Diagramas de Fases Binarios
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Diagramas de Fases
Algunos conceptos básicos
• Fase– Una región homogénea con propiedades y
estructuras físicas similares– En principio, pueden ser aisladas– Pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas
• Diagrama de fase– Representción de fases presentes bajo
un conjunto de condiciones (P, T, Composiciónn etc.)
Conceptos…...
• Transformación de fases– Cambio de una fase a otra– E.g. L S, S S etc.– Se produce por un cambio de energía
negativa, va de un estado de alta a bajaenergía.
• Límite de fase– Límite entre fases en un diagrama de fases.
Un diagrama de fases simples
Punto triple(punto invariante)
Sólido
Líquido
Vapor
Presión
Temperatura
Diagrama de fases
Sistema: H2O
Regla de las fases de Gibbs
P + F = C + 2 P=número de fasesC=número de componentesF=número de grados de libertad
(número de varibles independientes)
Regla de las Fases modificadas (para sistemas incompresibles)
P + F = C + 1Presión es una variable constante
F = C - P + 2
F = C - P + 1
Aplicación de la regla de las fases
En el punto triple, P=3, C=1, F=0Es decir, es un punto invariante.
En el límite de fases, P=2, C=1, F=1
En cada fase, P=1, C=1, F=2
Curvas de Solidificación(enfriamiento)
L
S
L
S
Metal puro Aleación
TmL S L + S
Solidificacióncompleta
Comienzo de la solidificación
TL
TS
Construcción de un diagrma de fasessimple
• Realizar un experimento• Tomar 10 muestras de metal(Cu puro,
Cu-10%Ni, Cu-20%Ni, Cu-30%Ni………, Ni puro)
• Fundir cada muestra y dejarlasolidificar
• Registrar las curvas de enfriamiento• Anotar las temperaturas a las cuales
ocurren las transformaciones de fases
Resultados
L
S
L S
t
T
L
L + S
TL
TS S
L
L + S
TL
TS
Cu puroCu-10%Ni
Cu-20%Ni
LL S
Ni puroS
TNi
TCu
Diagrama de fase binario
x xx
x
x
x
xxx
x x
x
x x x x
x x x xL+S
LTemp
TCu
TNi
S
Composición
60 7040 50
%Ni10 80 903020
0 100
Cu Ni
Cu
Ni
Cambios microestructurales durante la solidificación
L
S
L S
T
t
Tm
L
S
Metal puro
S
Cambios microestructurales durante la solidificación
L
S
Aleación
L + STL
TS
L
S
T
t
L
Diagrama de fases binarios
L+S
LT
S
Composición
10 60 70 80 9030 40 50
%B20
0 100
A B
L
L
S
T1
T2
T3
T4
CL C0 CS
Notas• Este es un diagrama de fases en el
equilibrio (enfriamiento lento)• El límite de fases que separa el líquido L de
la región L+S se llama LIQUIDUS• El límite de fases que separa el sólido S de
la región L+S se llama SOLIDUS• La línea horizontal (isoterma) dibujada a
una temperatura específica se llama (Cónoda) TIE LINE
• La cónoda conecta regiones de dos fases• La composición promedio de la aleación es
CO
• La intersección de la cónoda con la línealíquidus entrega la composición del líquido, CL
• La intersección de la cónoda con la líneasolidus entrega la composición del sólido, CS
• A través de un simple balance de masa,CO = fS CS + fL CL
fS + fL = 1CO = fS CS + (1- fS) CL
Sf = 0C − LCSC − LC
Sf = OC − LCSC − LC
Lf = SC − OCSC − LCRegla de
la palanca
Algunos cálculos• En el diagrma a T3, CO= A-40%B,
CS=A-90%B y CL=A-11%B
• Por lo tanto, fS=29/79 o 37% y fL=50/79 o 63%
• Si tomanos una cantidad inicial de aleación=100 g,
Cantidad de sólido=37 g (3.7 g de A y33.4 g de B) y la cantidad de líquido = 63 g (56.07 g de A y 6.93 g de B)
El Diagrama de Fases Eutéctico
T
A B%B
L
a+Lb+L
TE
a+b
E
CE
ab
LiquidusSolidusSolvus
L a + b (TE, CL=CE)
T
A BB
L
a+Lb+L
TE
a+b
E
CE
ab
A o B puros
Otras aleacionesentre A y B
CE
LL
S
a+bLa+b
L
LL+aL a+b
a+b
T
A B%B
L
a+Lb+L
a+b
TE
E
CE
ab
Solidificación de una aleación de composición eutéctica
L
S
a+b
a+b
Microestructura eutécticaEstructura laminar
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T
A B%B
L
a+Lb+L
a+b
TE
CE
ab
L
Proeutectic a
a+b
a+b
L
T
A B%B
L
a+Lb+L
a+b
TE
CE
ab
L
a
b partículas
El Diagrama de Fases Eutéctico
T
A B%B
γ
α+ γβ+ γ
E
TE
α+βCE
αβ
γ α + β (TE, Cγ=CE)
γ
T
A B%B
γ
α+ γβ+ γ
α+β
E
TE
CE
αβ
Enfriamiento de una aleación de composición eutéctica
S
α+β
α+β
γ
γ
T
A B%B
γ
α+ γβ+ γ
α+β
E
TEαβ
Enfriamiento de una aleación de composición hipoeutéctica
S
α+β
α+β
γ
γ
α
α
El Diagrama de Fases Peritéctico
T
A B%B
L
α+ Lβ+ L
α+β
PTP
CP
α
β
α + L β (at TP)
NM
α y L reaccionarán solamente en la proporción= NP:PM
L
L
β
β
T
A B%B
L
α+ Lβ+ L
α+β
PTP
CP
α
β
α + L β ( at TP)
NM
α y L reaccionarán solamente en la proporción= NP:PM
10 25 85
NP:PM=1:2
60
L
L
α
L
α
β
T
A B%B
L
α+ Lβ+ LP
TP
CP
α+β
α
β
α + L β (at TP)
NM
L
L
α
L
β
β