{eutéctico} = 33.33\%L - 24.14\%Al12Mg17_{eutéctico} = 9.19\%(Mg)_{eutéctico} $$

3. Determine la composición química del primer sólido (identifíquelo y escríbalo) formado durante el enfriamiento de la aleación del numeral 2.

Solución: para la aleación del numeral 2, Al-80%Mg, tengo que los primeros cristales de solución sólida (Mg) se forman justo cuando la isopleta (línea a composición fija) intersecta la curva líquidus (ver la línea azul). La composición de esa fase (Mg) en dicho punto se lee desplazándose hacia la derecha a esa temperatura, cruzando con sólidus y luego leyendo la composición (ver las líneas verdes). La composición de la fase (Mg) resulta, entonces:

$$ \text{Composición del primer sólido}: Al-93\%Mg $$

Es decir, 7% en peso de aluminio y 93% en peso de magnesio.