JosManuelGmezVega Pgina1IngeMekIngenieroswww.ingemek.esJosManuelGmezVega Pgina2DIAGRAMADEFASESBINARIOS.NDICE.0.OBSERVACINPREVIA....................................................................................................................31.NOCIONESINTRODUCTORIAS.........................................................................................................31.1.INTRODUCCIN......................................................................................................................................31.2.DEFINICIONES........................................................................................................................................31.3.SOLUCIONESYSOLUBILIDAD.....................................................................................................................41.3.1.Solubilidadilimitada.................................................................................................................51.3.2.Solubilidadlimitada..................................................................................................................62.DIAGRAMASDEFASE.....................................................................................................................82.1.INFORMACINQUEPODEMOSOBTENERDELOSDIAGRAMASDEFASE...............................................................82.2.DIAGRAMADEFASESDESUSTANCIASPURAS................................................................................................92.3.REGLADELASFASESDEGIBBS..................................................................................................................92.4.SOLUBILIDADSLIDACOMPLETA(DIAGRAMAISOMORFO)...........................................................................102.4.1.Temperaturasdelquidusydeslidus....................................................................................102.4.2.Fasespresentes.......................................................................................................................112.4.3.Composicindecadafase.......................................................................................................112.5.REGLADELAPALANCA..........................................................................................................................112.5.2.Pasosparacalcularlascomposiciones...................................................................................122.5.3.Ejemploprcticodeaplicacin................................................................................................122.6.SOLIDIFICACINDEUNAALEACINDESOLUCINSLIDALIMITADA(SOLUCINENEQUILIBRIO)...........................132.7.CLASIFICACINDELOSDIAGRAMASDEFASE..............................................................................................152.7.1.Grupoprimero.........................................................................................................................152.7.2.Gruposegundo........................................................................................................................152.7.3.Grupotercero..........................................................................................................................162.7.5.Diagramasdefasesconcompuestosyfasesintermedias......................................................172.7.6.Grupocuarto...........................................................................................................................182.7.7.Grupoquinto...........................................................................................................................192.7.8.Reaccionesinvariantes............................................................................................................192.7.9.Solidificacinfueradeequilibrio.............................................................