Fases de enfriamiento

“TEMAS 16-21”

Noviembre 2005

Belén Molina Sánchez
UNIVERSIDAD ANTONIO DE NEBRIJA ASIGNATURA: MATERIALES I
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DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES
• Sistema: porción del universo que ha sido aislada de tal modo que sus propiedades
pueden ser estudiadas. •Microconstituyente: aquello que es observable a nivel microscópico. • Fase: es un microconstituyente: • Parte homogénea de un sistemaseparable del resto a través de una barrera de separación (físicamente diferenciable de las demás). • Porción de un sistema material homogéneo y separado físicamente. • Una sustancia pura puede presentarse en tres fases: sólida, líquida y gaseosa: Tienen una misma estructura o arreglo atómico. Tienen la misma composición química. Tienen las mismas propiedades físicas. Presentan una interfasedefinida con cualquier otra fase que la rodee. • Componente: elementos o compuestos químicos que entran a formar un sistema. • Grados de libertad (F): número de variables (temperatura, presión y composición) que se pueden variar independientemente sin que tenga lugar cambio de fase. • Regla de las fases (ley de Gibs): da una relación entre los componentes (C), las fases (P) y los grados de libertad (F)cuando la presión es aproximadamente igual a 1 atm:

P → C −F +1

• El número de fases no puede superar nunca al número de componentes más 1. • Cuando en un sistema en equilibrio se alteran las fases, el equilibrio se pierde. El sistema evoluciona de forma que neutralice la alteración. Así en un enfriamiento se produce una expulsión de energía y en un calentamiento se absorbe energía.UNIVERSIDAD ANTONIO DE NEBRIJA

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DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES
• Un diagrama de fase es un mapa que describe las fases presentes en un material en función de variables termodinámicas. Se suponen condiciones de enfriamiento y calentamiento muy lentas. • Para especificar por completo el estado de un sistema en equilibrio, es necesario especificar tres variablesindependientes: temperatura, presión y composición. Si se supone que la presión permanece constante, el diagrama de equilibrio indicará los cambios estructurales debidos a la variación de temperatura y composición. • Existen dos tipos de solubilidad: • Solubilidad ilimitada: se produce una fase sólida. Ej: cobre + níquel. • Solubilidad limitada: uno de los componentes puede disolverse hasta ciertolímite en el otro. Se producen dos o más fases sólidas. Ej: cobre + zinc. • Es posible que no exista solubilidad entre dos materiales. • Se estudian los diagramas de fase binarios (dos componentes o C=2). Aplicando la regla de las fases: F → C − P + 1 • Si el número de fases presentes es 3 no hay ningún grado de libertad. • Si el número de fases presentes es 2 hay un grado de libertad, el sistemaevoluciona fijando la temperatura con concentraciones únicas a esa temperatura. • Si el número de fases presentes es 1 hay dos grados de libertad, el sistema puede coexistir a cualquier temperatura y concentración.
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DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES

Microestructura de una sola fase correspondiente al molibdeno puro 200x
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Microestructura de dos fases correspondiente a la perlita hallada en un acero con 0.8% en peso de C 500x
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DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES • Diagrama de fase PT del agua pura:

• Diagrama de fase PT del hierro puro:

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DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES
• El estudio de la fasesviene dado por las curva de enfriamiento. • Curva de enfriamiento de un metal puro o un compuesto químico:

• Formación de diagramas de fase a partir de las curvas de enfriamiento:

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DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO DE FASES
• Coordenadas de los diagramas de fases: • Los diagramas se grafican con la temperatura (en grados centígrados)...