Este documento describe los diferentes tipos de equilibrios que pueden ocurrir en un sistema ternario, incluyendo equilibrios trivariante, bivariante, monovariante e invariante. También explica cómo se representa gráficamente un sistema ternario usando un diagrama de fases de Gibbs, y cómo este diagrama puede usarse para estudiar el enfriamiento de una composición específica y las fases sólidas y líquidas que se forman a diferentes temperaturas.

1. FACULTAD DE MECANICA ESCUELA DE MECANICA INGENIERIA RIOBAMBA - ECUADOR

2. Diagramas de Fase Ternarios Un sistema ternario es aquel que contiene 3 componentes. Una sistema ternario, puede ser una aleación compuesta de 3 metales A, B y C.

3. Regla de las Fases La Regla de las Fases de Gibbs establece que:1+c=f + p Donde, P= número de fases presentes en el sistema F = grados de libertad del sistema C = número de componentes del sistema

4. Los equilibrios posibles en un sistema ternario son:

5. Equilibrio Trivariante: P = C-2Si en un sistema ternario solo hay una fase presente, entonces hay 3 grados de libertad. Equilibrio de unafase en el ternariopuedecorresponder a regiones de faseslíquidasdistintas ( l1, l2, etc.) o a Esto permite seleccionar arbitrariamente la Temperatura (T) y la concentración de dos componentes de la fase (la tercera se obtiene de la relación XA + XB + XC = 1) regiones de fasessólidasdistintas (α, β, γ, etc.)

6. Equilibrio Bivariante: P = C-1Según la regla de las fases en un sistema ternario en el que coexisten dos fases tendrá2 fases tendrá2 grados de libertad Esto implica seleccionar arbitrariamente: (a)La T y la concentración de un componente en una de las fases, o (b) La concentración de 2 componentes en una de las fases, o (c) La concentración de uno de los componentes en una fase y la concentración del otro componente en la segunda fase. Realizada selección anterior se puede establecer:(a)La composición de la segunda fase(b)La temperatura y composición de la segunda fase(c)La temperatura y composición de las dos fases respectivamente. Equilibrios bivariantesposibles en un ternario son:

8. Equilibrio Monovariante: P = CCon tres fases en equilibrio en un sistema ternario solo hay 1 grado de libertad En este caso solo una de las variables externas puede elegirse libremente. Una vez seleccionada dicha variable, las otras variables . quedan automáticamente fijas. Si se selecciona la concentración de 1 componente en una de las fases, la T y la composición de las 3 fases queda fija automáticamente. En un sistema ternario las reacciones monovariantes son.

10. Equilibrio Invariante: P = C+1Un diagrama ternario con 4 fases en equilibrio no tiene grados de libertad. Tal sistema sólo puede existir a una T fija y composición fija de las cuatro fases. Teóricamente en un sistematernariolasreaccionesinvariantes son: Findlayecontróempíricamenteque el número de faseslíquidasnuncasupera al número de componentes del sistema.

11. Representación de un Sistema Ternario El número máximo de variable independientes en un sistema ternario a presión constante es 3 (la temperatura y dos valores de concentración). Para representar equilibrios ternarios es necesario un diagrama de fases en 3 dimensiones. La composición se representa en el plano horizontal y la temperatura en un eje perpendicular a dicho plano La composición de una fase ternaria α se establece al seleccionar dos variables Xa α y XB α, que especifican las concentraciones de los componentes A y B en la fase α. La concentración del tercer componente XCα se obtiene de la relación: XAα + XBα + XCα =1

12. El método más común de graficar la composición en un sistema ternario es el triángulo equilátero o Triángulo de Gibbs: Los vértices del triángulo representan a los componentes puros A, B y C. Los lados AB, BC y AC corresponden a las composiciones binarias

13. En un triángulo equilátero la suma de las perpendiculares desde cualquier punto dentro del triángulo hacia los lados del mismo es constante e igual a la altura del triángulo:

15. Triángulo de Gibbs

16. Diagrama de fases teórico de 3 componentes en tres dimensiones Sacándole los colores y agregando líneas segmentadas, se puede ver el diagrama completo. La zona sobre la superficie curva corresponde a la región líquida, que contiene sólo líquido homogéneo formado por los componentes A, B, y C.

17. Si se hace un corte, a la temperatura del eutéctico ternario, se puede eliminar el volumen de sólido del diagrama. Esta porción contiene solamente fases cristalinas compuesta de cristales de A, B y C.

18. Posteriormente se remueve el volumen de cristalización primaria Cada uno de esos tres volúmenes contiene al componente que se encuentra en el vértice más un líquido homogéneo de 3 componentes, por ejemplo A + Líquido.

19. .Cada uno de esos volúmenes contiene a los componentes que lo tocan y un liquido homogéneo de 3 componentes. (Ejemplo A + B + Liq)

20. Realizando un estudio del enfriamiento… Se comienza eligiendo una composición y se enfría hasta que todas las fases se encuentren al estado sólido.

21. A partir de un diagrama ternario simple (teórico) Se determina la composición indicada por la línea roja que pasa a través del diagrama. Se comienza a una temperatura muy elevada, donde sólo existe fase líquida pura y homogénea. Al continuar enfriando y por debajo de la superficie líquidus, empieza a precipitar el sólido. En esta región se encuentra una mezcla de A sólido con liquido. Luego precipitamos dos sólidos juntos. Ahora se tiene A y C sólidos además del líquido. Finalmente, por debajo de la superficie solidus se tiene un cristal sólido con la misma composición original.