Diagrama de Fases

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Diagrama de fases

Ingeniera Industrial

Ing. Lucio Antonio Llontop Mendoza


Diagrama de fases

Representaciones grficas a

varias temperaturas, presiones y

composiciones de las fases que

estn presentes en los sistemas

de materiales.


Diagrama de fase o de constitucin

1. Mostrar qu fases estn presentes a diferentes composiciones y

temperaturas bajo condiciones de equilibrio.

2. Averiguar la solubilidad, en el estado slido y en el equilibrio, de un

elemento (o compuesto) en otro.

3. Determinar la T a la cual una reaccin enfriada bajo condiciones de

equilibrio comienza a solidificarse y el rango de temperatura en el que

presenta solidificacin.

4. Conocer la T a la cual las fases comienzan a fundirse.

Sistema: cuerpo especfico de un material

considerado.

Sistema Fe-C

Componente: Un elemento y/o un compuesto

que forma parte de un material. Ej. En el acero:

Fe, C

Fase: Porcin homognea de un sistema que

tiene caractersticas fsicas y qumicas

uniformes: material puro, slido, un lquido o

un gas. Las estructuras cristalinas, por ejemplo

FCC y BCC, cada una es una fase separada.


Situaciones que se

presentan cuando se

mezclan dos sustancias


Regla de Fase

C = cantidad de componentes, qumicamente

independientes.

F= grados de libertad o cantidad de variables.

P = nmero de fases presentes

2 = representa las variables de P y T

P + F = C + 2


Regla de Fases: Suponga que se tiene una presin y una

temperatura que se coloca al magnesio en elpunto A del diagrama de fases, donde todo el Mges lquido. En este punto el nmero decomponentes C es uno y el nmero de fases esuna (lquido) la regla de fases dice que:

P + F = C + 2

F = C P + 2 = 1 1 + 2 = 2

En el punto B el nmero de componentes C esuno y el nmero de fases es 2 slido y lquido laregla de fases dice que:

P + F = C + 2

F = C P + 2 = 1 2 + 2 = 1

En el punto C el nmero de componentes C esuno y el nmero de fases es 3 slido y lquido laregla de fases dice que:

P + F = C + 2

F = C P + 2 = 1 3 + 2 = 0


Diagramas de fase: Sustancias puras

Agua



CO2



SiO2



Lmite de solubilidad

En muchasaleaciones, y paraalguna temperaturaespecfica, existeuna concentracinmxima de tomosdes soluto quedisuelven en eldisolvente paraformar unadisolucin slida: esel limite desolubilidad


Indique cual es el lmite de solubilidad para la aleacin Zn Cu en la siguiente figura


Diagramas de fase: Sistema Binario


Diagramas de fase: Sistema Ternario


Sistema Binario

Mezcla de dos componentes (A y B)

Se representan P o T frente a composicin.

Dependiendo de la Solubilidad en estado slidos:

1. Sistema binario con solubilidad total: Sistema Isomorfo (Regla de

Hume-Rothery)

2. S. B. con solubilidad parcial (Diagrama Eutcticos)

3. S. B. con insolubilidad total (Diagrama Eutcticos)


Ejercicios

Cul es la composicin en % molar, de una aleacin que contiene 98 g de

estao y 65 g de plomo?

Cul es la composicin en % atmico, de una aleacin que contiene 99,7

lbm de Cu y 102 lbm de Zn y 2,1 lbm de Pb?

Cul es la composicin, en porcentaje atmico, de una aleacin que

contiene 97 % de Fe y 3 % de Si en peso?

El Ni forma una disolucin slida sustitucional con el cobre. Calcular el

nmero de tomos de Ni por cm3 en una aleacin Cu-Ni que contiene 1,0 %

de Ni y 99, 0 % de Cu en peso. Las densidades del Zn y Cu puros son de 7,13

y 8,93 g/cm3, respectivamente.

