7.7 EL DIAGRAMA EQUILIBRIO DE FASES

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1 7.7 EL DIAGRAMA EQUILIBRIO DE FASES CÓMO CONSTRUIR UN DIAGRAMA DE FASES Un diagrama de fases es una representación gráfica de las variables del sistema. Diagrama de fases binario: 2 componentes (r=2). Diagrama de fases ternario: 3 componentes (r=3). Composición: va desde 100% del elemento A a la izquierda hasta 100% del elemento B a la derecha pasa por todas las composiciones intermedias Notación: A-x% B. (Ejemplo: Cu-20% Al) x% de qué? Porcentaje en peso: Cu-20 wt.% Al Porcentaje atómico: Cu-20 at.% Al

2 Los elementos puros solidifican a una temperatura específica. Las aleaciones (mezclas de A y B) tienden a solidificar en un rango amplio de temperaturas. Por lo tanto existe un punto de solidificación para cada composición de A y B. Punto eutéctico: punto en el cual una composición dada de A y B solidifica como un elemento puro. Algunos diagramas binarios simples NO poseen punto eutéctico. Punto de fusión de A Punto de fusión de B Al enfriar una aleación desde el estado líquido, se puede registrar la temperatura a la cual comienza a solidificar graficar. Al hacer esto para todo el rango de composiciones se obtiene la curva de líquidus: curva de inicio de la solidificación

3 Diagramas binarios simples: No poseen eutéctico Normalmente ocurren al mezclar (alear) dos elementos muy similares. De la misma forma que el azúcar se disuelve en té caliente (solución líquida), es posible que un elemento (A o B) se disuelva en el otro mientras ambos se encuentran en estado sólido: solubilidad sólida. La solubilidad sólida varía con la temperatura: La solución sólida de B en A: La solución sólida de A en B: β

4 Algunos elementos no son solubles en otros. Ejemplo: aleaciones Al-Si (el aluminio no es soluble en el silicio. Si la composición de la aleación no está dentro de los rangos de solubilidad sólida solidifica a la temperatura eutéctica. Aquí se produce una mezcla sólida de las fases y β. Tanto como β tendrán una composición específica de A y B. RESUMEN: Un diagrama de fases es un mapa de temperatura-composición. Indica las fases de equilibrio presentes a una temperatura y composión dadas Se obtiene experimentalmente. Se utiliza para entender y predecir la microestructura de una aleación a una composición dada.

5 7.7.2 LA REGLA DE LA PALANCA Al enfriar un líquido de composición dada, a cada temperatura, cuál es la composición de las fases que se obtienen? En cada temperatura de la aleación (composición conocida) se dibuja una isoterma que intersecte a las curvas de solubilidad adyacentes. Los extremos indican las composiciones de las 2 fases que existen en equilibrio a dicha Tº. Del diagrama se desprende que: Composición fase : 5,2% B Composición fase líquida: 34,5% B Recordar: composición global (+L) no ha cambiado.

6 Así, al enfriar desde una composición C o y una temperatura T x, se pueden contestar las siguientes preguntas: qué fases están presentes? cuál es su composición? si se reduce T x, cómo variará la composición de las 2 fases?

7 Fases presentes? Isoterma a T x se intersecta con β + líquido. Su composición? Se dibuja línea horizontal hasta intersectar. Composición de L: y wt% B Composición de β: x wt% B Y si T x se reduce? Idem., se dibuja isoterma hasta intersectar fases a nueva temperatura. Composición de L: y' wt% B Composición de β: x' wt% B NB: Tanto L como β se enriquecieron en A. Otra pregunta, cuánto hay de cada fase? Respuesta la da la regla de la palanca. Esta regla utiliza la conservación de la masa.

8 En esencia se tiene una composición C o (i.e., cantidad determinada de átomos de A y de B) que se distribuyen en las 2 fases de distinta composición: C f C + f C y Ordenando: C o = f =1 f o + C = f lo cual resulta finalmente: f = C C o C C ( C C ) Regla de la palanca Básicamente, las proporciones de las fases presentes están dadas por las longitudes relativas de la isoterma.

9 Proporciones de cada fase están dadas por: f f Y = X + Y X = X + Y A medida que el líquido es enfriado y cruza la línea de liquidus, la proporción de Y 1 es pequeña c/r a X 1 Línea derecha: Línea izquierda: líquido Línea más alejada es la que corresponde a la fase. f f 34,5 23,7 = = 0,367 = 36,7% 34,5 5,2 = 1 f = 1 36,7% = 63,3%

10 7.7.3 MICROESTRUCTURA DE ALEACIONES ALEACIÓN EUTÉCTICA Al enfriar un líquido de composición dada, a cada temperatura, cuál es la composición de las fases que se obtienen? En cada temperatura de la aleación (composición conocida) se dibuja una isoterma que intersecte a las curvas de solubilidad adyacentes.