Este documento describe los diagramas de fases, incluyendo sus definiciones, componentes y tipos. Explica que los diagramas de fases muestran las fases presentes en un sistema de materiales a diferentes temperaturas y composiciones y son utilizados por ingenieros y científicos para entender y predecir el comportamiento de los materiales. También describe los tres tipos principales de diagramas de fases binarios y sus características.

1. Estudiante: German Rodríguez
C.I 27.406.918

2. 1) Diagrama de Equilibrio
Diagrama de Fases
Son representaciones gráficas de las fases que están presentes en un
sistema de materiales a varias temperaturas, presiones y composiciones.
La mayoría de los diagramas de fase han sido construidos según
condiciones de equilibrio (condiciones de enfriamiento lento), siendo
utilizadas por ingenieros y científicos para entender y predecir muchos
aspectos del comportamiento de los materiales. Los diagramas de fases
más comunes involucran temperatura versus composición.
Micro-estructura: las propiedades mecánicas y físicas de un material
dependen de su micro-estructura. Esta puede consistir en una “simple”
estructura de granos iguales en un metal o cerámica pura, o en una mezcla
más compleja de distintas fases. Un ejemplo de micro-estructura puede ser:
ferrita y perlita.

3. Fase
1) una fase tiene una misma estructura o arreglo atómico en todo el material
2) una fase tiene aproximadamente una misma composición y propiedades
3) hay una interface definida entre una fase y cualquier otra que la rodea o que
sea su vecina.
Ejemplo: un bloque de hielo en una cámara de vacío, en estas condiciones, se
tendrán en coexistencia tres fases: H2O líquido, H2O sólido Y H2O gaseoso, cada
una siendo una fase diferente, con arreglos atómicos únicos, propiedades únicas y
límites definidos entre ellas.
Componente: se refiere al tipo de material que puede distinguirse de otro por su
naturaleza de sustancia química diferente. Por ejemplo, una solución es un
sistema homogéneo (una sola fase) pero sin embargo está constituida por al
menos dos componentes. Un ejemplo muy sencillo: Mezcla agua hielo 0°C: Tienen
un componente: Agua y dos fases: sólido y líquido.
Solución Sólida: Mezcla de átomos de dos tipos diferentes: uno mayoritario, que
es el disolvente y otro minoritario, que es el soluto. Los átomos del soluto ocupan
posiciones sustituciones o intersticiales en la red del disolvente y se mantiene la
estructura cristalina del disolvente puro.
Origen de los diagramas de equilibrio o fase
Los diagramas de fase son 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. El diagrama muestra las fases que están presentes en condiciones
de equilibrio, la composición de las fases sobre un rango de temperaturas y
presiones. Normalmente (y así será en la mayoría de los ejemplos de este curso),
no tenemos en cuenta el efecto de la presión sobre el equilibrio termodinámico de
las fases presentes, ya que habitualmente lo hacemos con fases condensadas
(sólido o líquido) en sistemas a presión atmosférica.

4. Diagramas de Fase de Equilibrio: los diagramas de equilibrio de fase son mapas
(por ejemplo, en el espacio temperatura-presión o temperatura-composición) de
las fases estables de un material en función de las condiciones de P, T y
composición.
Ejemplo diagrama de fase (Agua).
Diagrama de fase del H2O.
Diagrama de Fase Binarios: forma del diagrama de fases en el cual solo hay dos
componentes. Su mayor aplicabilidad es en las áreas de la metalurgia, química y
física. Como ejemplo se -tiene el diagrama Cu-Ni y el diagrama Ag-Cu:
Diagrama de Fase binario Cu-Ni.

5. Diagrama de fases binario
Tipo 1: 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]
Analicemos en la imagen [2] lo que sucede durante un enfriamiento lento desde
1300º hasta 1100º, tomando como referencia la vertical discontinua de puntos
a,b,c,d.
Punto a: todo en estado líquido. Composición: 35% Ni y 65% Cu
Punto b: Corte con la "línea Líquidos" ⇒ Aparición "α" (1700º aprox)
Comp: 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

6. Punto e: todo sólido "α" (composición α 35% Ni y 65% Cu)

7. Tipo 2: Diagrama de fase binario con eutéctico (imagen [3])
Solubilidad total en estado líquido e insoluble en estado sólido. Cada metal
disminuye el punto de fusión del otro. La línea de líquidos, muestra un punto
mínimo, conocido como punto eutéctico.
El diagrama está formado por cuatro áreas:
El área superior de la línea líquidos es una solución líquida homogénea de 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 que termina 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)

8. Tipo 3: dos metales completamente solubles en el estado líquido, pero sólo
parcialmente solubles en el estado sólido. (Ejemplo: aleación Pb -Sn) [4]
Cuando la solubilidad es parcial, el diagrama de fases es diferente:
La línea de solubilidad describe cuánto de un componente puede disolverse en
otro.
Al cruzar la línea de solubilidad durante el enfriamiento se da la precipitación de
una de las fases.
En estas aleaciones ocurre también la reacción eutéctica.

9. Aplicación de los diagramas de equilibrio o fase
Los equilibrios de fase y sus respectivos diagramas de fase en sistemas
multicomponentes tienen aplicaciones importantes en química, geología y ciencia
de los materiales. Por otra parte, los diagramas de fases son de gran importancia
pues apoyan, entre otros, estudios de solidificación, microestructura, metalurgia
física y el "diseño de nuevos materiales".
Importancia de los diagramas de fases
Los diagramas de fase son de gran importancia en la ingeniería de materiales,
pues apoyan, entre otros, estudios de solidificación, microestructura, metalurgia
física y diseño de nuevos materiales. También lo son en la práctica general de
ingeniería relacionada de algún modo con la manipulación y el procesamiento de
materiales, donde permiten relacionar los procesos de obtención con la estructura
y ésta con propiedades de diseño y de este modo concebir y optimizar dichos
procesos para obtener el producto deseado. Teóricamente los diagramas de fase
pueden ser obtenidos mediante relaciones termodinámicas, pero en la práctica el
modelado preciso es bastante complejo y en la mayoría de los casos se necesitan
datos termodinámicos que muchas veces no están disponibles. Por esta razón
suelen usarse relaciones relativamente simples como base de modelos que
pueden ser sensiblemente mejorados con la ayuda de técnicas computacionales y
de disciplinas como la termodinámica estadística. Los modelos termodinámicos
que permiten obtener los diagramas de fase son de gran importancia ya que los
datos experimentales no son totalmente confiables, bien porque se obtuvieron con
técnicas poco precisas o porque, en general, hay poca precisión en la región de
baja temperatura debido a que en estas condiciones la difusión es muy lenta y
tomaría muchísimo tiempo alcanzar el equilibrio.