................................202.8.MISCIBILIDADSLIDAPARCIAL...............................................................................................................212.9DIAGRAMASTTT..................................................................................................................................222.10.CONCLUSIONES.................................................................................................................................223. REFERENCIASBIBLIOGRFICASEMPLEADAS.............................................................................23JosManuelGmezVega Pgina30.OBSERVACINPREVIA.En la bibliografa complementaria consultada he observado que ciertos autoresconsideranlosdiagramasdetresfasesaquellosenlosquesedanlareaccineutctica,peritctica, eutectoide y peritectoide, etc. Seguir lo estudiado segn los textosbsicosylaconsideracindediagramadefasesbinariosdelosmismos.Hetomadopartedelasilustracionesdeotroslibrosdereferenciaqueserecogenenlabibliografa. Dado que con este trabajo no voy a obtener lucro y puedo ofrecerpublicidadgratuitaparaesasreferencias,considerooportunoelhaberlasincluido.1.Nocionesintroductorias.1.1.Introduccin.En este trabajo veremos que los diagramas de fase son modelos que muestran las fases quedebenexistirencondicionesdeequilibriotermodinmico.Veremosconceptosfundamentales,talescomolosestadosdelamateria,reglasdefases,miscibilidad,regladelapalanca,etc.Tambin analizaremos distintos ejemplos que nos permitan comprender con mayor claridadlosconceptosqueenvuelvenaloscambiosdefasesycentraremoselestudioposteriormenteenlosdiagramasdefasebinarios.1.2.Definiciones.Solucin: sta puede ser slida o lquida (monofsica). En una solucin puede ocurrircualquieradelossiguientesaspectos:1)untomopuedesersubstituidoporotro,ensitiosdelaredcristalinapertenecientesalaestructuradelafase2)lostomospuedencolocarseenintersticiosdelaestructura.3)elsolutonomodificalaestructuradelsolvente.Solucinslida:untomodelsolutoseintroduceenlareddeotro(disolvente),pudiendosustituiralosdeldisolventeometerseenloshuecosdelared,detamaoatmicoparecido,parecidas propiedades qumicas, con poca afinidad qumica (escasa reactibilidad). La solucinslidaescaractersticadelenlacemetlico.Compuesto:loselementosmezcladossonbastantediferentesqumicamente;presentarnmayorpropensinamezclarseporafinidadqumica,pudiendoestarformadopormetalesynometales en proporciones cercanas a las estequiomtricas. Del estudio de la estructura seobserva que cuanto mayor sea el carcter inico o monopolar, mayor tendencia tendr aformarcompuesto.JosManuelGmezVega Pgina4Mezcla:materialconmsdeunafase(polifsica),loscomponentessemezclanperoningunosedisuelveenelotro.Veamosejemplosaclaratorios:1)Contienenmsdeunaestructura(patrnestructural).Ej.:arenayagua2)Encadaunodelosagregadoshaydosfasesdiferentes,cadaunoconsupropioarregloatmico(redestructural).3) Las propiedades resultantes no corresponden a las de las fases componentesindividuales, por lo que el material resultante tiene caractersticas bien distintas a la de losmaterialesindividuales.Ej.:hormignarmado.Fase:esaquellaparteoregindeunmaterialqueesdistintaaotrareginenestructuray/ocomposicin.Ejemplos: Agua y hielo: Estas dos fases pueden coexistir, y aunque tienen una misma composicin, elhieloesunslidocristalinoconredhexagonal,mientrasqueelaguaeslquida.PlsticoreforzadoconfibradevidrioHormignreforzadoconfibras(deacero,polipropileno,uotras).Lasdosfasesdeunmaterialdadopresentandiferenciasbienclarastantoencomposicincomoenestructura.FronteradeFase:representaunaDISCONTINUIDADenla estructuray/ocomposicin deunmaterial,estnrepresentadasporlaslneasquedividencadasectordeldiagramadefase.1.3.Solucionesysolubilidad.Cuandoseempiezanacombinarmaterialesdistintos,comoalagregarelementosdealeacinaun metal, se producen soluciones. stas pueden ser tanto lquidas como