DIAGRAMAS DE FASES
Diagramas de fases
DIAGRAMA DE FASES EN CIENCIA DE LOS MATERIALES Estas reas se vienen integrando a travs de las actividades de la Organizacin CALPHAD.
rea de la metalurgia, fsica de slidos y ciencia de los materiales: Se estudian las fases, sus composiciones, estructura, forma, distribucin y estabilidad termodinmica
rea de la termoqumica y la termodinmica: Se miden las propiedades termodinmicas de las fase y las leyes que gobiernan el equilibrio de fases
reas de aplicacin
DIAGRAMAS DE FASES BINARIOS
Sistema Peritectoide
Sistema Eutctico
Sistema Eutectoide
Sistema Monotctico
Sistema Peritctico
Punto crtico
Lnea de coexistencia
L +
+
L1 L2 +
L
+
+
Sistema Sintctico
Isomorfo con Mximo
Isomorfo con Mnimo
L1 + L2
L
Sistemas binarios isomorfos Dos sistemas mutuamente solubles al estado lquido y al estado slido P + F = C + 2 = 4
C P V 2 1 3: P, T, x1 2 2 2: P, T 2 3 1: P 2 4 0
En la regin monofsica F = 3 (P, T, x1En la regin bifsica F = 2 (P, T)
)
En la regin trifsica F = 1 (P) Sistemas isomorfos con mnimos y mximos En los puntos mnimos y mximos ocurre la fusin congruente Sistema binario eutctico y eutectoide En la regin monofsica F = 3 (P, T, x1En la regin bifsica F = 2 (P, T)
)
En la regin trifsica F = 1 (P)
IAGRAMAS DE FASES BINARIOS
Diagrama isomorfo Como ejemplo vase la figura 1 el diagrama Bi-Sn. Est compuesto por una
solucin lquida L y una solucin slida S.
Sistema Eutctico Simple
Cuanto mas positiva es gE mas alto es Tc y mas amplia se hace la regin de
miscibilidad (figura 7). Esto puede conducir a la situacin que se muestra en la
figura 7 para Ag-Cu. El correspondiente diagrama g para este sistema se
muestra en la figura 7 para T = 1100oK en donde se tiene dos tangentes que
definen dos regiones de coexistencia de soluciones slidas con soluciones
lquidas. Al disminuir la temperatura por debajo de 1100oK gS desciende en
relacin a gL de manera que a una temperatura dada los dos puntos de
tangencia de gS con gL se encuentren en una misma tangente. Entonces se
tiene la coexistencia de dos soluciones slidas de composicin A y B con una
solucin lquida de composicin E. Esta temperatura se denomina temperatura
eutctica TE y la composicin E la composicin eutctica. A T < TE gL se
encuentra por encima a la tangente comn a las dos porciones de la curva gS
.
y por lo tanto se observa una brecha de solubilidad, en donde las
composiciones de dos soluciones slidas varan con T vara a lo largo de la
denominada curva solidus.
Inmiscibilidad Lquido-Lquido. Monotcticos
En la figura 8 (e ) se muestra que una desviacin positiva en el lquido da lugar
a una brecha de miscibilidad L- L. Un ejemplo real lo constituye el sistema Cu-
Pb de la figura 9. Si una aleacin Cu-Pb con XPb = 0.10 se enfra lentamente
desde el estado L, el Cu slido aparece a 1260oK. Si se contina enfriando la
composicin del lquido sigue la curva liquidus hasta alcanzar el punto A a
1227o
K en donde ocurre la siguiente transformacin invariante monotctica
Solucin lquida A solucin lquida B + Cu(slido)
(5)
Al continuar el enfriamiento por debajo de la temperatura monotctica se tiene
Cu(slido)
coexistiendo con solucin lquida cuya composicin vara a lo largo del
liquidus BA
Peritcticos
La transformacin invariante que se muestra en la figura (8i) se denomina
peritctico. Como ejemplo se tiene el sistema Au-Fe (figura 10).que exhibe un
peritctico PRQ a 1441 oK y otro a 1710oK. Las energas libres para L y el
slido FCC se muestra en la misma figura con gL y gFRCC a Tp = 1441oK. PQR
es la tangente comn a ambas fases. Considrese el lento enfriamiento de la
aleacin XFe = 0.65 desde el estado L. A temperatura justo por encima de
1441oK, T = Tp + dT una solucin lquida de composicin P se encuentra en
equilibrio con un slido FCC de composicin R. A temperatura justo por debajo
de Tp, T = Tp
dT las dos fases en equilibrio son un lquido de composicin P
y un slido de composicin Q. La transformacin peritctica invariante es
LquidoP + slido2R slido1Q
(6)
En el caso de cualquier aleacin de composicin entre P y Q la transformacin
(6) ocurre isotrmicamente hasta que se consuma todo el slido. En el caso de
las aleaciones de composicin entre Q y R la fase L ser la primera en
consumirse en (6)
Sintctico
Esta transformacin se observa en la figura 8k y que es muy raramente
observada en las aleaciones. Ejemplos K-Pb y K-Zn. En esta transformacin un
slido se descompone por calentamiento en dos soluciones lquidas
Miscibilidad slida con diferentes estructuras
Las regiones de miscibilidad analizadas corresponden a soluciones slidas de
la misma estructura cristalina pero con distintas solubilidades, de manera que
la energa libre de la fase slida gS se puede representar mediante una sola
funcin continua. En el caso del diagrama Cd-Pb (figura 12) las soluciones
slidas coexistentes son de distintas estructuras cristalinas y por lo tanto para
cada una de ella se debe calcular su gS
.
Fases Intermedias
Un ejemplo es la fase de la figura 13 que aparece en una regin intermedia
en torno a XAg = 0.5. As mismo se ha representado esquemticamente la
correspondiente curva de energa libre g cuyo mnimo ocurre cercanamente a
XAg = 0.5 y aumenta rpidamente lo que hace que esta fase aparezca sobre un
estrecho rango de composicin. La variacin de las funciones g de las fases
coexistentes con la temperatura hacen que los puntos de tangencia varen de
manera que el diagrama presenta un mximo en XAg
Otro ejemplo se muestra en la figura 14 para el sistema Na-Bi con las
representaciones de g para las fases Na
= 0.5, aunque no hay
razones termodinmicas para que se produzca en esta composicin.
0.75Bi0.25 (que es la forma equivalente
de Na3Bi)y Na0.50Bi0.50 y la solucin lquida a 700oC. Los puntos de tangencia
Q1 y Q2 de las tangentes comunes P1Q1 y P2Q2 son casi pero no exactamente
coincidentes. El rango de composicin de Na3Bi es muy estrecho pero nunca
cero y suele referrsele como un compuesto intermetlico (en realidad es un
compuesto inico). Las dos regiones bifsicas Na3Bi + L pasan por un mximo
a 775oC que se denomina punto de congruencia porque en ella cuando se
calienta el Na3Bi funde isotrmicamente formando una fase lquida de la misma
composicin tal cual lo hacen los metales puros. En cambio el compuesto NaBi
al calentarse a 446oC funde isotrmicamente pero incongruentemente
(formando una fase slida y una lquida). La fase Ag3
Mg() funde
peritcticamente, es decir incongruentemente.
DIAGRAMAS DE FASES BINARIOSSistemas binarios isomorfosDos sistemas mutuamente solubles al estado lquido y al estado slidoP + F = C + 2 = 4Sistemas isomorfos con mnimos y mximosSistema binario eutctico y eutectoide
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