06-Diagramas de fases

Ya sabemos que cuando se solidifica un metal puro se obtiene una curva de enfriamiento en la que se produce el cambio de fase a temperatura constante. Sin embargo, en la solidificación de una aleación el cambio de fase se produce entre un margen de temperaturas.

Si se analiza cómo solidifican la mezcla de los dos mismos componentes en distintas proporciones tendremos una serie de gráficas como las siguientes:

A continuación se hace una gráfica en la que el eje x indique composiciones y el eje y sea de temperaturas, y se van colocando los puntos de inicio y de final de solidificación para las distintas proporciones.

Si queremos analizar el estado de una aleación a una determinada temperatura bastará con fijar sus coordenadas (composición y temperatura) en la gráfica. Si el punto está por encima de la línea de inicio de transformaciones tendremos líquido; por este motivo a esa línea se le denomina LÍQUIDUS. Si el punto está por debajo de la línea de final de transformaciones, la aleación estará totalmente sólida, por lo que esa línea recibe el nombre de SÓLIDUS. Una aleación cuya composición y temperatura den un punto entre las dos líneas estará en plena transición entre líquido y sólido.

Coloca el ratón en un punto del diagrama para ver su concentración y temperatura

Además de indicar las fases que existen a determinada temperatura para cada posible aleación, se pueden obtener más datos:

TEMPERATURAS Y COMPOSICIONES DE SOLIDIFICACIÓN

Con la animación anterior, se puede obtener la temperatura a la cual una aleación con el 30% de níquel está totalmente líquida (aproximadamente 1247° C) o totalmente sólida (aproximadamente 1200° C).

Además, podemos determinar que cualquier aleación que tenga menos de un 44% de níquel está totalmente líquida a 1300° C. También podemos determinar que toda aleación con más de un 57% de níquel estará totalmente sólida a 1300° C.

VARIACIÓN DE LA SEGREGACIÓN

Según se va solidificando una aleación, primero se transforma material rico en el componente de mayor punto de fusión y lo último que solidifica tiene más riqueza en el componente de menor punto de fusión. El diagrama de fases indica la composición del líquido y del sólido en cada instante de la solidificación:

En el diagrama del sistema formado por el cobre y el níquel del dibujo, una aleación con el 60% de níquel a 1325° C está en parte líquida y en parte sólida, y ocuparía el punto A.

El líquido que está a punto de solidificar a 1325° C tiene una composición de 51% de níquel, y ésto coincide con la composición de la parte líquida presente en el punto A.

Por otro lado, el sólido que está totalmente solidificado a 1325° C tiene una composición de 63% de níquel. Ésta es la composición de la parte sólida presente en el punto A.

Cuando la temperatura va disminuyendo, las proporciones de sólido y de líquido van variando, lo que constituye el fenómeno de la segregación.

PROPORCIÓN DE LÍQUIDO Y DE SÓLIDO

La proporción del componente de la derecha del gráfico viene dada por la división de la distancia "d" entre la distancia "D":

De igual forma, cuando tenemos sólido y líquido presentes, la distancia "e" dividida entre la distancia "E" nos indica la proporción da la fase que está al lado opuesto, en este caso del sólido:

Ésto es lo que se denomina Ley de la palanca.

Resumiendo, en cada punto en el que coexisten dos fases, trazando la línea horizontal buscamos la concentración de cada una de dichas fases. A continuación, midiendo los segmentos, se obtienen las proporciones de cada una de esas fases.

MICROGRAFÍA

Las muestras de metales y aleaciones se someten a un lijado y pulido de la superficie. A continuación se ataca con ácido para que se enfaticen los límites de grano y se observa el resultado al microscopio. La imagen que se ve se llama micrografía.

Con todos los datos de composición y proporciones de las fases, se puede dibujar de forma muy aproximada la micrografía si conocemos el diagrama.

Éstos son algunos ejemplos de micrografías reales:

Para saber más:

Diagramas de fases