REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICOSANTIAGO MARIOEXTENSIN MARACAYESCUELA DE INGENIERA INDUSTRIAL

PRINCIPIOS DE LA SOLIDIFICACIONTecnologa de los materiales

Autor: Richard MorenoC.I 19.228.759Seccin IL.

Maracay, Junio 2015.INTRODUCCION.La solidificacin es un proceso fsico que consiste en el cambio de estado de la materia de lquido a slido producido por una disminucin en la temperatura o por una compresin de este material. Es el proceso inverso a la fusin, y sucede a la misma temperatura. Ejemplo de esto es cuando colocamos en el congelador agua, como la temperatura es muy baja esto hace que se haga hielo, o en pocas palabras, aumenta el volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos.

Durante la solidificacin de los materiales cristalinos, la disposicin atmica cambia de un orden de corto alcance (SRO) a un orden de largo alcance (LRO). La solidificacin de los materiales cristalinos requiere dos pasos. En el primer paso, cristalinos ultra-finos, conocidos como los ncleos de una fase slida, se forman a partir del lquido. En el segundo paso, los cristalinos slidos ultra-finas comienzan a crecer como tomos del lquido estn unidos a los ncleos hasta que no quede lquido.

Dos metales (A, B) a temperaturas superiores a sus respectivos puntos de fusin (TA, TB) se encuentran en estado lquido pudindose disolver y conformar as una fase nica lquida. Esto quiere decir que no podemos establecer diferencias de comportamiento u observacin entre las distintas partes del lquido y que los metales en las proporciones mezcladas tienen la propiedad de miscibilidad. Si la mezcla lquida, XA + XB, la sometemos a un proceso de solidificacin, mediante enfriamiento, llegamos a obtener el producto que se denomina aleacin de los metales A y B.

PRINCIPIO DE LA SOLIDIFICACION.

La solidificacin es un proceso fsico que consiste en el cambio de estado de la materia de lquido a slido producido por una disminucin en la temperatura o por una compresin de este material. Es el proceso inverso a la fusin, y sucede a la misma temperatura. Ejemplo de esto es cuando colocamos en el congelador agua, como la temperatura es muy baja esto hace que se haga hielo, o en pocas palabras, aumenta el volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos.

Tambin se llama solidificacin al proceso de endurecimiento de materiales como el cemento o la arcilla, en esos casos al deshidratarse a temperatura constante.

NUCLEACIN

El trmino nucleacin se refiere a la formacin de los primeros nanocristales de un material fundido. Por ejemplo, como el agua comienza a congelarse, nanocristales, conocidos como ncleos, se forman primero. En un sentido ms amplio, el trmino nucleacin se refiere a la etapa inicialde la formacin de una fase de otra fase.

Nucleacin homognea.

La nucleacin homognea se produce cuando el subenfriamiento se vuelve lo suficientemente grande como para causar la formacin de un ncleo estable. El tamao critico del radio (r *) para la nucleacin homognea se viene dando por Un embrin es una diminuta partcula de slido que se forma del lquido solidificado cuando los tomos se agrupan. El embrin es inestable y puede crecer, ya sea en un ncleo estable o volver a disolverse. Fortalecimiento del tamao de grano Productos qumicos aadidos a los metales fundidos para promover la nucleacin y un tamao de grano mas fino, se conoce como refinadores de grano o inoculantes.

Vidrios metalicos

Para velocidades de enfriamiento rpidas y o masas fundidas de alta viscosidad, permite que la estructura de lquido se bloquee en su lugar y se forma una estructura amorfos-o-slido vtrea.

Algunas aleaciones con composiciones especiales tienen estructuras cristalinas suficientemente complejas, por lo que pueden formar materiales amorfos si se enfra rpidamente. Estos materiales son conocidos como vidrios metlicos. Por lo general, buenos formadores de vidrio metlico son aleaciones multicomponentes. Solidificacin de segunda fase Movimiento de dislocacin puede ser resistido por los lmites de grano o la formacin de granos ultra-finos precipitados de una segunda fase. Materiales Fortalecimiento utilizando precipitados ultra finos que se conoce como consolidacin de dispersin o el fortalecimiento de la segunda fase. Este proceso implica transformaciones de fase en estado slido (es decir, una transformacin slida en otra). Este fenmeno de nucleacin desempea un papel fundamental en el fortalecimiento de los mecanismos.Algunos materiales, se convertirn en slido sin el desarrollo de un orden de largo alcance, por otra parte muchos materiales polimeros pueden desarrollar cristalinidad parcial durante la solidificacin o procesamiento.

