Este documento describe conceptos clave relacionados con diagramas de fases, isomorfos y solidificación de aleaciones. Explica qué son las fases y aleaciones, y tipos como soluciones sólidas. También cubre la regla de fases de Gibbs, diagramas de fases isomorfos, temperaturas de liquidus y solidus, y cómo usar un diagrama de fases para determinar las fases presentes a una temperatura dada. Además, discute la solidificación por solución sólida y el efecto de la solidificación fuera del equilibrio.

1. DIAGRAMA DE
FASES,
ISOMORFOS Y
SOLIDIFICACIÓN
Universidad De San Carlos De
Guatemala
Centro Universitario De Occidente
División De Ciencias De La Ingeniería
Ciencias de los Materiales

2. GRUPO NO. 2
202030551 DANIEL ARTURO OROZCO LEAL
202030975 BENJAMIN EMANUEL LÓPEZ HERNÁNDEZ
202030984 RUBELSI ADONÍAS VELÁSQUEZ FUENTES
202031137 JOSUÉ DANIEL CALDERÓN LIMA
202031702 EDGAR ANTONIO ALVAREZ QUIQUIVIX
202032058 MYLEEN ADRIANA CALEL RODRÍGUEZ

3. Fases y Diagrama de Fases
● ¿Qué es Fase?
● ¿Qué es Aleación?
➢ Ejemplo:
Un acero al carbono simple
● ·Tipos de aleaciones:
➢ Ejemplo:
Fases Atómicas del Agua
● Características de una Fase:

4. Regla de Las Fases
Describe la relación entre número de componentes y número de fases de un
sistema determinado y las condiciones que pueden permitirse que varíen.
La regla tiene la forma general:
● C: Número de componentes.
● F: Número de variables.
● P: Número de fases.
● 2: Constante de variación.

5. Diagrama de Fases Isomorfos
Un diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones a cualquier
combinación de temperatura y composición de la aleación. Dos elementos o
compuestos: binario.

6. Temperaturas de liquidus y solidus
Es la temperatura de liquidus como la
temperatura por encima de la cual un material
es completamente líquido. La aleación líquida
comienza a solidificarse cuando la
temperatura disminuye a la temperatura de
liquidus.
La temperatura de solidus es la temperatura
por debajo de la cual la aleación es totalmente
sólida.

7. Con frecuencia se desea saber qué fases están
presentes en una aleación a una temperatura
específica.
El diagrama de fases puede estudiarse como un
mapa de carreteras; si se conocen las
coordenadas (la temperatura y la composición
de la aleación).
Fases presentes

8. A partir del diagrama de fases del sistema binario NiO-MgO,
describa una composición que puede fundirse a 2600°C pero que
no se funda cuando se coloque en servicio a 2300°C.
Ejemplo Sistema isomorfo de NiO-MgO

9. Para identificar una composición con una
temperatura de liquidus por debajo de 2600°C
debe haber menos de 60% de MgO molar en el
refractario.
Para identificar una composición con una
temperatura de solidus por encima de 2300°C,
debe estar presente por lo menos 50% de MgO
molar.
Entre 50 y 60% de MgO molar.
Resolución: Ejemplo Sistema isomorfo de NiO-MgO

10. En cada fase se puede especificar una composición, expresada como el
porcentaje de cada elemento en ella. Por lo general, la composición se expresa
en porcentaje en peso (%p). Cuando dos fases, como la líquida y la sólida,
coexisten, sus composiciones difieren entre sí y también de la composición
general original.
Esta diferencia se explica por medio de la regla de las fases de Gibbs.
1 + C = F + P (con presión constante)
Composición de cada fase

11. Determine los grados de libertad en una aleación de Cu-40% Ni a
a) 1300°C
b) 1250°C
c) 1200°C.
Ejemplo Regla de Gibbs en un diagrama de fases isomorfo

12. Este es un sistema binario (C = 2). Los dos componentes son el Cu y el Ni. Se
supondrá una presión constante. Por lo tanto, puede utilizarse la ecuación de la
Regla de Gibbs como se muestra:
a) A 1300°C, P = 1, dado que sólo está presente una fase (líquida); C = 2, dado
que están presentes átomos de cobre y níquel. Por lo tanto,
1 + C = F + P ∴ 1 + 2 = F + 1 o F = 2
Se deben fijar la temperatura y la composición de la fase líquida para describir
por completo el estado de la aleación de cobre-níquel en la región líquida.
Resolución Ejemplo Regla de Gibbs en un diagrama de
fases isomorfo

13. b) A 1250°C, P = 2, dado que están presentes las fases líquida y sólida; C = 2,
dado que están presentes átomos de cobre y níquel. Ahora,
1 + C = F + P ∴ 1 + 2 = F + 2 o F = 1
Si se fija la temperatura en la región de las dos fases, también se fijan las
composiciones de ambas. Asimismo, si se fija la composición de una fase, la
temperatura y la composición de la segunda fase se fijan de manera automática.
c) A 1200°C, P = 1, dado que sólo se presenta una fase (sólida); C = 2, dado que
están presentes átomos de cobre y níquel. De nuevo,
1 + C = F + P ∴ 1 + 2 = F + 1 o F = 2
y se deben fijar la temperatura y la composición para describir por completo el
estado del sólido

