en el diagrama de fases se hablara de la definicion, la regla de las fases de Gibbs, sistema binarios isomoros, la regla de palanca, curvas de enfriamientos y se planteara unos ejercicios con su respectiva solucion

1. Instituto Politécnico Universitario
“Santiago Mariño”
Extensión Porlamar
Realizado Por:
José Alexander Acevedo Baena

2. Diagramas de Fase: son representaciones gráficas de cuales fases están
presentes en un sistema material en función de la temperatura, la presión y
la composición. Son representaciones gráficas de las condiciones
termodinámicas de equilibrio.
Estado de Equilibrio de un Sistema: es aquel en el cual sus propiedades no
cambian con el tiempo, a menos que se ejerza una alteración de la
temperatura, la presión o la composición, o la aplicación de fuerzas
externas de tipo eléctrico, magnético, etc.
Fase: cualquier porción del sistema físicamente homogénea y separada
por una superficie mecánicamente separable de otras porciones. Por
ejemplo, un vaso de agua con cubos de hielo constituye dos fases distintas
de una misma sustancia (agua). Los cubos de hielo son una fase sólida y el
agua líquida es una fase líquida.

3. La construcción de diagramas de fase sigue las leyes de la
termodinámica. Una de esas leyes es la regla de las fases de Gibbs, que
establece un criterio para definir el número de fases en equilibrio en un
sistema:
Donde:
P - número de fases en equilibrio,
F - número de grados de libertad o variación
C - número de componentes, y
N - número de variables excepto las de composición
(normalmente presión y temperatura)

4. Para la mayoría de los sistemas N=2 (presión y temperatura) y en la
mayoría de los procesos la presión es constante, así que N=1.
Para un sistema de dos componentes (binario) esta regla
queda:
Así para F = 0, se tiene que el número máximo de fases en equilíbrio en
un sistema binario, es:

5. Por tanto, en un sistema binario cuando 3 fases están en equilibrio, el
número de grados de libertad es 0 (F=0). De esta forma el equilibrio es
invariante, o sea, todas las variables son fijas, por tanto el equilibrio
entre 3 fases ocurre a una determinada temperatura y las
composiciones de las 3 fases son fijas.
Eutéctica: L = S1+S2 Eutectoide: S1 = S2+S3
Peritéctica: L+S1 =S2 Peritectoide: S1+S2 = S3
Las principales reacciones en sistema binario
involucrando 3 fases

6. Los sistemas binarios se denominan isomorfos cuando existe solubilidad
completa de los dos componentes en estado líquido y sólido. Para que
ocurra solubilidad completa en estado sólido, ambos elementos aleantes
deben tener la misma estructura cristalina, radios atómicos y
electronegatividades casi iguales y valencias similares. Éste es el caso
del sistema Cobre-Níquel que se muestra

7. En el diagrama aparecen tres
regiones o campos de fases. Un
campo alfa (α), un campo líquido (L)
y un campo bifásico (α + L). Cada
región está definida por la fase o
fases existentes en el intervalo de
temperaturas y composiciones
acotadas por los límites de fases. El
líquido L es una disolución líquida
homogénea compuesta de cobre y
níquel. La fase α es una disolución
sólida sustitucional que consiste de
átomos de Cu y Ni, de estructura
cúbica de caras centrada. A
temperaturas inferiores a 1080°C, el
Cu y el Ni son mutuamente solubles
en estado sólido para todas las
composiciones, razón por la cual el
sistema se denomina isomorfo.

8. Es usada para determinar las proporciones de las fases en equilibrio en
un campo de dos fases
Fracción Liquida Fracción Solida

9. Si representamos en unos ejes de coordenadas las temperaturas y el tiempo
transcurrido desde el estado liquido al solido, podemos ver la variación de
velocidad de solidificación que experimenta la aleación al pasar por una curva
de fase.
En la grafica siguiente se muestran las curvas de enfriamiento
correspondientes al 100% de A, 50% de A y 100% de B

10. 1. Con el diagrama de equilibrio Cu - Ni. Determinar para una aleación con el
40 % de Ni:
A) Curva de
enfriamiento,
intervalo de
solidificación, fases
presentes en cada
una de las
regiones que
atraviesa.
B) Relación de
fases y pesos de
las mismas a
1250° C para una
aleación de 600 kg.

11. Solución:
A) Por encima de 1280°C toda la aleación está en estado líquido (1 fase).
Entre 1280° y 1200°C (intervalo de solidificación) coexisten las fases líquida y
solución sólida (2 fases). Por debajo de 1200°C toda la aleación ha solidificado
en forma de solución sólida (1 fase). La curva de enfriamiento aparece
representada junto al diagrama.
b) Aplicando la regla de la
palanca:
mL + mS = 600
luego :
mL = 300 Kg
mS = 300 Kg

12. 2. Haciendo uso del diagrama Bi - Sb. Calcular para una aleación con 45 % de Sb:
a)Transformaciones que
experimenta al enfriarse lenta-
mente desde el estado líquido
hasta la temperatura ambiente.
b)Dibújese la curva de
enfriamiento.
c) Si el enfriamiento no se
verifica en condiciones de
equilibrio, ¿cuál será la máxima
diferencia de concentración entre
el centro de un grano y su
periferia?
d) ¿A qué temperatura habrá un
50 % de aleación en estado
líquido?
e) Porcentaje de las fases a
400°C.

13. Solución:
a) Por encima de 510°C se encuentra en estado líquido (1 fase); por debajo
de 350°C todo es solución sólida (1 fase); entre 510° y 350°C coexisten
líquido y solución sólida (2 fases).
b) La curva de enfriamiento aparece representada junto al diagrama.

14. c) Al formarse un grano no homogéneo, las concentración de Sb varía
desde el 87.5 % (primera solidificación) hasta el 10 % (final de la
solidificación) para la concentración considerada.
d) Cuando esto ocurre Líquido/Sólido = 1, es decir, los segmentos a y b
deben de ser iguales. Esto ocurre a 415°C. (Solución gráfica).
e) Líquido + Solución sólida a = 100 Líquido (45 - 20) = a (65- 45)
luego:
Líquido = 44.4 % a = 55.6 %