Durante la solidificacin de los materiales cristalinos, la disposicin atmica cambia de un orden de corto alcance (SRO) a un orden de largo alcance (LRO). La solidificacin de los materiales cristalinos requiere dos pasos. En el primer paso, cristalinos ultra-finos, conocidos como los ncleos de una fase slida, se forman a partir del lquido. En el segundo paso, los cristalinos slidos ultra-finas comienzan a crecer como tomos del lquido estn unidos a los ncleos hasta que no quede lquido. Nucleacin Solidificacion Aplicaciones de la nucleacin controlada Nucleacin heterognea

Salvo en los experimentos controlados de laboratorio, la nucleacin homognea nunca ocurre en los lquidos. En lugar de ello, las impurezas en contacto con el lquido, ya sea en suspensin en el lquido o en las paredes del recipiente que contiene el lquido, proporcionar una superficie sobre la que se puede formar el slido.

La nucleacin en superficies preexistentes se conoce como nucleacin heterognea. Velocidad de nucleacin La velocidad de nucleacin (el nmero de ncleos formados por unidad de tiempo) es una funcin de la temperatura. Antes de la solidificacin no hay nucleacin. Por lo tanto, una tasa tpica de nucleacin alcanza un mximo en algn temperatura por debajo de la temperatura de transformacin.

Cuando se congela una pieza de fundicin de metal, las impurezas en la masa fundida y las paredes del molde en el que se produce la solidificacin sirven como sitios de nucleacin heterognea. A veces se introduce intencionadamente partculas de nucleacin en el lquido, llamadas refinamiento del grano o la inoculacin.

Vidrios cermicos

El trmino de vitrocermica se refiere a materiales de ingeniera que comienzan vasos amorfos y terminan como cermicas cristalinas con un tamao de grano ultrafino. Estos materiales son entonces prcticamente libre de porosidad, mecnicamente ms fuerte, y a menudo mucho ms resistente al choque trmico. La nucleacin no se produce fcilmente en algunos materiales, sin embargo, podemos ayudar mediante la introduccin de agentes de nucleacin.

Mecnica de la nucleacin

La nucleacin ocurre normalmente con ms dificultad en el interior de una sustancia uniforme, por un proceso llamado nucleacin homognea. Los lquidos que se enfran por debajo de la temperatura mxima de nucleacin heterognea (temperatura de fusin), pero que estn por encima de la temperatura de nucleacin homognea (la temperatura de congelacin de la sustancia pura) se dice que estn superenfriados. Esto es til para hacer slidos amorfos y otras estructuras metaestables, pero puede retrasar el progreso de los procesos qumicos industriales o producir efectos indeseados en el contexto de la fundicin.

En el caso de la nucleacin heterognea, se libera cierta energa por la destruccin parcial de la interfase anterior. Por ejemplo, si se forma una burbuja de dixido de carbono entre el agua y la superficie interior de una botella, la energa inherente a la interfase burbuja-agua se libera donde intervenga una capa de gas, y esta energa se consume formando interfases burbuja-agua y burbuja-botella. El mismo efecto puede hacer que se formen partculas de precipitacin en los bordes granulosos de un slido. Esto puede interferir con el endurecimiento por precipitacin, que necesita nucleacin homognea para producir una distribucin uniforme de partculas de precipitacin.

Aproximacin clsica a la nucleacin.

La creacin de un ncleo implica la formacin de una interfase en los lmites del nuevo estado. Se gasta cierta energa para formar esta interfase, basada en la energa de superficie de cada estado. Si un hipottico ncleo es demasiado pequeo, la energa que se liberara al formarse su volumen no sera suficiente para crear su superficie, y no se producira nucleacin. El tamao crtico del ncleo se puede expresar mediante su radio, y cuando r=r* (o r crtico) entonces se produce nucleacin.Al irse haciendo ms favorable el cambio de estado, la formacin de un cierto volumen de ncleo libera la suficiente energa para formar una superficie cada vez ms grande, permitiendo que sean viables ncleos progresivamente ms pequeos. Finalmente, la activacin trmica porporcionar la suficiente energa para formar un ncleo estable. Luego estos pueden crecer hasta que se restablece el equilibrio termodinmico.

