Diagrama De Fases

INTRODUCCIÓN.

Los elementos químicos y las sustancias formadas por ellos, salvo algunas excepciones, pueden existir en tres estados diferentes: sólido, líquido y gaseoso, en dependencia de las condiciones de presión y temperatura en las que se encuentren y esto se debe básicamente a las fuerzas intermoleculares. El diagrama que representa el tránsito entre estos estados, se conoce como diagrama de fases.

Ahora bien, en los diagramas de fases se puede observar que las zonas de existencia de una sola fase ya sea sólida, líquida o gaseosa aparecen como áreas delimitadas por las respectivas líneas de equilibrio, en el interior de estas áreas se puede modificar una variable: presión o la temperatura, es decir, para una temperatura específica , la presión queda fijada y viceversa.

Es importante señalar que, un diagrama de fases se realiza para encontrar el punto de fusión o de ebullición de una mezcla de sustancias donde por efecto del soluto, se ven modificadas los puntos de ebullición o fusión del disolvente y de manera gráfica se puede predecir en qué proporción se pueden separar esta mezcla y a que temperatura se logrará la separación.

DIAGRAMA DE FASES.

Un diagrama de fase es un esquema que muestra las fases y sus composiciones en cada temperatura y composición de la aleación. La mayoría de los diagramas de fase han sido construidos según condiciones de equilibrio (condiciones de enfriamiento lento), siendo utilizadas para entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de materiales.

A partir de los diagramas de fase se puede obtener información como:

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 en 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.

Cuando en la aleación sólo están presentes dos elementos se puede elaborar un diagrama de fases binario. Cada fase tiene una composición expresada en porcentajes de cada uno de los elementos, expresado en peso.

COORDENADAS DE LOS DIAGRAMA DE FASES

Por lo general los diagramas de fases se grafican con la temperatura, en grados Centígrados o Fahrenheit, como la ordenada y la composición de la aleación como porcentaje en peso, como la abscisa. Algunas veces es más conveniente expresar la composición de la aleación en porcentaje atómico. La conversión de porcentaje en peso a porcentaje atómico puede hacerse por medio de las siguientes formulas.

Porcentaje atómico de A

Porcentaje atómico de B

Donde:

• M= peso atómico del metal A

• N= peso atómico del metal B

• X= porcentaje en peso del metal A

• Y= porcentaje en peso del metal B

MÉTODOS PARA CONSTRUIR UN DIAGRAMA DE FASES

Los datos para construir un diagrama de fases o equilibrio se determina experimentalmente por diversos métodos, entre los cuales los más comunes son los siguientes.

ANÁLISIS TÉRMICO

Con mucho, éste es el método experimental que más se emplea, cuando se hace un diagrama de temperatura contra tiempo, a composición constante, la curva de enfriamiento resultante mostrara un cambio en pendiente cuando ocurre un cambio de fase a causa de la evolución de calor por el cambio de fase.

Este método parece ser el mejor para determinar la temperatura de solidificación inicial y final, los cambios de fase que ocurren sólo en el estado sólido, generalmente comprenden pequeños cambios de calor, y otros métodos dan resultados más exactos.

MÉTODOS METALOGRÁFICOS

Estos consisten en calentar muestras de aleación a diferentes temperaturas, esperando que el equilibrio de establezca, y entonces se enfrían rápidamente para retener su estructura de alta temperatura, para que las muestras sean analizadas al 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 de gran habilidad para interpretar de manera correcta la microestructura observada. Este método es el más adecuada para verificar un diagrama.

DIFRACCIÓN DE RAYOS X

Este método mide las dimensiones de la red, e indicara la aparición de una nueva fase, ya sea por el cambio de las dimensiones de la red, o por la aparición de una nueva estructura cristalina. Este método es sencillo, preciso y muy útil para determinar los cambios en la solubilidad solida en relación con la temperatura.

TIPOS DE DIAGRAMA DE FASES Y APLICACIÓN DE LA REGLA DE LA PALANCA EN CADA UNO

Tipo I: Dos Metales Completamente Solubles En Los Estados Líquidos Y Solido.

Cada curva de enfriamiento es un experimento separado que se inicia desde el tiempo cero. Las curvas de enfriamiento para los metales puros A y B muestran sólo una línea horizontal, porque el inicio y fin de la solidificación tienen lugar a temperatura constante; sin embargo como las composiciones intermedias forman una solución sólida, estas curvas muestran dos cambios de pendiente. Todas las composiciones de aleaciones intermedias mostrarán un tipo de curva de enfriamiento semejante. Al unir todos los puntos que muestran el inicio de la solidificación (con una línea superior) y todos los puntos que indican el fin de la solidificación (línea inferior), se obtendrá la forma del Diagrama de Fase.

• Liquidus: en un diagrama de fases, el lugar

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