Este documento presenta una introducción a los diagramas de fases, incluyendo: 1) Los diagramas de fases representan las fases presentes en un sistema material en función de la temperatura, presión y composición. 2) Existen varios tipos de diagramas de fases, incluyendo diagramas de un solo componente, binarios, y de aleaciones totalmente o parcialmente solubles. 3) Los diagramas de fases proporcionan información útil para el diseño de procesos industriales como la destilación fraccionada y la producción de aceros.

1. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria
Instituto Politécnico “Santiago Mariño”
Edo-Zulia
DIAGRAMAS DE FASE
Realizado por:
Rubén Meléndez
28059968
ING. Química

2. Que es un diagrama de fases
Un diagrama de fases es cualquier representación gráfica de las variables de
estado asociadas con las microestructuras a través de la regla de las fases de
Gibbs. En otras palabras representan las fases presentes en un sistema material
en función de la temperatura, presión y composición (condiciones termodinámicas
de equilibrio).
Una fase es una porción de microestructura homogénea, concepto que se debe
distinguir del concepto de componente; que es una de las sustancias químicas que
forma la fase. En ciencia de los materiales son de uso frecuente los diagramas
binarios (de 2 componentes) mientras que en termodinámica lo son los de un sólo
componente.
Origen de los diagramas de fases
Junto con la necesidad de optimizar o crear procesos mediantes los cuales se
pudieran resolver problemas industriales, describir el estado de un sistema
mediante algún método se volvió una necesidad. Esto nos lleva a principios del
siglo pasado cuando los conocimientos acerca de estructura atómica convirtieron
la producción de acero en una ciencia, logrando de esa forma producir materiales
con propiedades específicas.

3. Tipos de diagrama de fases
Diagrama de fases de un solo componente: este representa un sistema en el
que una sola sustancia coexiste en sus distintas fases a una temperatura y presión
dadas.
Diagrama de fases binario: contando con 2 componentes y presión constante,
son mapas que representan las relaciones de entre temperatura, composición y
cantidad de fases en equilibrio. Estas relaciones influyen mucho en la
microestructura de las aleaciones. Ya que estas se desarrollan a partir de las
transformaciones en las fases, con estos nos referimos a cambios ocurridos al
alterarse la temperatura, lo que puede conducirnos al cambio, aparición o
desaparición de una fase.
Diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado líquido y
estado solido

4. Es el diagrama de fases con menor complejidad corresponde a los diagramas
binarios en los que ambos componentes son totalmente solubles entre sí, tanto en
estado sólido como líquido. Un ejemplo de este comportamiento son el Cu y el Ni
además del MgO y el NiO. La temperatura aparece en el eje vertical y la
composición en el horizontal. Se indican los puntos de fusión de A y B
respectivamente. A altas temperaturas cualquier composición se habrá fundido
completamente dando lugar a la fase liquida (marcada con la letra “L”), esto nos
dice que A y B son completamente solubles entre sí en fase liquida. A
temperaturas relativamente bajas existe un campo que corresponde a una sola
fase solida (marcada con “SS”). Entre ambas fases hay una zona marcada como
L+SS donde coexisten ambas. El límite superior de la zona de coexistencia se
llama liquidus y es la línea por encima de la cual solo existe una fase liquida. El
límite inferior de la zona de coexistencia se llama solidus y es la línea por debajo
de la cual el sistema se ha solidificado completamente.
Diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado líquido e
insoluble en estado solido
.

5. Este se trata de un sistema binario opuesto al descrito anteriormente. Algunos
componentes son tan distintos que su solubilidad es despreciable. El sistema Al-Si
se aproxima a este caso. Hay varios aspectos que diferencian este diagrama del
que caracteriza a sistemas con solubilidad total en estado sólido. La primera es
que a temperaturas relativamente bajas existe una zona de coexistencia para 2
fases de solidos puros A y B, debido a la inmisibilidad de estos. La segunda es
que el solidus es ahora una línea horizontal que corresponde a la temperatura de
la eutética (del termino griego “eutektos” que significa “fundir bien”). Esto indiaca
que cualquier material con composición igual a la composición eutética se fundirá
totalmente a la temperatura eutética y que cualquiera con composición distinta a
esta no se fundirá totalmente a dicha temperatura, de forma que deberá calentarse
aún más y atravesar la región de 2 fases para alcanzar la línea de liquidus. Esto
es una situación análoga a la región de 2 fases en el diagrama anterior a este, con
la diferencia de que las zonas de 2 fases en este caso son 2 (A+L y L+B).
Diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado líquido y
parcialmente en estado solido

6. En el caso de muchos sistemas binarios los 2 componentes son parcialmente
solubles entre sí. Dando como resultado un diagrama intermedio entre los
explicados anteriormente. Se muestra aquí un diagrama con solubilidad parcial en
estado sólido. Este diagrama es generalmente similar al anterior pero con las
regiones de solución solida cerca de los extremos del eje de composición. Estas
se comparan a la región “SS” del primer diagrama, pero estos no coexisten
formando una sola fase solida cerca de la zona central del intervalo de
composiciones y podemos distinguir 2 zonas de solución solida  y  Estas
presentaran estructuras cristalinas distintas con frecuencia, en ambos casos la
estructura cristalina de  será igual a la de A y la de  igual a la de B. Debido a
que cada componente actúa como solvente del otro, que es el componente con
carácter de “impureza”. Un ejemplo seria; la fase  formada por átomos de B en
solución solida con la red cristalina de A.
Aplicaciones
La información de equilibrio vapor -liquido suministrada por los diagramas es útil
en el diseño de columnas de destilación fraccionada (una especialidad del
ingeniero químico) aprovechando la diferencia de concentración de los
componentes en las fases vapor y líquido para separar 2 sustancias.

7. El diagrama de equilibrio Fe-C representa las trasformaciones por las que pasan
los aceros al carbono con la temperatura, lo que nos indica donde se funden los
metales y el % de C que tiene cada metal.