Este proceso puede explicarse por el modelo del cristal de Kossel. Si concebimos la unidad de crecimiento como una partcula que puede enlazarse con hasta 6 partculas ms, y considerando que cada una de estas partculas tiene una dimensin de 1*1*1, la formacin de unidades de nucleacin se puede tabular, quedando as:

LadoSuperficieVolumen1 6*1 12 6*2 23 6*334 6*445 6*556 6*667 6*778 6*889 6*9910 6*1010

De esta tabla podemos deducir que es a partir del ncleo de dimensiones 6*6*6 cuando alcanzamos el tamao crtico de nucleacin, ya que entonces es cuando se igualan las energas de formacin de superficie y de volumen. La energa de la cohesin es proporcional al volumen, y la probabilidad de disgregarlo, proporcional a la superficie.

Aproximacin no clsica a la nucleacin.

Existe, para el caso de la formacin de fases cristalinas, una aproximacin al fenmeno de la nucleacin que se conoce como no clsica a causa de su novedad y de las proposiciones que contiene. A diferencia del planteamiento clsico, en el que ms partculas se van aadiendo a clsters ya formados, en este caso se propone que clsters preformados y cuya estructura no es cristalina, sino amorfa, sirven de base para la nucleacin de una fase cristalina. Diversos estudios2 3 4 intentan caracterizar este fenmeno.

MECANISMO DE ENFRIAMIENTOS.

ncleo es la etapa del proceso de solidificacin donde los tomos del lquido se unen al slido formando las grandes estructuras cristalinas.

La solidificacin es regulada por:

Velocidad de nucleacin: cantidad de cristales que se forman por unidad de tiempo. Velocidad de cristalizacin: incremento de la longitud de los cristales por unidad de tiempo.

La cristalizacin es fcil si coinciden los mximos de ambas velocidades a lo largo del tiempo, pero si no coinciden, se obtendrn materiales vtreos difciles de cristalizar. Los metales puros cristalizan fcilmente, as como algunas aleaciones.CURVA DE ENFIAMIENTO.

En la curva de enfriamiento de un metal puro, se observa que el cambio de fase se produce a temperatura constante. Durante este tiempo donde la temperatura es constante se desarrollan los dos pasos de la solidificacin: nucleacin y crecimiento.

Los ncleos estables se forman, o bien, a partir de la pared del molde, o bien mediante agentes nucleantes: partculas de un compuesto de fusin ms alto que se encuentren en el lquido.

DEFECTO DE LA SOLIDIFICACION.

Aunque son muchos los defectos que potencialmente se pueden generar durante la solidificacin, la contraccin y la porosidad merecen mencin especial. Si una piezavaciada contiene poros (agujeros pequeos), esa pieza puede fallar catastrficamente si se usa en aplicaciones de carga. Contraccin.- Casi todos los materiales son ms densos en estado slido que enestado lquido. Durante la solidificacin, el material se contrae o encoge hasta un 7%.

Si la contraccin empieza en la superficie, se pueden formar cavidadesen el interior del slido. Si sus superficies se contraen de distintaforma, se pueden formar pequeos canales.

Solucin: rellenar el slido durante la solidificacin. Contracciones interdendrticas: Se forman pequeos poros entre los brazos de las dendritas. Caracterstico en dendritas largas ycon brazos grandes (el lquido no puede entrar en los interespaciados) Solucin: ritmos de enfriamiento muy altos para disminuir el tamao de las dendritas.

Un metal en estado lquido puede contener cierta cantidad de gas DisueltoAl solidificarse, parte del gas queda atrapado en el interior del metaly forma burbujas. stas forman cavidades por donde el gas puede entrar o salir del metal (porosidad gaseosa). Ejemplo: H2 en AlSoluciones:- Mantener baja la temperatura del lquido- Aadir materiales al lquido que formen compuestos slidos con el gas.- Disminuir la presin externa (vaco) durante la solidificacin para permitir la evaporacin del gas

PROCESO DE VACIADO.

El trmino Proceso de Vaciado implica, en el sentidoamplio, al proceso de moldeo, al mtodo de introducir el metal en la cavidad del molde y a todos los procesos de hacerlas piezas. Se entiende por Moldear una pieza, a la actividad de atacar una mezcla de moldeo sobre un determinadomodelo, de manera que cuando se retire dicho modelo, quede perfectamente reproducida su forma. Adems, la masamoldeada debe poseer propiedades que le permitan mantener dicha perfeccin hasta que la pieza solidifique y se enfre completamente.