slidas. El inters esdeterminar la cantidad de cada material que se puede combinar sin producir una faseadicional.Enotraspalabras,laatencinseenfocarenlasolubilidaddeunmaterialenotro.Las soluciones alteran las propiedades de los materiales como se puede ver en las figurassiguientes. fig.1 fig.2Figura1:estatablamuestraelcambiodepropiedadesdeunmaterialalcambiarsucomposicin.Figura2:muestralarelacintensindeformacinentreridos,pastadecementoylamezcladeambos(hormign),produciendounmaterialdedosfases.JosManuelGmezVega Pgina51.3.1.Solubilidadilimitada.Supongamos que se inicia con un vaso de agua y uno de alcohol. El agua es una fase y elalcoholotra.Alvaciarelaguaenelalcoholyrevolver,solamenteseproducirunafase.Elvasocontendr una solucin de agua y alcohol, con estructura, propiedades y composicin nicas.El agua y el alcohol son solubles entre s. Adems, tienen una solubilidad ilimitada:independientementedelarelacindeaguayalcohol,almezclarlossloseproduceunafase.Demanerasimilar,sisemezclacualquiercantidaddecobrelquidoydenquellquido,sloseobtendr una sola fase lquida. La aleacin de lquido tendr la misma composicin,propiedades y estructura en todas partes (Figura 3), porque el nquel y el cobre tienensolubilidadlquidailimitada.fig.3Si la aleacin lquida cobrenquel se solidifica y se enfra a temperatura ambiente, slo seproduce una fase slida. Despus de la solidificacin, los tomos de cobre y de nquel no seseparan,sinoque,envezdeello,selocalizandemaneraaleatoriaenlospuntosdelaredCCC(redcbicacentradaenlascaras).Enelinteriordelafaseslida,laestructura,propiedadesycomposicinsonuniformesynoexisteinterfasealgunaentrelostomosdecobreydenquel.Portanto,elcobreyelnqueltambintienensolubilidadslidailimitada.Lafaseslidaesunasolucinslida.fig.4JosManuelGmezVega Pgina6Una solucin slida no es una mezcla, como hemos visto en las definiciones previas. Lasmezclas contienen ms de un tipo de fase y sus componentes conservan sus propiedadesindividualescomovimos.Loscomponentesdeunasolucinslidasedisuelvenunoenelotroynoretienensuscaractersticaspropias.1.3.2.Solubilidadlimitada.Cuandoseagregaunapequeacantidaddeazcar(primerafase)aunvasoconagua(segundafase) y se revuelve, el azcar se disuelve totalmente en el agua. Se obtendr slo una fase:aguaazucarada.Sinembargo,sialaguaseleagregademasiadaazcar,elexcesosehundirenel fondo del vaso. Ahora se tienen dos fases, agua saturada con azcar, ms la slidaexcedente:elazcartienesolubilidadlimitadaenelagua.Lafigura5muestralalimitacinquetienedisolverazcarenagua.fig.5En la figura 6 se muestra como disminuye la temperatura de solidificacin del agua, alaumentarlacantidaddesalhastaun23,3%,Estoseusaparaevitarelhieloenlospavimentos.Sepuedeapreciarquelazonadelgrficosobre0Cessimilaralgrficodeaguayazcar.fig.6Si al cobre lquido se le agrega una pequea cantidad de zinc lquido, se producir una solasolucin lquida. Cuando dicha solucin de cobre y zinc se enfra y se solidifica, da comoresultadounasolucinslidadeestructuraCCC,conlostomosdecobreydezinclocalizadosde manera aleatoria en los puntos normales de la red. Sin embargo, si la solucin lquidaJosManuelGmezVega Pgina7contiene ms de un 30 por ciento de zinc, algunos de los tomos de zinc excedentes secombinarnconalgunosdelostomosdecobre,paraformaruncompuestoCuZn(figura7).fig.7Ahora coexisten dos fases slidas: una solucin slida de cobre saturado, conaproximadamente 30 % de zinc, y un compuesto CuZn. La solubilidad del zinc en el cobre eslimitada.Lafigura8muestraunaporcindeldiagramadefasesCuZnilustrandolasolubilidaddelzincenelcobreabajastemperaturas.Lasolubilidadaumentaalincrementarselatemperatura.fig.8JosManuelGmezVega Pgina8Enlafigura9podemosverqueunamezcladedosfasessepuedetransformarenunasolucinhomogneadeunafase,aumentandosutemperatura.fig.9En el caso extremo, pudiera no existir prcticamente nada de solubilidad entre un material