7.7DiagramaFases1

7.7 EL DIAGRAMA EQUILIBRIO DE FASES
7.7.1 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
•
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
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: α
• La solución sólida de A
en B: β
•
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 α y β.
• Tanto α 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.
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 α: 5,2% B
• Composición fase líquida:
34,5% B
• Recordar: composición global (α+L) no ha cambiado.
•
Así, al enfriar desde una composición Co y una
temperatura Tx, se pueden contestar las
siguientes preguntas:
•
•
•
¿qué fases están presentes?
¿cuál es su composición?
si se reduce Tx, ¿cómo variará la composición
de las 2 fases?
•
¿Fases presentes?
• Isoterma a Tx 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 Tx 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.
•
En esencia se tiene una composición Co (i.e.,
cantidad determinada de átomos de A y de B)
que se distribuyen en las 2 fases de distinta
composición:
Co = fα Cα + f Líq C Líq
y
f Líq = 1 − f α
Ordenando:
C o + C Líq = fα (Cα − C Líq )
lo cual resulta finalmente:
fα =
•
C o − C Líq
Cα − C Líq Regla de la palanca
Básicamente, las proporciones de las fases
presentes están dadas por las longitudes
relativas de la isoterma.
• Proporciones de cada fase
están dadas por:
Y
X +Y
X
=
X +Y
fα =
f Líq
• A medida que el líquido es
enfriado y cruza la línea de
liquidus, la proporción de Y1 es
pequeña c/r a X1
• Línea derecha: α
• Línea izquierda: líquido
• Línea más alejada es la que
corresponde a la fase.
34,5 − 23,7
= 0,367 = 36,7%
34,5 − 5,2
= 1 − fα = 1 − 36,7% = 63,3%
fα =
f Líq
7.7.3 MICROESTRUCTURA DE ALEACIONES
7.7.3.1 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.