La colada o vaciado es el proceso que da forma a un objeto al hacer entrar material liquido en un agujero o cavidad formado que se llama molde y dejar que se solidifique el liquido. Cuando el material se solidifica en la cavidad retiene la forma deseada. Despus, se retira el molde y queda el objeto slido conformado.

Los procesos se clasifican, primero, por la forma en la cual se hacen entrar los materiales a la cavidad del molde. Los sistemas bsicos se realizan por gravedad y a presin. La segunda clasificacin de los procesos de colada es segn el material del molde. Este se puede hacer con arena y se destruye despus de sacar el objeto o moldes fijos (indestructibles).

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS

DE COLADO, VACIADO, Y MODEADO.

DIAGRAMAS DE FASES.

En termodinmica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase o diagrama de estados de la materia, a la representacin entre diferentes estados de la materia, en funcin de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregacin diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.

Diferentes diagramas de equilibrio

Los diagramas de equilibrio ms sencillos son los de presin - temperatura de una sustancia pura, como puede ser el del agua. En el eje de ordenadas se coloca la presin y en el de abscisas la temperatura. Generalmente, para una presin y temperatura dadas, el cuerpo presenta una nica fase excepto en las siguientes zonas:

Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados slido, lquido y gaseoso. Estos puntos tienen cierto inters, ya que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termmetros.Dos metales (A, B) a temperaturas superiores a sus respectivos puntos de fusin (TA, TB) se encuentran en estado lquido pudindose disolver y conformar as una fase nica lquida. Esto quiere decir que no podemos establecer diferencias de comportamiento u observacin entre las distintas partes del lquido y que los metales en las proporciones mezcladas tienen la propiedad de miscibilidad. Si la mezcla lquida, XA + XB, la sometemos a un proceso de solidificacin, mediante enfriamiento, llegamos a obtener el producto que se denomina aleacin de los metales A y B.

Es conocido que las aleaciones mejoran las caractersticas de los metales puros. Realmente debera decirse que introducen variables que diferencian el comportamiento de los metales puros que las componen, porque en algunas circunstancias pueden perjudicar sus propiedades. Obviamente, conformar una aleacin es uno de los medios ms primitivos que la ingeniera ha dispuesto para actuar sobre las propiedades de los metales puros, incluso histricamente la aleacin es predecesora como lo justifica el bronce, Edad del bronce

En ciencia de materiales se utilizan ampliamente los diagramas de fase binarios, mientras que en termodinmica se emplean sobre todo los diagramas de fase de una sustancia pura.

Diagrama de fase de una sustancia pura

Existen diferentes diagramas segn los materiales sean totalmente solubles en estado slido y lquido o sean miscibles a que sean insolubles. Tambin pueden darse casos particulares. Uno de los diagramas de equilibrio ms clsico es el de los aceros que tiene particularidades y donde afecta claramente la concentracin y las diferentes cristalizaciones que puede darse en el hierro estando en estado slido y a diferentes temperaturas.

Los pares (presin, temperatura) que corresponden a una transicin de fase entre:Dos fases slidas: Cambio alotrpico;Entre una fase slida y una fase lquida: fusin - solidificacin;Entre una fase slida y una fase vapor (gas): sublimacin - deposicin (o sublimacin inversa);Entre una fase lquida y una fase vapor: vaporizacin - condensacin (o licuefaccin). Es importante sealar que la curva que separa las fases vapor-lquido se detiene en un punto llamado punto crtico (La densidad del lquido y vapor son iguales). Ms all de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrtico que tiene propiedades tanto de los lquidos como de los gases. Modificando la presin y temperatura en valores alrededor del punto crtico se producen reacciones que pueden tener inters industrial, como por ejemplo las utilizadas para obtener caf descafeinado.

Es preciso anotar que, en el diagrama P-T del agua, la lnea que separa los estados lquido y slido tiene pendiente negativa, lo cual es algo bastante inusual. Esto quiere decir que aumentando la presin el hielo se funde, y tambin que la fase slida tiene menor densidad que la fase lquida.

Diagrama de fase binarios.

Cuando aparecen varias sustancias, la representacin de los cambios de fase puede ser ms compleja. Un caso particular, el ms sencillo, corresponde a los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentracin, normalmente en masa.

Hay punto y lneas en estos diagramas importantes para su caracterizacin:

Slido puro o disolucin slida Mezcla de disoluciones slidas (eutctica, eutectoide, peritctica, peritectoide) Mezcla slido - lquido nicamente lquido, ya sea mezcla de lquidos inmiscibles (emulsin)o un lquido completamente homogneo. Mezcla lquido - gas Gas (lo consideraremos siempre homogneo, trabajando con pocas variaciones da altitud).