yotro.Estoesciertoparaelaceiteyelagua,oparaaleacionesdecobreyplomo,porejemplo.2.DIAGRAMASDEFASE.Sonrepresentacionesgrficasdelasfasesqueestnpresentesenunsistemadematerialesavariastemperaturas,presionesycomposiciones.Lamayoradelosdiagramasdefasehansidoconstruidos segn condiciones de equilibrio (condiciones de enfriamiento lento), siendoutilizadas por ingenieros y cientficos para entender y predecir muchos aspectos delcomportamiento de los materiales. Los diagramas de fases ms comunes involucrantemperatura versus composicin, donde la temperatura est en el eje de ordenadas y lacomposicinenelejedeabscisasdeunsistemacartesianodecoordenadas.2.1.Informacinquepodemosobtenerdelosdiagramasdefase.Son4lasmsimportantes.1. Conocer qu fases estn presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajocondicionesdeenfriamientolento(equilibrio).2. Averiguar la solubilidad, en el estado slido y en el equilibrio, de un elemento (ocompuesto)enotro.3. Determinar la temperatura a la cual una aleacin enfriada bajo condiciones de equilibriocomienzaasolidificarylatemperaturaalacualocurrelasolidificacin.4.Conocerlatemperaturaalacualcomienzanafundirsediferentesfases.JosManuelGmezVega Pgina92.2.Diagramadefasesdesustanciaspuras.Una sustancia pura como el agua puede existir en las fases slida, lquida y gaseosa,dependiendodelascondicionesdetemperaturaypresin.Unejemplofamiliarparatodosdedos fases de una sustancia pura en equilibrio es un vaso de agua con cubos de hielo. En estecaso el agua, slida y lquida, da lugar a dos fases distintas separadas por una fase lmite, lasuperficiedeloscubosdehielo.Durantelaebullicindelagua,elagualquidayelaguavaporsondosfasesenequilibrio.Unarepresentacindelasfasesacuosasqueexisten bajodiferentescondicionesdepresinytemperaturasemuestraenlafigura10.fig.10Diagramadeequilibriodefasesaproximadopresintemperatura(PT)paraelaguapura.(Losejesdeldiagramaseencuentranalgodistorsionados)Eneldiagramadefasespresintemperatura(PT)delaguaexisteunpuntotripleabajapresin(0,6113 kPa = 0,00602 atm) y baja temperatura (0,0098 C) donde las fases slida, lquida ygaseosacoexisten.Lasfaseslquidaygaseosaexistenalolargodelalneadevaporizacinylasfaseslquidayslidaalolargodelalneadecongelacin,comosemuestraenlaFigura.Estaslneassonlneasdeequilibrioentredosfases.2.3.RegladelasFasesdeGibbs.Ecuacin que permite calcular el nmero de fases que pueden coexistir en equilibrio encualquiersistema:P+F=C+2(P+F=C+1silapresinescte=1atm,queserlautilizadaentodoslosclculosfuturosdemetalotecnia).P=nmerodefasesquepuedencoexistirenelsistemaelegidoC=nmerodecomponentesenelsistema(elemento,compuestoosolucin)F=gradosdelibertad(nmerodevariables:presin,temperaturaycomposicin)JosManuelGmezVega Pgina102.4.SolubilidadSlidaCompleta(Diagramaisomorfo).Un diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones para cualquier combinacin detemperatura y composicin de la aleacin. Cuando en la aleacin slo estn presentes doselementos,sepuedeelaborarundiagramadefasesbinario.Seencuentrandiagramasdefasesbinariosisomorfosenvariossistemasmetlicosycermicos.Enlossistemasisomorfos,sloseformaunafaseslida;losdoscomponentesdelsistemapresentansolubilidadslidailimitada.Lafigura11muestracomocambialacomposicinamedidaquecambialatemperatura.fig.112.4.1.Temperaturasdelquidusydeslidus.Lacurvasuperioreneldiagramaeslatemperaturadelquidus.Sedebecalentarunaaleacinporencimadelquidusparaproducirunaaleacintotalmentelquidaquepuedasercolocadapara obtener un producto til. La aleacin lquida empezar a solidificarse cuando latemperaturaseenfrehastalatemperaturadelquidus.Latemperaturadesliduseslacurvainferior.Unaaleacindeestetipo,noestartotalmenteslidahastaqueelmetalseenfrepordebajodelatemperaturadeslidus.Si se utiliza una aleacin cobrenquel a altas temperaturas, deber quedar seguro que latemperatura durante el servicio permanecer por debajo de la temperatura