Disolucin slida


Condiciones para solubilidad ilimitada (Regla de Hume Rothery)

1. Factor tamao: Los tomos deben ser de tamao similar, con no ms del 15 por

ciento de diferencia en su radio atmico, a fin de minimizar deformaciones de red.

2. Estructura cristalina: Los materiales debern tener la misma estructura cristalina; de

lo contrario, existir algn punto en el cual ocurrir la transicin de una fase a otra

con estructura distinta.

3. Valencia: Los tomos debern tener la misma valencia; de lo contrario, la diferencia

de valencia alentar la formacin de compuestos, en vez de la formacin de

soluciones.

4. Electronegatividad: Los tomos deben tener aproximadamente la misa

electronegatividad. Si las negatividades difieren de manera significativa, de nuevo se

formarn compuestos, como cuando se combina sodio y cloro para formar cloruro de

sodio.


EjerciciosEn la siguiente tabla se dan el radio atmico, la estructura cristalina, la electronegatividad y

la valencia ms comn de varios elementos. Para los no metlicos slo se ha indicado el

radio atmico. Indicar cules de estos elementos pueden formar con el Ni:

a)Una disolucin slida sustitucional con solubilidad total.

b)Una disolucin slida sustitucional con solubilidad parcial.

c)Una disolucin slida intersticial.


Sistema Binario Totalmente solubles

Componentes puros


Sistema Binario Totalmente soluble

TS: El slido empieza a

fundirse.

TL: La fusin se completa.

C: Composicin de la mezcla

100 % slida

CL: Composicin de la fases

lquida a cualquier

temperatura T en el

intervalo TL-TS.

CS: Composicin de la fases

slida a cualquier

temperatura T en el

intervalo TL-TS.


Sistema Binario Totalmente soluble

TS: El slido empieza a fundirse.

TL: La fusin se completa.

C: Composicin de la mezcla 100

% slida (debajo de Ts).

C: Composicin de la mezcla

100 % lquida (arriba de TL).

CSL: Composicin del primer

ncleo de slido (enfriamiento).

CLS: Composicin de los ltimos

restos de lquido (enfriamiento).


Sistema Binario

Cobre Nquel

Determinar en A y B:

-Fases presentes

-Composicin de fases


Regla de la Palanca

O

CC

CC

CC

CC

C

L

LO

L

O

LL

L

CXCX

X

X

Cobre Nquel


Sistema Binario

Cobre Nquel

Considerando una aleacin de Cu con

50 % en peso de Ni, determinar:

-Las T solidus y liquidus de la

aleacin.

-La composicin de la ltima porcin

de lquido que solidifica.

-La composicin de la ltima porcin

de slido que se funde.

-La composicin de las fases slida y

lquida a 1300C

-Las cantidades de fase slida y fase

lquida a 1300C.


Regla de la Palanca

Considere la aleacin con 40 % en

peso de Ni y determine:

a) T de liquidus y solidus de la

aleacin.

b) La composicin de la ltima

porcin de lquido que se

solidifica.

c) La composicin de la ltima

porcin de slido que se funde.

d) La composicin de las fases

slida y lquida a 1250 C.

e) Las cantidades de fase slida y

fase lquida a 1250C.


Tipos de reacciones

Reaccin Eutctica: Transformacin de un lquido L con

la composicin eutctica en dos fases slidas ( y b)

durante el enfriamiento.


Tipos de reacciones

Reaccin Eutectoide: Transformacin de un slido g

con la composicin eutctoide en dos fases slidas ( y

b) durante el enfriamiento.


Tipos de reacciones


Diagrama eutctico con insolubilidad total


Diagrama eutctico con solubilidad parcial

Diagrama solubilidad parcial: Cu- Ag

Fases

T eutctica

Composicin Eutctica

Composicin hipoeutctica

Composicin hipereutctica


Sistema Pb - Sn

Para una aleacin de

Pb-Sn de composicin

eutctica, calcule las

fracciones en peso de

equilibrio de (Pb) y (Sn)

en la microestructura a

a) 183 C y b) 0C


Sistema Fe - C


Altropos de Fe

Date post:	05-Nov-2015
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