En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones:

Lnea de liquidus, por encima de la cual solo existen fases lquidas. Lnea de solidus, por debajo de la cual solo existen fases slidas. Lnea eutctica y eutectoide. Son lneas horizontales (isotermas) en las que tienen lugar transformaciones eutcticas y eutectoides, respectivamente. Lnea de solvus, que indica las temperaturas para las cuales una disolucin slida () de A y B deja de ser soluble para transformarse en dos disoluciones slidas () + () de distinta composicin en A y B.

Concentraciones definidas, en las que tienen lugar transformaciones a temperatura constante:

Eutctica Eutectoide Peritctica Peritectoide Monotctica Monotectoide Sintctica Catatctica

Los diagramas de equilibrio pueden tener diferentes concentraciones de materiales que forma una aleacin a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material est en fase lquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente los materiales estn en estado slido.

.LIMIETE DE SOLUBILIDAD

La solubilidad es la medida o magnitud que indica la cantidad mxima de soluto que puede disolverse en una cantidad determinada de solvente y a una temperatura dada. La Solubilidad de una sustancia es una medida de cuanto soluto se disuelve en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura especfica. El mtodo preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra. La sustancia que se disuelve se denomina soluto y la sustancia donde se disuelve el soluto se llama disolvente. No todas las sustancias se disuelvan en un mismo solvente.

El termino solubilidad se utiliza para designar al fenmeno cualitativo del proceso de disolucin como para expresar cuantitativamente la concentracin de las soluciones La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, as como de la temperatura y la presin del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor mximo de entropa. Cuando una sustancia parece no disolverse, se dice que es insoluble. El proceso de interaccin entre las molculas del disolvente y las partculas del soluto para formar agregados se le llama solvatacin y si el solvente es agua hidratacin.

Cuando hablamos de lmites de solubilidad se puede definir como la concentracin mxima de soluto que se puede aadir sin que se forme una nueva fase. Ejemplo: Dos sustancias, como los oxgenos y el dixido de carbono, que se mezclan fcilmente en todas las proporciones, se llaman miscibles. Dos lquidos, agua y mercurio, se llamaran no miscibles. Si tratamos de formar soluciones de gases en gases encontramos que se forman en todas proporciones, como lo demuestra el aire; sin embargo al mezclar agua y mercurio observaremos que la solucin no se consigue. Entre estos dos lmites de solubilidad hay muchos ejemplos de sustancias que se mezclan, pero solo hasta ciertas proporciones mximas de soluto y disolvente.

Ejemplo de limite de solubilidadAgua y el azucar.(H20-C12H22O11)

MICROESTRUCTURAS PRESENTES.

Se refiere a la estructura que se revela por observacin microscpica directa, pormedio del microscopio ptico o electrnico. Una microestructura se caracteriza por el nmero de fases presentes, sus proporciones y la manera en que se distribuyen. La microestructura de una aleacin depende de: elementos aleantes presentes, concentraciones, temperatura y tratamiento trmico de la aleacin. las propiedades mecnicas y fsicas de un material dependen de su microestructura. Esta puede consistir enuna simple estructura de granos en un metal o cermico puro, o en una ms compleja mezcla de distintas fases en una aleacin.

Equilibrio de fase.

Los diagramas de equilibrio de fase son mapas (por ejemplo, en el espacio temperatura-presin o temperatura-composicin) de las fases de equilibrio de un material en funcin de las condiciones de P, T y composicin. Por ejemplo: H20

Adems, existen un nmero diferente de estructuras cristalinas en las que puede aparecer el H20 en estado slido, y cada una de estas estructuras existe en una regin diferente del espacio P-T, es decir, cada una de estas fases es estable para ciertas condiciones de P y T.

Equilibrio de fases. Principios termodinmicos.

La materia puede existir en diferentes estados (slido, lquido, gas) en funcin de las condiciones de temperatura, presin y composicin. Adems, un slido puede poseer diferentes estructuras atmicas bajo distintas condiciones. Los principios de la termodinmica controlan el estado de equilibrio de un material (la fase o las combinaciones de fases) en funcin de las condiciones de P y T.

Supongamos por ejemplo la energa potencial de un sistema:

El equilibrio no dice nada acerca del tiempo necesario para alcanzarlo: la cintica tambin es importante.

