DIAGRAMAS DE FASES O DE EQUILIBRIO

∙ Representación gráfica del estado de agregación de una aleación.

∙ Si se varía la composición de la aleación, la temperatura y su presión, también cambia el estado de la aleación.

∙ DOS PREMISAS:1. Una aleación X tiene distintos estados en función de su temperatura.

2. Dos aleaciones X e Y pueden tener estados diferentes a una misma temperatura.

DIAGRAMA DE FASES: Muestra los estados estables para una determinada temperatura.

REGLA DE LAS FASES DE GIBBS: F+N=C+2F: FASE: Parte homogénea de un sistema, separada del resto a través de una superficie.

C: COMPONENTES: Elementos o sustancias que forman el sistema.

N: GRADOS DE LIBERTAD: Número de factores externos e internos (T, P y concentración) que pueden cambiarse sin variar el número de fases del sistema.

Las sustancias puras (agua), también tienen su diagrama de fases:

∙ En el punto triple: F=3; C=13+N=1+2N=0Si se varía P o T no se mantienen las tres fases.

∙ En la curva de vaporización: F=2; C=12+N=1+2N=1Puedo variar P o T y seguir manteniendo dos fases.

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A)ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL EN LOS ESTADOS SÓLIDO Y LÍQUIDO.

∙ Se trata de dos metales totalmente solubles en estado líquido y sólido.∙ Generalmente tienen la misma estructura cristalina y se genera una aleación resultante por sustitución.

PUNTO 1:

∙ 1 sola fase (solución líquida homogénea) con composición química 60A 40B

PUNTO 2:

∙ 2 fases (líquida y sólida) con composición química: Líquido: X (%A%B)Sólido: Y (%A%B)

PUNTO 3:

∙ 1 sola fase (solución sólida homogénea) con composición química 60A 40B

Queda por calcular la composición química de las fases en la región bifásica.¡REGLA DE LA PALANCA!

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REGLA DE LA PALANCA (I)

PROCEDIMIENTO:

a) Trazar una línea horizontal (isoterma) para la temperatura considerada (LÍNEA DE VÍNCULO O COEXISTENCIA) hasta la intersección con las líneas liquidus y solidus.

b) La proyección sobre el eje de abscisas permite leer directamente las composiciones de las fases :C α (%A %B): SólidoC L (%A %B): Líquido

c) Se determinan las cantidades relativas de cada fase a través de la Regla de la palanca:

Son inversamente proporcionales, respectivamente, a la distancia en la línea de vínculo hasta las líneas de liquidus y solidus

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REGLA DE LA PALANCA (II)

Aquí solidifica el último resto de líquido, siyuado en las fronteras de grano. La difusión logrará al final que la composición última de todos los granos sea uniforme.

¡En este esquema no están expresadas las cantidades relativas de cada fase!

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B)ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO LÍQUIDO E INSOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SÓLIDO .

∙ Las curvas de enfriamiento se obtienen experimentalmente.∙ Existe una curva de enfriamiento que muestra la solifdificación a temperatura constante que, además, es la más baja de la serie.∙ A esta aleación se le llama eutéctica y a su temperatura temperatura eutéctica .∙ El proceso de solidificación de esta aleación se parece a la de una sustancia pura, pero no lo es porque el sólido está constituido por dos fases.

∙ La mezcla eutéctica es una mezcla muy fina de granos de A y de B íntimamente ligados y que constituye una única fase.

Aleaciones hipoeutécticas Aleaciones hipereutécticas

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ENFRIAMIENTO EN EQUILIBRIO

ALEACIÓN 1:

∙ Composición eutéctica.∙ TE<T<T0: Mezcla líquida homogénea.∙ T=TE: Tiene lugar la solidificación a temperatura constante.∙ T<TE: Aleación sólida cuya composición es la mezcla eutéctica.

ALEACIÓN 2:

∙ Aleación hipoeutéctica.∙ T0<T<T1: Mezcla líquida homogénea.∙ T1<T<TE: Comienza a solidificar sólido A, aumentando la concentración de B en el líquido.∙ T=TE: El líquido sufre la reacción utéctica, solidificando la mezcla eutéctica..∙ Cuanto más cerca de E, habrá mayor porcentaje de mezcla eutéctica (A+B).

ALEACIÓN 3:

∙ Razonamiento análogo al caso anterior.

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B)ALEACIONES CON SOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO LÍQUIDO Y SOLUBILIDAD PARCIAL EN ESTADO SÓLIDO .

∙ La mayoría de los metales muestran alguna solubilidad de uno en otro en estado sólido. Es el tipo más frecuente y, por tanto, el sistema de aleación más importante.

∙ El diagrama de fases se obtiene de las curvas de enfriamiento.

∙ Nunca cristalizan A y B puros, sino en forma de soluciones α y β. Estas soluciones, limitadas por los ejes, se llaman soluciones sólidas terminales .

∙ Aparecen dos curvas nuevas: Solvus : Indican la máxima solubilidad de B en A (α) y la máxima solubilidad de A en B (β).

∙ Si T desciende, también lo hace la solubilidad.

∙ El punto de corte de estas líneas con el eje de abscisas marca la solubilidad a temperatura ambiente.

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ENFRIAMIENTO EN EQUILIBRIO

ALEACIÓN 1:

∙ Proceso idéntico al de cualquier aleación son solubilidad total en estado líquido y sólido.

ALEACIÓN 2:

∙ Aleación eutéctica.∙ Puede aplicarse la regla de la palanca para determinar lacomposición de cada fase.∙ Existe cambio en las cantidades de α y β al enfriarse porque las líneas solvus son curvas.

∙ No puede saberse si la mezcla eutéctica está compuesta por A+B o por α+β.

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ALEACIÓN 3:

∙ Líquido hasta T3.∙ A partir de T3 cristaliza α, rica en A.∙ Si la temperatura disminuye, aumenta el procentaje de β en el líquido.∙ En TE el líquido que resta sufre la reacción eutéctica (α y β) de composición dada por la recta FG.∙ Si la temperatura sigue disminuyendo, precipita algo de α debido al descenso de solubilidad dado por la solvus.

ALEACIÓN 4:

∙ Sigue un proceso análogo al de la aleación nº 1.∙ En P: solución insaturada.∙ En Q: solución saturada de B.∙ Si la temperatura sigue disminuyendo, el exceso de B debe salir pero, al ser soluble en A, sale como β.

∙ La aleación a temperatura ambiente estará constituida por granos de α con pequeñas cantidades de β alojadas en la frontera de grano.

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