Introducción a los diagramas de fase

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El estudio de los diagramas de fase puede suponer cierta dificultad si no se entiende correctamente desde el principio. En este post y los sucesivos se explicarán, de forma resumida, el uso e interpretación de los diagramas de fase en ingeniería. Esta primera entrada servirá de introducción para entender una serie de conceptos previos.

En ingeniería mecánica, los diagramas de fase son de gran importancia para el estudio de las aleaciones. El desarrollo de la microestructura de una aleación está relacionado con las características de su diagrama de fase. Debido a que las propiedades mecánicas de la aleación guardan una estrecha relación con su microestructura, su entendimiento será de vital importancia. Pero esto ya se verá más adelante. Para comenzar, debemos conocer una serie de conceptos:

  • El componente, es el metal y/o compuesto que forma parte de una aleación.
  • Con el término sistema nos referiremos a los componentes que forman la aleación sin atender a su proporción, como por ejemplo, el conocido sistema hierro-carbono.
  • En muchas aleaciones, a una determinada temperatura, nos encontramos con el límite de solubilidad, que nos indica la máxima cantidad de átomos de soluto que se disuelven en el disolvente para formar una disolución sólida.
  • Una fase  se define como una porción homogénea de un sistema que tiene características físicas y químicas uniformes. Es decir, un material puro, un sólido, un líquido, una disolución gaseosa se pueden considerar fases. Un sistema monofásico se denomina “homogéneo” y los sistemas con dos o más fases se denominan “sistemas heterogéneos” o “mezclas”. Hay que tener en cuenta, que la mayoría de las aleaciones, las cerámicas, los polímeros y los materiales compuestos son sistemas heterogéneos.

Definidos los conceptos, no hay mejor manera de asimilarlos que con un sencillo ejemplo. En este caso emplearemos el sistema agua-azúcar. Como el propio nombre indica, sus componentes son el agua y el azúcar. Al añadir azúcar, la disolución se concentra hasta alcanzar el límite de solubilidad. La disolución se satura, siendo incapaz de disolver más azúcar, y el excedente precipita en el fondo del recipiente. Ahora el sistema contiene dos fases separadas: la disolución líquida agua-azúcar y el azúcar sin disolver.  Al ser un sistema formado por dos fases, se trataría de un sistema heterogéneo. A continuación se ha representado el diagrama de este sistema:

                                                               sistema agua-azúcar

En el diagrama podemos ver representadas las composiciones de azúcar y agua en el eje de abcisas. La composición de azúcar aumenta de izquierda a derecha, mientras que la del agua lo hace en sentido inverso, de forma que, lógicamente, la suma total de ambos componentes a una determinada temperatura sea del 100% en peso. La temperatura la representamos en el eje de ordenadas. El límite de solubilidad delimita las dos fases de la mezcla: a su izquierda tendremos la parte líquida y a su derecha, tanto la fase líquida, como el sólido sin disolver (sólido+líquido). El límite de solubilidad del azúcar en agua, depende de la temperatura del agua: a medida que aumenta la temperatura, aumenta el límite de solubilidad, permitiendo disolver mayor cantidad de azúcar. Para una determinada temperatura y una determinada composición, podremos deducir del diagrama si nos encontramos en una zona u otra.

Espero que esta explicación haya resultado de utilidad para entender los conceptos previos. En los siguientes posts se explicarán los diagramas de fase con mayor profundidad, explicando su interpretación. Para cualquier duda o sugerencia, no dudéis en comentar.

Bibliografía:

Callister, E. D. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Editorial Reverte, 1995.

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2 comentarios sobre “Introducción a los diagramas de fase

    Zeymi Hernández escribió:
    25 julio, 2015 en 17:07

    Muy bien explicado, muchisimas gracias 😀

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