Para una sustancia a T y P determinadas, la funcin energtica que mejor describe la energa de una sustancia es la energa libre de Gibbs G. Depende de la energa interna (entalpa) y del desorden (entropa) de los tomos o molculas.

Para un sistema a T y P determinadas, la funcin energtica que mejor describe laEnerga de una sustancia es la energa libre de Gibbs G:

Para un cambio pequeo de energa:

Por definicin de entalpa:

Por lo tanto:

Variacin de G y H con la temperatura.

La variacin de G y H con la T (a P constante) para una sustancia pura que no sufre ninguna transformacin de estado tienen la siguiente forma general:

Consideremos ahora dos fases de la misma composicin (por ejemplo, H2O hielo (slido) y H2O agua (lquido)). Tendremos dos curvas G versus T (una para cada fase). En la interseccin de las dos curvas, las dos fases estarn en equilibrio, a Tm (la temperatura de fusin del hielo). Notar que aunque G=0 a Tm, existen discontinuidades en entropa y entalpa (precisamente el calor latente de fusin L)

RELACION ENTRE PROPIEDADES Y LOS DIAGRMAS DE FASES

En termodinmica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase o diagrama de estados de la materia, a la representacin entre diferentes estados de la materia, en funcin de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregacin diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.

Los diagramas de equilibrio pueden tener diferentes concentraciones de materiales que forma una aleacin a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material est en fase lquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente los materiales estn en estado slido.

Los diagramas de fase son la representacin del equilibrio termodinmico de un sistema y permiten predecir las fases presentes y sus proporciones para unas condiciones determinadas. En este trabajo se plantea su fundamento termodinmico y se usa el modelo de solucin ideal para obtener los diagramas de equilibrio lquido-slido de algunos sistemas binarios, utilizando datos termodinmicos existentes en la literatura. Este modelo, aunque simple, permite una buena aproximacin a algunos sistemas, y en general es una herramienta til cuando se carece de datos experimentales. Aunque los diagramas de equilibrio son de gran utilidad en la prctica ingenieril, en la prctica pocos sistemas exhiben comportamiento ideal, ya que esto requiere mucha semejanza entre los componentes.

TIPOS DE DIAGRAMAS DE FASES

De un solo componente

Existen diferentes diagramas segn los materiales sean totalmente solubles en estado slido y lquido o sean miscibles a que sean insolubles. Tambin pueden darse casos particulares. Uno de los diagramas de equilibrio ms clsico es el de los aceros que tiene particularidades y donde afecta claramente la concentracin y las diferentes cristalizaciones que puede darse en el hierro estando en estado slido y a diferentes temperaturas.Los pares (presin, temperatura) que corresponden a una transicin de fase entre:

Dos fases slidas: Cambio alotrpico; Entre una fase slida y una fase lquida: fusin - solidificacin; Entre una fase slida y una fase vapor (gas): sublimacin - deposicin (o sublimacin inversa); Entre una fase lquida y una fase vapor: vaporizacin - condensacin (o licuefaccin).

Es importante sealar que la curva que separa las fases vapor-lquido se detiene en un punto llamado punto crtico (La densidad del lquido y vapor son iguales). Ms all de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrtico que tiene propiedades tanto de los lquidos como de los gases. Modificando la presin y temperatura en valores alrededor del punto crtico se producen reacciones que pueden tener inters industrial, como por ejemplo las utilizadas para obtener caf descafeinado.

Es preciso anotar que, en el diagrama P-T del agua, la lnea que separa los estados lquido y slido tiene pendiente negativa, lo cual es algo bastante inusual. Esto quiere decir que aumentando la presin el hielo se funde, y tambin que la fase slida tiene menor densidad que la fase lquida.

Diagrama de fase binario.

Cuando aparecen varias sustancias, la representacin de los cambios de fase puede ser ms compleja. Un caso particular, el ms sencillo, corresponde a los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentracin, normalmente en masa.

Hay punto y lneas en estos diagramas importantes para su caracterizacin:

Slido puro o disolucin slida Mezcla de disoluciones slidas (eutctica, eutectoide, peritctica, peritectoide) Mezcla slido - lquido nicamente lquido, ya sea mezcla de lquidos inmiscibles (emulsin) o un lquido completamente homogneo. Mezcla lquido - gas Gas (lo consideraremos siempre homogneo, trabajando con pocas variaciones da altitud).