14. El interés radica en las cantidades relativas de cada fase presentes
en la aleación. Por lo general, estas cantidades se expresan como
porcentaje en peso (%p).
Para calcular las cantidades del líquido y el sólido, se construye una
palanca sobre la línea de interconexión, con el fulcro en la
composición original de la aleación. En general, la regla de la
palanca puede escribirse como
Cantidad de cada fase (regla de la palanca)

15. Se puede aplicar la regla de la palanca en cualquier región de dos fases
de un diagrama de fases binario. El cálculo de la regla de la palanca no
se emplea en regiones con una sola fase, debido a que la respuesta es
trivial (hay 100% de esa fase presente). La regla de la palanca se
emplea para calcular la fracción relativa o porcentaje de una fase en
una mezcla de dos fases. Los puntos extremos de la línea de
interconexión se utilizan para obtener la composición (es decir, la
concentración química de los diferentes componentes) de cada fase.
Video explicativo: https://www.youtube.com/watch?v=x533s9UMGM

16. Relación entre las propiedades y diagramas de fases
se puede utilizar una línea de interconexión para determinar la composición de las dos fases

17. Los aceros y fundiciones, es decir, los materiales estructurales principales en cualquier
cultura tecnológicamente avanzada, son básicamente aleaciones hierro-carbono.
Hierro-Carbono

18. ferrita y austenita respectivamente
El diagrama representado solo muestra una composición de hasta el 6,7% en peso de C, concentración que coincide con la
de la cementita . La cementita se forma cuando se excede el límite de solubilidad del carbono en ferrita α, por debajo de
727ºC. Es dura y frágil, y su presencia aumenta considerablemente la resistencia de algunos aceros.

19. A partir de los diagramas de fases se pueden obtener información como:
● conocer que las 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
a otro
● determinar la temperatura en la cual una aleación enfriada bajo condiciones
de equilibrio comienza a solidificar
● conocer la temperatura a la cual comienza a fundirse diferentes fases

20. Diagramas de una propiedad
● Dos fases sólidas
● entre una fase sólida y una fase líquida
● entre una fase sólida y una fase a vapor
● entre una fase líquida y una fase a vapor

21. SOLIDIFICACIÓN DE ALEACIONES EN SOLUCIÓN
SÓLIDA

22. Solución Sólida
● Es una mezcla homogénea de 2 o más clases de átomos en estado sólido
● Una solución esta compuesta por solvente y soluto.
● Solvente : es el elemento base de la solución y en mayor proporcionalidad.
● Soluto: elemento que se encuentra en menor concentración en la solución.

23. Curva de enfriamiento T - t
En la curva de enfriamiento
de la aleación, la
solidificación no es
isotérmica y la T varía según
el rango de solidificación.
Figura.1 curva de enfriamiento de hierro puro y aleación CU-NI

24. Tipos de solución sólida
● Existen 2 tipos básicos para que los átomos del soluto, se adhieran a la red
cristalina del solvente, y estos los condiciona el tamaño del átomo
1. Solución sólida sustitucionales : sucede cuando los átomos del soluto
remplazan a los átomos del solvente.
2. Solución sólida intersticiales: los átomos del soluto , se colocan en los
espacio intersticiales de la red del solvente

25. Ejemplo de soluciones sólidas

26. Modificación de la estructura cristalina
● Para que los átomos del soluto entren a la red cristalina del solvente
deberá ocurrir un equilibrio termodinámico al disminuir la energía libre de Gibbs.
● Supongamos una mezcla de 2 diferente tipos átomos acomodados de diferente
manera según su interacción entre si.

27. Solidificación por solución sólidas
● El endurecimiento ocurre por la agregación controlada de elementos
aleantes.
● El grado de endurecimiento aumenta, cuando se aumenta la cantidad
del elemento aleante.
● La cantidad de elemento aleante que se puede agregar para el
endurecimiento, está limitada por la solubilidad del soluto en el elemento
base.
● El elemento aleante tiene una estructura distinta a la del solvente

28. Propiedades
● Resistencia y dureza
● Reduce la ductilidad y conductividad eléctrica.
● Buena resistencia a las altas temperaturas.
Solidificación fuera del equilibrio
● Cuando la solidificación ocurre fuera del equilibrio , la composición de la
aleación no está uniforme , a esto se le llama segregación interdendrítica
● Para disminuir la segregación interdendrítica se hace uso de un
tratamiento térmico homogeneización.

29. Solidificación y segregación fuera de equilibrio

30. Tipos de segregación
● Microsegregación.
● Homogeneización.
● Macrosegregación.
A continuación un ejemplo:

31. En condiciones de equilibrio y una cerámica de MgO-65 %p de FeO.
Determine:
a) La temperatura de liquidus.
b) La temperatura de solidus.
c) El intervalo de solidificación
d ) La composición del primer sólido que se formará durante la solidificación
e) La composición del último líquido que se solidificará.
f ) Las fases presentes, las composiciones de las fases y la cantidad de las fases
a 1800°C.

32. Solución:
a)La temperatura de liquidus.
b) La temperatura de solidus.
c)El intervalo de solidificación
d)La composición del primer
sólido que se formará durante
la solidificación
e)La composición del último
líquido que se solidificará

33. f ) Las fases presentes, las composiciones de las fases y la cantidad de las
fases a 1800°C.