de slidus, demaneraquenoocurrafusin.Lasaleacionessefundenysesolidificandentrodeunrangodetemperatura,entreellquidusyel slidus. La diferencia de temperatura entre lquidus y slidus se denomina rango desolidificacin de la aleacin. Dentro de este rango, coexistirn dos fases: una lquida y unaslida.Elslidoesunasolucindetomosdeloscompuestosinvolucrados;alasfasesslidasgeneralmenteselesdesignamedianteunaletraminsculagriega,comoalpha.JosManuelGmezVega Pgina112.4.2.Fasespresentes.A menudo, en una aleacin a una temperatura en particular interesa saber qu fases estnpresentes.Siseplaneafabricarunapiezaporfundicin,debequedarseguroqueinicialmentetodoelmetalestlquido;siseplaneaefectuaruntratamientotrmicodeuncomponente,sedebe procurar que durante el proceso no se forme lquido. El diagrama de fases puede sertratado como un mapa de carreteras; si se sabe cules son las coordenadas, temperatura ycomposicindelaaleacin,sepodrndeterminarlasfasespresentes.2.4.3.Composicindecadafase.Cadafasetieneunacomposicin,expresadacomoelporcentajedecadaunodeloselementosdelafase.Porlogeneral,lacomposicinseexpresaenporcentajeenpeso(%peso).Cuandoest presente en la aleacin una sola fase, su composicin es igual a la de la aleacin. Si lacomposicinoriginaldelaaleacinsemodifica,entoncestambindebermodificarseladelafase.Sin embargo, cuando coexisten dos fases como lquido y slido, sus composiciones diferirnentre s como de la composicin general original, Si sta cambia ligeramente, la composicindelasdosfasesnoseafectar,siemprequelatemperaturaseconserveconstante.Lafigura12muestralacomposicindecadaunadelasfasesaunadeterminadatemperatura.fig.122.5.RegladelaPalanca.Finalmente,elintersseenfocaenlascantidadesrelativasdecadafase,presentesdentrodelaaleacin.Estascantidadesnormalmenteseexpresancomoporcentajedelpeso(%peso).En regiones de una sola fase, la cantidad de la fase simple es 100%. En regiones bifsicas, sinembargo, se deber calcular la cantidad de cada fase. Una tcnica es hacer un balance demateriales.Paracalcularlascantidadesdelquidoydeslido,seconstruyeunapalancasobrelaisotermaconsupuntodeapoyoenlacomposicinoriginaldelaaleacin(puntodado).JosManuelGmezVega Pgina12El brazo de la palanca, opuesto a la composicin de la fase cuya cantidad se calcula se divideporlalongitudtotaldelapalanca,paraobtenerlacantidaddedichafase.Engenerallaregladelapalancasepuedeescribirdeestaforma: BrazoopuestodepalancaPorcentajedefase=100 LongitudtotaldeisotermaSe puede utilizar la regla de la palanca en cualquier regin bifsica de un diagrama de fasesbinario. En regiones de una fase no se usa el clculo de la regla de la palanca puesto que larespuestaesobvia(existeun100%dedichafasepresente).2.5.2.Pasosparacalcularlascomposiciones.1.Dibujarlaisoterma(figura13).2.Encontrarellargodelladoopuestoalacomposicindeseada(fig.14). fig.13 fig.141.Dividirellargodelopuestoporlaisoterma2.Elresultadosemultiplicapor100.2.5.3.Ejemploprcticodeaplicacin.Una aleacin de cobre nquel contiene 47% en peso de Cu y 53% de Ni y est a 1.300 C.Utilizandolafigura15,responderlosiguiente:(a)Culeselporcentajeenpesodecobreenlasfasesslidaylquidaaestatemperatura?(b)Quporcentajeenpesodelaaleacineslquida,yquporcentajeesslida?JosManuelGmezVega Pgina13fig.15Solucin:a)%Cuenfaselquida:55%Cu%Cuenfaseslida:42%Cub)ParaelNquel:wo=53%/wl=45%/ws=58%Lasecuacionesaemplearsern:s ll so sll slsX Xw ww wXw ww wX =====138 . 045 5853 5862 . 