![Page 1: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/1.jpg)
Lección 10. Diagramas de fase
Materiales-G704/G742
Jesús Setién MarquínezJose Antonio Casado del Prado
Soraya Diego CaviaCarlos Thomas García
Departamento de Ciencia e Ingeniería del Terreno y de los Materiales
Este tema se publica bajo Licencia: Crea=ve Commons BY-‐NC-‐SA 4.0
![Page 2: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/2.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
2
En un material, en términos de microestructura, una Fase es una región macroscópicamente homogénea que difiere en estructura y/o composición de otra región.
Los Diagramas de Fases (o Diagramas de Equilibrio) son representaciones gráficas de las fases presentes en un sistema material a varias temperaturas, presiones y composiciones.
La información importante que podemos obtener a partir de los diagramas de fases es:
2. La temperatura a la cual las diferentes fases comienzan a fundirse.
1. Las fases presentes en el sistema a diferentes composiciones y temperaturas bajo condiciones de enfriamiento lento (equilibrio).
10.1 INTRODUCCIÓN
3. La presencia de fenómenos de alotropía o polimorfismo en estado sólido.
![Page 3: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/3.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
3
Una sustancia pura como el agua puede existir en las fases sólida, líquida y gaseosa,
dependiendo de las condiciones de temperatura y presión.
10.2 DIAGRAMAS DE FASES DE UN COMPONENTE
![Page 4: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/4.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
4
10.3 LA REGLA DE LAS FASES
La regla de las fases o regla de Gibbs permite obtener los grados de libertad (F) posibles para mantener una situación de equilibrio en un sistema material, en base al número de sus componentes (C) y fases presentes (P), teniendo en cuenta la existencia de dos variables termodinámicas independientes, usualmente presión y temperatura.
La regla se expresa por la relación:
F + P = C + 2
A presión constante (1 atmósfera): F + P = C + 1 (regla de fases condensada)
C = 1 P = 1 F = 2 (P, T)
C = 1 P = 2 F = 1 ; P = P (T)
C = 2 P = 2 F = 2 (P, T)
C = 2 P = 1 F = 3 (P, T, C)
![Page 5: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/5.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
5
Solución: mezcla macroscópicamente homogénea de una sustancia (soluto) dispersa en otra (solvente).
Solución sólida: solución en que ambas sustancias son sólidas (ofrece la posibilidad de orden).
Al mezclarse dos o más sustancias en estado líquido puede suceder que sean:
Completamente solubles
10.4 SOLUCIONES SÓLIDAS
aceite
agua
Parcialmente solubles Totalmente insolubles
agua y
alcohol
agua y
sal
sal
![Page 6: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/6.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
6
Al solidificar puede ocurrir:
– Que la solubilidad sea total.
– Que la solubilidad sea parcial.
– Que la solubilidad sea nula.
– Que se formen nuevos compuestos químicos.
Todas estas posibilidades quedan reflejadas en los diagramas de fases.
![Page 7: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/7.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
7
10.5 DIAGRAMAS DE FASES BINARIOS
• Los diagramas de fases son mapas temperatura – composición de sistemas (a P = cte.) que se obtienen a partir de series de curvas de enfriamiento.
• Muestran las fases presentes y sus composiciones para cualquier temperatura y compo-sición de la aleación, permitiendo predecir las transformaciones entre fases y la micro-estructura resultante.
![Page 8: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/8.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
8
• La constitución de una aleación queda descrita por:
- La composición global de la aleación. - El número de fases presentes. - La composición de cada fase. - La fracción, porcentaje o proporción en peso de cada fase.
10.6 INTERPRETACIÓN DE LOS DIAGRAMAS DE FASES BINARIOS
![Page 9: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/9.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
9
• Regiones monofásicas:
1. La composición química de la fase coincide con la composición total de la aleación original.
2. Físicamente la aleación estará constituida por 100% de fase líquida homogénea o bien 100% de fase sólida homogénea.
![Page 10: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/10.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
10
• Regiones bifásicas:
1. A la temperatura de interés para la aleación considerada se construye la línea de reparto (isoterma), que conecta dos fases (L y S, en este caso) a través de la región bifásica.
