Diagrama De Fase

1_DIAGRAMAS DE FASE

Son representaciones gráficas de las fases que están presentes en un sistema de materiales a varias temperaturas, presiones y composiciones. La mayoría de los diagramas de fase han sido construidos según condiciones de equilibrio (condiciones de enfriamiento lento), siendo utilizadas por ingenieros y científicos para entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de los materiales.

Punto triple: En este punto en la sustancia coexisten en equilibrio los tres estados, está parcialmente solida, parcialmente líquida y parcialmente gaseosa. Obsérvese que para valores de presión o temperatura más bajas que el punto triple la sustancia en cuestión no puede existir en estado líquido y solo puede pasar desde sólido a gaseoso en un proceso conocido como sublimación.

Punto crítico: El punto C indica el valor máximo de temperatura en el que pueden coexistir en equilibrio dos fases, y se denomina Punto Crítico. Representa la temperatura máxima a la cual se puede licuar el gas simplemente aumentando la presión. Gases a temperaturas por encima de la temperatura del punto crítico no pueden ser licuados por mucho que se aumente la presión. En otras palabras, por encima del punto crítico, la sustancia solo puede existir como gas.

Punto de ebullición: El punto de ebullición de una sustancia, es aquel valor de temperatura para el cual coexisten en equilibrio, los estados líquido y gaseoso a determinada presión. Los diferentes puntos de ebullición para las diferentes presiones corresponderían a la curva BC.

Punto de fusión: El punto de fusión de una sustancia, es aquel valor de temperatura para el cual coexisten en equilibrio, los estados líquido y sólido a determinada presión. Los diferentes puntos de fusión para las diferentes presiones corresponderían a la curva BD.

2_DIAGRAMA DE FASE BINARIO:

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 disolución sólida

 Mezcla de disoluciones sólidas (eutéctica, eutectoide, peritéctica, peritectoide)

 Mezcla sólido - líquido

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

 Mezcla líquido - gas

 Gas (lo consideraremos siempre homogéneo, trabajando con pocas variaciones da altitud).

Hay punto y líneas en estos diagramas importantes para su caracterización:

 Línea de líquidos, por encima de la cual solo existen fases líquidas.

 Línea de sólidos, por debajo de la cual solo existen fases sólidas.

 Línea eutéctica y eutectoide. Son líneas horizontales (isotermas) en las que tienen lugar transformaciones eutécticas y eutectoides, respectivamente.

 Línea de solvus, que indica las temperaturas para las cuales una disolución sólida (α) de A y B deja de ser soluble para transformarse en (α)+ sustancia pura (A ó B).

 Concentraciones definidas, en las que tienen lugar transformaciones a temperatura constante:

 Eutéctica

 Peritéctica

 Peritectoide

 Monotéctica

 Monotectoide

 Sintética

 Catatéctica

3_INFORMACIÓN QUE PODEMOS OBTENER DE LOS DIAGRAMAS DE FASE

1. Conocer que fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajo condiciones de enfriamiento lento (equilibrio).

2. Averiguar la solubilidad, en el estado sólido y en el equilibrio, de un elemento (o compuesto) en otro.

3. Determinar la temperatura a la cual una aleación enfriada bajo condiciones de equilibrio comienza a solidificar y la temperatura a la cual ocurre la solidificación.

4. Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirse diferentes fases.

A partir de los diagramas de fase se puede obtener información como: Los equilibrios de fase y sus respectivos diagramas de fase en sistemas multicomponentes tienen aplicaciones importantes en química, geología y ciencia de los materiales. La ciencia de materiales estudia la estructura, propiedades y aplicaciones de los materiales científicos y tecnológicos

TEMPERATURAS DE LÍQUIDOS Y DE SÓLIDOS

La curva superior en el diagrama es la temperatura de líquidos. Se debe calentar una aleación por encima de líquidos para producir una aleación totalmente líquida que pueda ser colocada para obtener un producto útil. La aleación líquida empezará a solidificarse cuando la temperatura se enfríe hasta la temperatura de líquidos. La temperatura de sólidos es la curva inferior. Una aleación de este tipo, no estará totalmente sólida hasta que el metal se enfríe por debajo de la temperatura de sólidos. Si se utiliza una aleación cobre-níquel a altas temperaturas, deberá quedar seguro que la temperatura durante el servicio permanecerá por debajo de la temperatura de sólidos, de manera que no ocurra fusión. Las aleaciones se funden y se solidifican dentro de un rango de temperatura, entre los líquidos y los sólidos. La diferencia de temperatura entre líquidos y sólidos se denomina rango de solidificación de la aleación. Dentro de este rango, coexistirán dos fases: una líquida y una sólida. El sólido es una solución de átomos de los compuestos involucrados; a las fases sólidas generalmente se les designa mediante una letra minúscula griega, como alpha.

5_FASES PRESENTES

A menudo, en una aleación a una temperatura en particular interesa saber qué fases están presentes. Si se planea fabricar una pieza por fundición, debe quedar seguro que inicialmente todo el metal esté líquido; si se planea efectuar un tratamiento térmico de un componente, se debe procurar que durante el proceso no se forme líquido. El diagrama de fases puede ser tratado como un mapa de carreteras; si se sabe cuáles son las coordenadas, temperatura y composición de la aleación, se podrán determinar las fases presentes.

COMPOSICIÓN DE CADA FASE

Cada fase tiene una composición, expresada como el porcentaje de cada uno de los elementos de la fase. Por lo

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