045 5845 5302.6. Solidificacin de una aleacin de solucin slida limitada(solucinenequilibrio).EnunaaleacincomoCu40%Niquesefundeyluegoseenfra,lasolidificacinrequierequeocurra tanto la nucleacin como el crecimiento. La nucleacin heterognea permite poco oprcticamenteningnsubenfriamiento,porloquelasolidificacinempezarcuandoellquidolleguealatemperaturadelquidus.Eldiagramadefases(figura17)conlaisotermatrazadaaJosManuelGmezVega Pgina14latemperaturadelquidus,indicaqueelprimerslidoqueseformatieneunacomposicinCu52%Ni.fig.17El cambio en estructura de una aleacin Cu40% Ni durante la solidificacin en equilibrio. Los tomos de nquel ycobredebendifundirseduranteelenfriamiento,afindesatisfacereldiagramadefasesyproducirunaestructuraenequilibriouniforme.Senecesitandoscondicionesparaelcrecimientodelslidoa.Primero,elcrecimientorequierequeelcalorlatentedefusin,quesedisipadurantelasolidificacindellquido,seaeliminadode la interfase slido lquido. Segundo, y a diferencia de los metales puros, debe ocurrir ladifusin tal de manera que durante el enfriamiento las composiciones de las fases slida ylquidasiganlascurvasdeslidusydelquidus.Elcalorlatentedefusineseliminadoalolargodeunrangodetemperaturas,yaslacurvadeenfriamientomuestrauncambioenpendiente,envezdemesetaplana.fig.18La curva de enfriamiento correspondiente a una aleacin isomorfa durante la solidificacin. Los cambios en lapendiente de la curva de enfriamiento indican las temperaturas de lquidus y de slidus, en este caso,correspondientesaunaaleacinCu40%Ni.Aliniciodelasolidificacin,ellquido contieneCu40%Niy elprimerslidocontieneCu52%Ni.Lostomosdenqueldebierondifundirseyconcentrarseenelprimerslidoqueseform.Pero despus de enfriarse hasta 1250C, la solidificacin ha avanzado y el diagrama de fasesindicaqueahoratodoellquidodebecontener32%deNiytodoelslidodebecontener45%deNi.Alenfriarsedesdeellquidushasta1250C,algunostomosdenqueldebieronhabersedifundido del primer slido hasta el nuevo slido, reduciendo el nquel del primero. Adems,se difunden tomos de nquel del lquido en solidificacin hacia el nuevo slido. Entre tanto,JosManuelGmezVega Pgina15los tomos de cobre se han concentrado, por difusin, en el lquido restante. Este procesodeber continuar hasta llegar a la temperatura de slidus, donde el ltimo lquido ensolidificarse, que contiene Cu28% Ni, lo hace formando un slido que contiene Cu40% Ni.Justo debajo de la temperatura de slidus, todo el slido deber contener una concentracinuniformede40porcientodeNi.Parapoderconseguirestaestructurafinalenequilibrio,lavelocidaddeenfriamientodebeserextremadamente lenta. Debe permitirse el tiempo suficiente para que los tomos de cobre ynquel se difundan y produzcan las composiciones mostradas en el diagrama de fases. En lamayor parte de las situaciones prcticas, la velocidad de enfriamiento es demasiado rpidaparapermitiresteequilibrio.2.7.Clasificacindelosdiagramasdefase.En una aleacin de dos componentes puede que ambos sean completa o parcialmentesolublesoinsolubles(trescasos).Estodeterminaunaclasificacindelosdiagramasbsicosdeequilibrio,dondelasolubilidadhacereferenciaalasolidificacinrespectoalslido.2.7.1.Grupoprimero.Dosmetlicos(grupos1a)completamentesolublesenlquidoyenslido.Enlafigura19seobservanlaslneaslquidus,slidusylascomposicionesdecadazona.fig.192.7.2.Gruposegundo.Dos metales (grupo 1 b), totalmente solubles en lquido y completamente insolubles enestadolquido.Lnea horizontal plana en puntos de solidificacin producida a una nica temperatura TEdondeseencuentraelpuntoE(eutctico):mnimodelnealquidus.Altransferirlosresultadosdelafig.20alafig.21llevamoslaspendientesdelascurvas.TAyTB:puntosdeiniciodesolidificacindondeAyBsonpuros.Laslneaslquidusyslidussonlasmarcadasenlafig.21.JosManuelGmezVega Pgina164reas:solucinlquida(solo1fase),lquido+slidoA,lquido+slidoB,slidoA+slidoB.Sern mezclas por ser insolubles en lquidos; a la izquierda hipoeutcticas, a la derechahipereutcticas.45A55B:composicineutctica.Reaccineutctica: SlidoB SlidoAnto calentamieto enfriamienlquido + fig.20 fig.212.7.3.Grupotercero.Dosmetales(grupo1c)completamentesolublesenestadolquidoyparcialmentesolublesenestadoslido.Sonlosmspredominantes.Tiene en comn con los de los grupos anteriores que solo hay una solucin lquida de fasenica arriba de la lnea lquidus y tiene como diferencia que existen