En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones:

Lnea de liquidus, por encima de la cual solo existen fases lquidas. Lnea de solidus, por debajo de la cual solo existen fases slidas. Lnea eutctica y eutectoide. Son lneas horizontales (isotermas) en las que tienen lugar transformaciones eutcticas y eutectoides, respectivamente. Lnea de solvus, que indica las temperaturas para las cuales una disolucin slida () de A y B deja de ser soluble para transformarse en dos disoluciones slidas () + () de distinta composicin en A y B.

Concentraciones definidas, en las que tienen lugar transformaciones a temperatura constante: Eutctica Eutectoide Peritctica Peritectoide Monotctica Monotectoide Sintctica Catatctica

Digrama de fases ternarios.

Un diagrama ternario, tambin denominado tringulo de composicin o grfico ternario o triangular, es un diagrama baricntrico que se emplea para representar tres variables que suman un valor constante dado. La representacin de los valores de las tres variables figura como las posiciones en el interior de un tringulo equiltero, y los tres lados representan las mtricas de sus valores. Se utiliza fundamentalmente en campos de la fisicoqumica en el que se permite ver al mismo tiempo la influencia de tres elementos en una disolucin, 1 as como en petrologa, 2 mineralogas, metalurgia y otras ciencias fsicas en los que sea necesario mostrar la composicin de sistemas compuestos de tres especies diferentes. Suele tener representacin en otros dominios de la ciencia, de esta forma se encuentran en gentica de poblaciones donde se suele denominar diagrama de Finetti, mientras que en teora de juegos suele recibir el nombre de diagrama simplex.

Diagrama QFL de la composicin de la arenisca. Q indica la proporcin de cuarzo; F, la del feldespato; y L, la de fragmentos lticos.En un diagrama ternario cualquiera, la suma de las proporciones de las variables implicadas a, b y c es siempre igual a una constante K. Los valores suelen ser indicados de forma porcentual y la constante se suele representar en este caso como 1,0 o 100%. Como la suma de las tres proporciones suma siempre K, se puede ver que existe una relacin de dependencia entre dos cualesquiera de las variables con la tercera, por ejemplo, se puede representar la variable c como K-a-b. De esta forma slo se requiere de dos coordenadas (grados de libertad) para encontrar el punto correspondiente a una muestra, es decir, se pueden representar las tres variables en un grfico bidimensionalREACCIONES DE LOS DAGRMAS DE FASES

Equilibrios invariantes. Reacciones invariantes son aquellos cambios de fase que tienen lugar a temperatura constante. Para que este tipo de reacciones pueda darse en un sistema binario ser preciso que, segn la Ley de Gibbs, haya tres fases en equilibrio. Con anterioridad se ha comentado la constancia de temperatura durante la solidificacin eutctica formada por dos compuestos insolubles entre s. Otro tanto ocurre cuando una fase lquida reacciona con otra fase slida para producir otra fase slida diferente (reaccin peritctica), o cuando una fase lquida origina otra fase lquida y una slida (reaccin monotctica), o cuando dos lquidos reaccionan para dar un slido (reaccin sintctica). En los sistemas binarios pueden producirse adems, otros tipos de reaccin invariante, por ejemplo transformaciones en que todas las fases en equilibrio son slidas (reaccin eutectoide, peritectoide, etc.)

Reaccin eutctica binaria. En general se dice que un sistema binario presenta una reaccin eutctica, cuando un lquido de composicin constante da lugar a dos slidos de composiciones definidas. La reaccin eutctica puede esquematizarse como sigue: Lquido E Slido 1 + Slido 2 La reaccin eutctica se realiza en su totalidad, es decir, hasta la desaparicin de todo el lquido a temperatura constante. A esta conclusin, empricamente comprobable, se llega tambin tericamente, por aplicacin de la Ley de Gibbs. Una de las principales caractersticas de los sistemas eutcticos es que la temperatura a la que se forma la fase lquida es ms baja que la de los dos componentes puros (figura 8). 13 Esto puede ser una ventaja o una desventaja, segn las aplicaciones. Para aplicaciones de alta temperatura, como son los materiales refractarios, no interesa que se forme una fase lquida. As la formacin de eutcticos de bajo punto de fusin conduce a severas limitaciones en el uso de refractarios cuando la fase lquida aparece a temperaturas muy bajas debido a la existencia de una serie de eutcticos. En general xidos fuertemente bsicos como el CaO forman eutcticos de bajo punto de fusin con xidos anfteros o bsicos y ese tipo de compuestos no pueden usarse adyacentemente, aunque ellos independientemente tengan alta refractariedad. Sin embargo, si las aplicaciones de alta temperatura no son las de mayor importancia, puede ser deseable la aparicin de fase lquida como una ayuda para efectuar, por ejemplo, el proceso de coccin a bajas temperaturas, ya que la fase lquida facilita la densificacin. La efectividad de los sistemas con punto eutctico tambin se usa para la fusin a bajas temperaturas de vidrios. Figura 8. Diagrama de equilibrio de fases en equilibrio Pb-Sn. La reaccin invariante eutctica a un 61.9% de Sn y 183C es el rasgo ms importante de todo el sistema. En el punto eutctico coexisten (19.2% de Sn), (97.5% de Sn) y lquido (61.9% de Sn)

