Ciencias de los materiales

1. Republica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del poder popular para la educación universitaria
Politécnico Santiago Mariño
Cabimas - Zulia
Investigación sobre los diagrama de equilibrio
o fases
Realizado por:
Angelica López
Cedula: 28.435.793
Cabimas, 2020

2. CONTENIDO.
Diagrama de equilibrio o fases.
En termodinámica y ciencia de materiales se conoce como diagrama de
equilibrio de fases o diagrama de estados de la materia, 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.
Estos equilibrios pueden corresponder a los más variados tipos de sistemas
heterogéneos definidos como un líquido en equilibrio con su vapor, una solución
saturada en equilibrio con el soluto en exceso, dos sólidos parcialmente solubles en
equilibrio con un compuesto formado entre ellos, entre otros. El objetivo es describir
completamente el sistema.
El comportamiento de estos sistemas en equilibrio se estudia por medio
de gráficos conocidos como diagramas de fases, que se obtienen graficando en
función de variables como presión, temperatura y composición de los componentes
de un sistema, el sistema en equilibrio queda definido para cada punto. Un claro
ejemplo de este diagrama de fases son, los gráficos de cambio de estado físico, o
de presión de vapor de una solución de dos líquidos.
La mayoría de los diagramas de fases han sido construidos según
condiciones de equilibrio, siendo utilizadas por ingenieros y científicos para
entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de los materiales.
A partir de los diagramas de fase se puede obtener información como:
 Conocer que fases están presentes a diferentes composiciones y
temperaturas bajo condiciones de enfriamiento lento.
 Averiguar la solubilidad, en el estado sólido y en el equilibrio, de un elemento
(compuesto) en otro.
 Determinar la temperatura en la cual una aleación enfriada bajo condiciones
de equilibrio comienza a solidificar, y la temperatura a la cual ocurre la
solidificación.

3.  Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirse diferentes fases.
Origen.
Los diagramas de fase se definen como una de las herramientas más
poderosas en el estudio del desarrollo de la microestructura.
Un diagrama de fases está constituido por la información derivada de los
principios termodinámicos, particularmente destacado a determinado rango de
composición, y presentado de una forma que facilita su interpretación. Este
conocido diagrama muestra las fases que están presentes en condiciones de
equilibrio, la composición de las fases sobre un rango de temperaturas y presiones.
Normalmente, no se tiene en cuenta el efecto de la presión sobre el equilibrio
termodinámico de las fases presentes, ya que habitualmente se hace con fases
condensadas (sólido o líquido) en sistemas a presión atmosférica.
Tipos.
 Diagrama de componentes totalmente soluble en estado líquido e
insoluble en estado solido
Cada metal disminuye el punto de fusión del otro. La línea de liquidus,
muestra un punto mínimo, conocido como punto eutéctico.
Diagrama de fase binario con eutéctico.

4. El diagrama está formado por cuatro áreas:
El área superior de la línea liquidus es una solución líquida
homogéneade una sola fase, ya que los dos metales son solubles en estado
líquido. Las áreas restantes son de dos fases.
En estas aleaciones ocurre la reacción eutéctica: reacción que se
produce a una temperatura fija llamada temperatura eutéctica y quetermina
en un sólido eutéctico.
Un sólido eutéctico tiene una forma diferente a las otras fases de la
aleación, por lo que se considera una fase del material: se solidifican
alternativamente A y B puros, resultando una mezcla muy fina (mezcla
eutéctica). LA reacción que se produce durante el enfriamiento es Líquido
→ sólido eutéctico (sólido 1+ sólido 2)
 Diagrama de componentes totalmente solubles en los estados sólidos
y líquidos
Dos metales completamente solubles en los estados líquido y sólido: como
los dos metales son completamente solubles en el estado sólido, el único tipo
de fase sólida formada será una solución sólida sustitucional. (Ejemplo Cu-
Ni - [1])
Se analiza la imagen y lo que sucede durante un enfriamiento lento desde
1300º hasta 1100º, tomando como referencia la vertical discontinua de
puntos a,b,c,d.

5. Punto a: todo en estado líquido. Composición: 35% Ni y 65% Cu
Punto b: Corte con la "línea Liquidus" ⇒ Aparición "α" (1700º aprox)
Composición: L ⇒ 35% Ni y 65% Cu
α ⇒ 49% Ni y 51% Cu
Punto c: Región bifásica ⇒ L + α (1500º aprox)
Composición: L ⇒ 30% Ni y 70% Cu
α ⇒ 43% Ni y 57% Cu
Punto d: Corte con la "línea Sólidus" ⇒ desaparición "L" (1220º aprox)
Composición: L ⇒ 23% Ni y 77% Cu
α ⇒ 35% Ni y 65% Cu
Punto e: todo sólido "α" (composición α: 35% Ni y 65% Cu)
 Diagrama de componentes totalmente solubles en estado líquido y
parcialmente soluble en estado sólido.

6. Son aleaciones por inserción, en las cuales el soluto puede disolverse hasta
llenar los intersticios del disolvente, formando una solución sólida con un
valor máximo de concentración.
Para concentraciones superiores, se va solidificando disolvente saturado de
soluto hasta que se acaba el disolvente. A continuación, todo el soluto
restante solidifica formando granos aparte de los de solución sólida y
recubriéndolos.
Y el diagrama que corresponde a este tipo de aleaciones es:
En las aleaciones parcialmente solubles en estado sólido es corriente que al
solidificar totalmente se admite una cantidad de soluto, pero según se va
enfriando el material se producen contracciones que expulsan Átomos de
soluto de la red del disolvente. Por lo tanto, los diagramas en realidad son de
este tipo:

7. Aplicaciones.
El equilibrio de fases tiene una amplia gama de aplicaciones en industrias
que incluyen la producción de diferentes alótropos de carbono, la reducción del
punto de congelación del agua mediante la disolución de sal (salmuera), la
purificación de componentes por destilación, el uso de emulsiones en la producción
de alimentos, la industria farmacéutica, etc.
El equilibrio sólido-sólido ocupa un lugar especial en la metalurgia y se utiliza
para hacer aleaciones de diferentes propiedades físicas y químicas. Por ejemplo, el
punto de fusión de las aleaciones del cobre y la plata es más bajo que el punto de
fusión del cobre o de la plata.