soluciones slidasterminales | o, prximasalosejes.Lasreasrestantesserndedosfases:lquido+ , o lquido+ | y | o + ,segnseapreciaenlafigura22.LaslneassolvusAAyBBindicanlassolubilidadmximaosaturada.Tambinexisteunpuntoeutctico(comoenelgruposegundo).JosManuelGmezVega Pgina17fig.222.7.5.Diagramasdefasesconcompuestosyfasesintermedias.Hay dos tipos de soluciones slidas: fases terminales (visto en grupo tercero) y fasesintermedias, que pueden ser simples o compuesto de electrones y que no solo estnrestringidasaaleacionesbinarias.En la fase intermedia simple de la figura 122 se observa que se forma el compuesto Mg2Snpara70,9%deestaodecomposicininvariablequenodisuelveenningunodeloselementosconstituyentes.Enelcompuestodeelectrones(indicadoenletrasgriegas)ssepuededisolverencantidadeslimitadas,comoelNi3Tadelafig.24.fig.23fig.24JosManuelGmezVega Pgina18Lareaccinperitctica.Se da en componentes completamente solubles en estado lquido donde se forman fasesintermediascongruenteseincongruentes.Congruentes:cambioisotrmico,sinvariacinencomposicinqumica(metalespuros).La reaccin peritctica es incongruente, reaccin en tres fases, al enfriar dos (una de ellaslquida)danunnuevoproductoslido.Esinversaalareaccineutctica:Reaccinperitctica: 2 _ 1 slido nuevonto calentamieto enfriamienslido lquido+ fig.252.7.6.Grupocuarto.Amboscomponentessonparcialmentesolublesenestadolquido.Temperaturamonotctica:arribadelacualhaydossolucioneslquidas.A temperaturas superiores es posible que las lneas punteadas se cierren y solo haya unasolucinlquidahomognea.Reaccinmonotctica:unlquidoalenfriarformaotrolquidomsunslido.Esparecidaalaeutctica,salvoquecadaunodelosproductosesfaselquida(ynoslida).Reaccinmonotctica: Slido Lnto calentamieto enfriamienL +2 1 fig.26JosManuelGmezVega Pgina192.7.7.Grupoquinto.Dosmetales(grupo3b),totalmenteinsolublesenestadolquidoyenslidoestadoslido.Al enfriar, los metales solidifican en sus puntos de solidificacin en dos capas distintas, conunalneadecontactoycasisindifusin,segnseobservaenlafig.27.fig.272.7.8.Reaccionesinvariantes.Hemos visto ya las reacciones tipo eutctico, peritctico y monotctico que son reaccionesinvariantes,esdecir,existencerogradosdelibertadporquelastemperaturasycomposicionesestnfijadas.Ahoraveremoslasreaccioneseutectoideyperitectoide.Reaccineutectoide: _ 2 _ 1 _2Slido Slido Lnto calentamieto enfriamienSlido + +3parecidaalaeutctica,salvoquenointervienelquidoenelreactivo.esextremadamentefina,nodistinguindosealmicroscopiodelaeutctica.nointervienelquido.fig.28JosManuelGmezVega Pgina20Reaccinperitectoide: 3 _ 2 _ 1 _2Slido Lnto calentamieto enfriamienSlido Slido ++ lanuevafasepuedeseraleacinintermedia,compuestootambinsolucinslida.parecidaalaperitctica,salvoquenohaylquidoenlosreactivos.dostiposrepresentados.Enlafig.29haydosfasesslidasformanunafasegammaenlalneaXYdeT. | onto calentamieto enfriamien+ Enlafig.30haydosfasesslidas(metalpuroysolucinslida)queformanfaseslidagammaenlalneaZW. |nto calentamieto enfriamien+ A Laslneasanterioressedenominanlneasdetemperaturaperitectoide.fig.29fig.302.7.9.Solidificacinfueradeequilibrio.Cuandoelenfriamientoesdemasiadorpidoparaquesedifundanlostomosyseproduzcancondiciones de equilibrio, aparecen en la fundicin estructuras poco comunes. Obsrvese loqueocurreenlaaleacinCu40%Niduranteunenfriamientorpido.JosManuelGmezVega Pgina21fig.19Modificacin en la estructura de una aleacin Cu40% Ni durante la solidificacin fuera de equilibrio. Un tiempoinsuficiente para la difusin dentro del slido produce una estructura segregada. Se puede apreciar claramente ladiferenciadecomposicionesconrespectoalasolidificacinenequilibrio.2.8.Miscibilidadslidaparcial.Muchascombinacionesdedoselementosproducendiagramasdefasesmscomplicadosquelos sistemas isomorfos. Estos sistemas contienen reacciones que implican tres fasesindependientes. En la figura aparecen definidos