2. La composición química de las dos fases (CL y CS) viene dada por las intersecciones de dicha línea con las de los límites de fase en cada extremo, trasladadas verticalmente hacia abajo y leídas directamente sobre el eje horizontal de las composiciones.
3. La proporción o porcentaje de cada fase se calcula en base a la Regla de la Palanca.
![Page 11: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/11.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
11
Porcentaje de fase líquida de composición CL:
Porcentaje de fase sólida de composición CS:
Como únicamente hay dos fases implicadas se verifica que:
![Page 12: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/12.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
12
• Desarrollo de microestructuras:
![Page 13: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/13.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
13
• Inmiscibilidad total en estado líquido:
10.7 TIPOLOGÍA DE LOS DIAGRAMAS DE FASES
![Page 14: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/14.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
14
• Miscibilidad parcial en estado líquido. Diagramas con MONOTÉCTICO.
Reacción monotéctica:
Monotéctico: punto invariante (f = 0) en el que un líquido (L1) se transforma en otro líquido (L2) y un sólido α.
Vacío de mezcla
Temperatura crítica de solubilidad (TK)
![Page 15: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/15.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
15
• Solubilidad total en estado sólido y líquido. Sistemas isomorfos.
![Page 16: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/16.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
16
Reacción eutéctica:
• Solubilidad total en estado líquido y nula en sólido. Diagrama EUTÉCTICO.
Eutéctico: punto invariante (f = 0) en el que un líquido (L) se transforma en otros dos sólidos diferentes (α y β).
Diagrama «sin eutéctico»
A 20 40 60 80 B Peso porcentual de B
Tem
pera
tura
(ºC
) L
L + B L + A
A + B
![Page 17: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/17.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
17
• Solubilidad total en estado líquido y parcial en sólido. Diagramas con EUTÉCTICO.
Composición
T
![Page 18: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/18.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
18
![Page 19: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/19.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
19
![Page 20: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/20.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
20
• Diagramas de equilibrio con fases y/o compuestos intermedios.
Composición
T
![Page 21: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/21.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
21
Peritéctico: punto invariante (f = 0) en el que un líquido (L) y una fase sólida (α) se transforman en otra sólida distinta (β).
• Diagramas con PERITÉCTICO.
Reacción peritéctica:
Punto peritéctico
L
ε + L
ε + L→ η
T
![Page 22: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/22.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
22
• Diagramas de equilibrio con EUTECTOIDE.
Eutectoide: punto invariante (f = 0) en el que un sólido (γ) se transforma en otros dos sólidos diferentes (α y β).
Reacción eutectoide:
![Page 23: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/23.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
23
• Diagramas de equilibrio con PERITECTOIDE.
Peritectoide: punto invariante (f = 0) en el que dos sólidos (α y β) se transforman en otro sólido diferente (γ).
Reacción peritectoide:
![Page 24: Materiales-G704/G742. Tema VIII. Materiales metálicos ... · Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase’ 4 10.3 LA REGLA DE LAS FASES La regla de las fases](https://reader030.vdocumento.com/reader030/viewer/2022040208/5e25f8b2c4f36f6f21609e1e/html5/thumbnails/24.jpg)
Mat
eria
les
Tema VIII: Materiales Metálicos Lección 10: Diagramas de Fase
24
• Diagramas binarios generales:
I. Peritéctico. II. Eutéctico. III. Eutectoide. IV. Monotéctico. V. Peritectoide.
A 20 40 60 80 B Peso porcentual de B
Tem
pera
tura
(ºC
)
Eutéctica
Peritéctica
Monotéctica
Eutectoide
Peritectoide