Diagrama De Fase

DIAGRAMA DE FASE

Introducción

Según Avner, hay muchas posibilidades para la estructura de una aleación. Como las propiedades de un material dependen ampliamente del tipo, número y forma de las fases presentes, y pueden cambiarse alterando estas cantidades, es esencial conocer: a) las condiciones bajo las cuales existen estas fases y b) las condiciones bajo las cuales ocurrirá un cambio en la fase.

Gran cantidad de información se ha acumulado respecto a los cambios de fase, en muchos sistemas de aleaciones, y la mejor manera de registrar los datos es por medio de diagramas de fase, también conocidos como diagramas de equilibrio o constitucionales.

Para especificar por completo el estado de un sistema en equilibrio, es necesario especificar tres variables independientes, mismas que pueden controlarse externamente, a saber: temperatura, presión y composición. El diagrama es, esencialmente una representación grafica de un sistema de aleación. La rápida variación en la temperatura, distorsionara y en ocasiones limitara la aplicación de estos diagramas.

Se estudiaran las condiciones posibles de equilibrio entre fases en aleaciones binarias, las más importantes, las cuales pueden clasificarse como sigue:

1. componentes completamente soluble en estado liquido:

a) completamente solubles en estado solido (tipo I)

b) insoluble en estado solido: la reacción eutéctica (tipo II)

c) parcialmente solubles en estado solido: la reacción eutéctica (tipo III);

d) formación de una fase intermedia de fusión congruente (tipo IV); y

e) la reacción peritéctica (tipo V)

2. componentes parcialmente solubles en estado liquido: la reacción monotéctica (tipo VI).

3. Componentes insolubles en estado liquido e insolubles en estado solido (tipo VII)

4. Transformaciones en estado sólido:

a) Cambio alotrópico;

b) Orden-desorden;

c) La reacción eutectoide, y

d) La reacción pertectoide

Si se estudian estos diagramas, se conocerán los principios que pueden ser útiles para atender e interpretar sistemas de aleaciones más complejos.

Métodos metalográficos:

Estos consisten en calentar muestras de una aleación a diferentes temperaturas, esperando que el equilibrio se establezca, y entonces se enfrían rápidamente para retener su estructura de alta temperatura, las muestras se analizan en el microscopio.

Es difícil aplicar este método a metales a altas temperaturas, ya que las muestras enfriadas rápidamente no siempre retienen su estructura de alta temperatura, y entonces se requiere gran habilidad para interpretar en forma correcta la microestructura observada. Este método es el más adecuado para verificar un diagrama.

Dirección de rayos X

Mide las dimensiones de la red, indicara la aparición de una nueva fase.

Tipo I:

Los dos metales tendrán generalmente el mismo tipo de estructura cristalina, cada curva de enfriamiento tiene sus propias coordenadas. Cada curva de enfriamiento es un experimento separado que se inicia desde el tiempo cero. El inicio y el fin de la solidificación tienen lugar a una temperatura constante, sin las composiciones intermedias forman una solución solida, o cambios en la pendiente.

El sentido del diagrama de fase, o alguna idea de su forma, puede obtener4se al dibujar una línea que vincule todos los puntos que muestran el principio de la solidificación otra línea que una todos los puntos que muestran el final de la solidificación.

El diagrama de fase consta de dos puntos, dos líneas y tres áreas. Ta y Tb representan los puntos de congelación de los dos metales puros. La línea superior, obtenida al unir los puntos que muestran el inicio de la solidificación, se llama línea liquidus es una región unifasica, y cualquier aleación en esta región consistirá en una solución liquida homogénea. Por debajo de la línea solidus en una región unifásica y cualquier aleación esta región constara de una solución solida homogénea. Al marcar diagramas de equilibrio, es una práctica común representar las soluciones solidas y algunas veces las aleaciones intermedias con letras griegas. En este caso, la solución solida se marca con la letra (a). Las letras mayúsculas, como A y B, se usaran para representar los metales puros. Entre las líneas liquidus y solidus existe una región bifásica. Cualquier aleación en esta región constara de una mezcla de una solución liquida y de una solida. Es deseable conocer la composición química real y las cantidades relativas de las dos fases presentes. Para determinar esta información, es necesario aplicar dos reglas.

Regla I: Cmposición química de las fases

Se debe trazar una línea horizontal para la temperatura, llamada línea vinculo. En este caso, la fase es una solución solida a de composición 90A-10B. El punto o base, dará la composición de la otra fase que constituye la mezcla; en este caso, la composición de la solución liquida es 74A-26B.

Regla II: Cantidades relativas de cada fase

Para determinar las cantidades relativas de las dos fases en equilibrio, a cualquier temperatura especifica en una región bifásica, se debe trazar una línea vertical que representa la aleación y una línea horizontal (como la temperatura), a los límites del campo. La línea vertical dividirá a la horizontal en dos partes cuyas longitudes son inversamente proporcionales a la cantidad de las fases presentes. Esta también se conoce como regla de la palanca. El punto donde la línea vertical interseca a la horizontal se considera eje de oscilación de un sistema de palanca. Las longitudes relativas de los brazos de palanca multiplicadas por las cantidades de las fases presentes deben balancearse.

Se toma toda la longitud de la línea de vinculación mo, la regla de la palanca puede expresarse matemáticamente como:

mn

Liquido (porcentaje) = ------- x 100

mo

no

α (porcentaje) = ------- x 100

mo

La aleación de composición 80A-20B a la mezcla de dos fases 74A-26B que constituye el 62.5%, y la otra 90A-10B que constituye 37.5%.

El primer núcleo de solución solida que se formara, a, será muy rico en el metal de mayor punto de fusión A y estará constituido por 95A-5B (regla I). Cuando se alcanza la temperatura menor, T2 , la composición liquida esta en L2. La única solución solida en equilibrio con L2 es a2.

A medida que se agrega níquel al cobre, la resistencia de esa aleación también aumenta.

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