cinco de ellos. Cada una de las reaccionespuedeseridentificadaenundiagramadefasescomplejomedianteelprocedimientosiguiente:1.Localcese una lnea horizontal en el diagrama de fases. La lnea horizontal que indicalapresenciadeunareaccindetresfasesrepresentalatemperaturaalacualocurrelareaccinencondicionesdeequilibrio.2.Localcensetrespuntosdistintosenlalneahorizontal:losdosextremos,msuntercerpunto,amenudocercadelcentrodelalneahorizontal.Elpuntocentralrepresentalacomposicinalacualocurrelareaccindetresfases.3.Bsquese directamente por encima del punto central e identifique la fase o fasespresentes;busqueinmediatamentepordebajodelpuntocentraleidentifiquelafaseo fases presentes. A continuacin escriba, en forma de reaccin, la fase o fases porencimadelpuntocentralquesetransformanenlafaseofasespordebajodelpunto.Compareestareaccinconlasdelafiguraparaidentificarla.Lasreaccioneseutctica,peritcticaymonotcticaformanpartedelprocesodesolidificacin.Lasaleacionesqueseutilizanparafundicinosoldaduraamenudoaprovechanelbajopuntode fusin de la reaccin eutctica. El diagrama de fases de las aleaciones monotcticas tieneun domo o zona de miscibilidad, en donde coexisten dos fases lquidas. En el sistema cobreplomo,lareaccinmonotcticaproduceminsculosglbulosdeplomodisperso,quemejoranlacapacidaddemaquinadodelaaleacindecobre.Lasreaccionesperitcticasconducenalasolidificacinfueradeequilibrioyalasegregacin.JosManuelGmezVega Pgina22Lasreaccioneseutectoideyperitectoidesonreaccionesexclusivasalestadoslido.Lareaccineutectoideformalabasedeltratamientotrmicodevariossistemasdealeaciones,incluyendoel acero. La reaccin peritectoide es extremadamente lenta, produciendo en las aleacionesestructurasfueradeequilibrionodeseables.2.9DiagramasTTT.Los diagramas Temperatura Tiempo Transformacin grficamente describen lasvelocidades, tiempos y temperaturas a las cuales se producen las transformaciones de lasaleacionesaestructurasfueradelequilibrio: Diagrama de Transformacin Isotrmica (TI): diagrama de transformacin tiempo temperaturaqueindicaeltiemponecesarioparaqueunafasesedescompongaenotrafasesisotrmicamente a diferentes temperaturas. Permite predecir estructura, propiedadesmecnicasyeltratamientotrmicoenlosaceros. Diagrama de Transformacin de Enfriamiento Continuo (TEC): diagrama de transformacintiempotemperaturaqueindicaeltiempoparaqueunafasesedescompongacontinuamenteenotrasfasesadiferentesvelocidadesdeenfriamiento.2.10.Conclusiones.Pudimos ver que las soluciones alteran las propiedades de los materiales al cambiar sucomposicin, donde dependiendo de las propiedades y cantidades de cada elemento que secombinasegenerandistintasfases,enquelatemperatura,lapresinycomposicin,cumplenunafuncinfundamental.Tambinatravsdelosdiagramasde fases,podemosconcluir,quelasdistintasfases,slido,lquidoygaseoso,puedencoexistirenlasllamadaslneasypuntosdeequilibrio.Dependiendodel nmero de elementos presentes, se puede elaborar un diagrama de fase simple, binario,ternario,etc.Enellosesposibledeterminarelporcentajeenpeso(%peso)presentesdecadaelemento,atravsdelaregladelapalanca.Tambin debemos mencionar que dependiendo del proceso de solidificacin, las reaccionespuedensereutcticas,monotcticas,peritcticas,eutectoidesyperitectoidesAcontinuacinseofreceuncuadroresumencondichasreacciones.JosManuelGmezVega Pgina233. REFERENCIASBIBLIOGRFICASEMPLEADAS.1.CienciaeIngenieradelosMateriales.DonaldR.Askeland.2.Introduccin al conocimiento de materiales, Segundo Barroso Herrero y JoaqunIbezUlargui.3.Construccin e interpretacin de diagramas de fase binarios, Segundo BarrosoHerreroyJosRamnGilBercero.4.FundamentosdelaCienciaeIngenieradelosmateriales.WilliamF.Smith5.MaterialsScienceCdRom.JohnC.Russ,NorthCarolinaStateUniversity.6.Ciencia de los materiales. Departamento de Ingeniera de los Materiales,UniversidaddeChile.http://cipres.cecc.uchile.cl/links