República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria U.N.E. Rafael María Baralt Ciudad Ojeda- edo.

Transcripción

1 República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria U.N.E. Rafael María Baralt Ciudad Ojeda- edo. Zulia DIAGRAMAS DE FASES Realizado por: RINCON, Bianca C.I VALBUENA, Glanyi C.I NAVA, Daniel C.I CAMACARO, Wilmer C.I CIUDAD OJEDA, 05 DE JULIO DEL 2012

2 INDICE 1.- DIAGRAMAS DE FASES DEFINICION CARACTERISTICAS. 2.-DIAGRAMAS DE FASES ISOMORFOS. 3.-DIAGRAMAS DE FASES EUTECTICOS. 4.-COMPOSICION DE CADA FASE. 5.-REGLA DE LA PALANCA. 6.-DIAGRAMA DE EQUILIBRIO. 7.-ESTRUCTURA INTERNAS.

3 INTRODUCCION En termodinámica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase a la representación gráfica de las fronteras entre diferentes estados de la materia de un sistema, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado. En ciencia de materiales se utilizan ampliamente los diagramas de fase binarios, mientras que en termodinámica se emplean sobre todo los diagramas de fase de una sustancia pura.

4 DESARROLLO 1.-Diagrama de fases En termodinámica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase a la representación gráfica de las fronteras entre diferentes estados de la materia de un sistema, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.

5 DIAGRAMA DE FASE DEL H2O 1.1-Diagrama de fase de una sustancia pura Los diagramas de fase más sencillos son los de presión - temperatura de una sustancia pura, como puede ser el del agua. En el eje de ordenadas se coloca la presión y en el de abscisas la temperatura. Generalmente, para una presión y temperatura dadas, el cuerpo presenta una única fase excepto en las siguientes zonas: Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados sólido, líquido y gaseoso. Estos puntos tienen cierto interés, ya que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termómetros. Los pares (presión, temperatura) que corresponden a una transición de fase entre: Dos fases sólidas: Cambio alotrópico; Entre una fase sólida y una fase líquida: fusión - solidificación;

6 Entre una fase sólida y una fase vapor (gas): sublimación - deposición (o sublimación inversa); Entre una fase líquida y una fase vapor: vaporización - condensación (o licuefacción). 1.2-Diagrama de fase de 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) 2.- Características de los diagramas de fases 1. Conocer que fases están presentes a diferentes composiciones y 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. FIGURA 1 Diagrama de fase de presión temperatura

7 3.-Diagrama isomorfo (Solubilidad Sólida Completa): Un diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones para cualquier combinación de temperatura y composición de la aleación. Cuando en la aleación sólo están presentes dos elementos, se puede elaborar un diagrama de fases binario. Se encuentran diagramas de fases binarios isomorfos en varios sistemas metálicos y cerámicos. En los sistemas isomorfos, sólo se forma una fase sólida; los dos componentes del sistema presentan solubilidad sólida ilimitada. 4.-Diagrama de fases Eutéctica: consiste en la Transformación de un líquido con la composición eutéctica en dos fases solidas durante el enfriamiento. Cuando en un sistema de dos componentes una composición determinada presenta un cambio de fase completa para los dos componentes, con inmiscibilidad en fase solida, y este punto presenta un mínimo de temperatura de fusión en el conjunto, decimos que se produce eutéctico. Las aleaciones que presentan eutécticos permiten la segregación de uno u otro de los componentes quedando atrapado el más rico en una matriz eutéctica.

8 Figura 4 Diagrama de Fase eutéctica 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. 5.- Composición de cada fase: Cada fase tiene una composición, expresada como el porcentaje de cada uno de los elementos de la fase. Por lo general, la composición se expresa en porcentaje en peso (% peso). Cuando está presente en la aleación una sola fase, su composición es igual a la de la aleación. Si la composición original de la aleación se modifica, entonces también deberá modificarse la de la fase. Sin embargo,

9 cuando coexisten dos fases como líquido y sólido, sus composiciones diferirán entre sí como de la composición general original, Si ésta cambia ligeramente, la composición de las dos fases no se afectará, siempre que la temperatura se conserve constante. 6.-La regla de la palanca Es una herramienta para determinar el porcentaje en peso de cada fase en un diagrama de fases binario. Se usa para determinar el porcentaje en peso de las fases líquida y sólida de un sistema binario composición-temperatura entre líquido y sólido La regla de la palanca permite conocer la composición química de las fases y las cantidades relativas de cada una de ellas. Estas cantidades normalmente se expresan como porcentaje del peso (% peso), es una regla matemática valida para cualquier diagrama binario. En regiones de una sola fase, la cantidad de la fase simple es 100%. En regiones

10 bifásicas, sin embargo, se deberá calcular la cantidad de cada fase. Una técnica es hacer un balance de materiales. Para calcular las cantidades de líquido y de sólido, se construye una palanca sobre la isoterma con su punto de apoyo en la composición original de la aleación (punto dado). El brazo de la palanca, opuesto a la composición de la fase cuya cantidad se calcula se divide por la longitud total de la palanca, para obtener la cantidad de dicha fase. En general la regla de la palanca se puede escribir de la siguiente forma: PORCENTAJE DE FASE = brazo opuesto de palanca x 100 Longitud local de la isoterma Se puede utilizar la regla de la palanca en cualquier región bifásica de un diagrama de fases binario. En regiones de una fase no se usa el cálculo de la regla de la palanca puesto que la respuesta es obvia (existe un 100% de dicha fase presente). 7.- Diagramas de Fase de Equilibrio: Los diagramas de equilibrio de fase son mapas (por ejemplo, en el espacio temperatura-presión o temperaturacomposición) de las fases estables de un material en función de las condiciones de P, T y composición.

11 _Diagrama de Fases Al trabajar con los diagramas de equilibrio se debe tener en cuenta algunas definiciones de palabras como lo son micro-estructura, fase, componente, solución solida y limite de solubilidad. _Micro-estructura: Las propiedades mecánicas y físicas de un material dependen de su micro-estructura. Esta puede consistir en una simple estructura de granos iguales en un metal o cerámica pura, o en una mezcla más compleja de distintas fases. _Fase: Porción homogénea de un sistema que tiene características físicas y químicas uniformes: un material puro, un sólido, un líquido o un gas. Si una sustancia sólida, puede existir en dos o más formas (por ej., puede tener tanto la estructura FCC como la BCC), cada una de estas estructuras es una fase diferente.

12 BIBLIOGRAFIA INTERNET: es.wikipedia.org INTERNET: elrincondelvago.com