Reaccin peritctica binaria. 14 Cuando por reaccin de un lquido y un slido, a temperatura constante, se obtiene otro slido, la reaccin recibe el nombre de peritctica (o perifrica). caracterstica ms importante de este diagrama es la reaccin invariante peritectica a un 42.4% de Ag y 1186C. En el punto peritectico puede existir la fase lquida (66.3%Ag), (10.5% Ag) y (42.4% Ag) El enfriamiento de equilibrio segn la isopleta 42.4% Ag transcurre, al principio, como un sistema de solubilidad total, se van formando cristales de la solucin slida y la composicin del lquido sigue la curva liquidus. Al llegar a la temperatura peritctica Tp (1186C), el lquido de composicin 66.3% Ag, reacciona con la solucin slida para transformarse completamente en la solucin slida . Cuando comienza la reaccin entre el lquido y , los cristales de la solucin slida se forman en la intercala lquido/. Esta capa de cristales de acta de barrera e impide la reaccin posterior entre el lquido y . Para que la reaccin sea completa hay que dar tiempo.

CONCLUSION

Al concluir este trabajo podemos decir que los puntos que tienen relacin con la tecnologa de los materiales y cual es su incidencia entre propiedades y reacciones de sus propiedades uno de los puntos tratado fue La solidificacin donde dice ser un proceso fsico que consiste en el cambio de estado de la materia de lquido a slido producido por una disminucin en la temperatura o por una compresin de este material. Es el proceso inverso a la fusin, y sucede a la misma temperatura. Ejemplo de esto es cuando colocamos en el congelador agua, como la temperatura es muy baja esto hace que se haga hielo, o en pocas palabras, aumenta el volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos. Tambin se llama solidificacin al proceso de endurecimiento de materiales como el cemento o la arcilla, en esos casos al deshidratarse a temperatura constante.

Es importante sealar que la curva que separa las fases vapor-lquido se detiene en un punto llamado punto crtico (La densidad del lquido y vapor son iguales). Ms all de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrtico que tiene propiedades tanto de los lquidos como de los gases. Modificando la presin y temperatura en valores alrededor del punto crtico se producen reacciones que pueden tener inters industrial, como por ejemplo las utilizadas para obtener caf descafeinado. La nucleacin ocurre normalmente con ms dificultad en el interior de una sustancia uniforme, por un proceso llamado nucleacin homognea. Los lquidos que se enfran por debajo de la temperatura mxima de nucleacin heterognea (temperatura de fusin), pero que estn por encima de la temperatura de nucleacin homognea (la temperatura de congelacin de la sustancia pura) se dice que estn superenfriados. Esto es til para hacer slidos amorfos y otras estructuras metaestables, pero puede retrasar el progreso de los procesos qumicos industriales o producir efectos indeseados en el contexto de la fundicin.REFERENCIAS

Agudelo (2004).Tecnologia de la materia [documento en lnea].Disponible en: http://www.scielo.org.co/pdf/dyna/v72n145/a02v72n145.pdf

Tecnun (2008) Libro en lnea. Disponible en:http://www1.ceit.es/esiiss/asignaturas/Materiales1/docu/tema7_2.pdf.

Pagina on line: https://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_fase

James (2008). Introduccin a la ciencia de materiales para ingenieros [documento en lnea]. Disponible en: http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/tecnologia-de-materiales-industriales/material-de-clase-1/Tema5-Diagramas_de_fase-final.pdf. Sanchez (1995) solidificacin, microestructura y propiedades mecnica de aleaciones. Documento en lnea disponible en http://biblioteca.ucm.es/tesis/19911996/X/1/X1015301.pdf