3.1 EL DIAGRAMA DE EQUILIBRIO ENTRE
FASES
Al igual que el geógrafo
tiene el mapa geográfico, el técnico en materiales
dispone del diagrama de equilibrio entre fases. En efecto,
un diagrama de equilibrio describe, para dos metales que componen
una aleación, y cada conjunto de variables, la composición
y la ponderación de las fases que hacen mínima la
energía libre del sistema. Para ello es necesario que,
los procesos de evolución del sistema, hasta alcanzar los
valores buscados de las variables sean reversibles desde el punto
de vista termodinámico. Solo así las fases de equilibrio
serán una función del estado y no del camino seguido
en la evolución. Por tanto, un diagrama de equilibrio
de fases obtenido de este modo, es función unívoca
del estado de las variables del sistema: presión, temperatura
y concentraciones de sus componentes.
3.1.1 Determinación de los
diagramas de equilibrio de fases
Definir un diagrama de equilibrio
significa determinar las temperaturas en las que aparecen cambios
de fase para cada una de las composiciones posibles. El procedimiento
para definir los diagramas de equilibrio de las aleaciones es,
usualmente, el análisis térmico o estudio
de la variación de las temperaturas frente al tiempo para
una determinada velocidad de extracción de calor, que permite
analizar los cambios de fase que suceden en el paso de líquido
a sólido, o de sólido a sólido, por cuanto
cada fase tiene una definida entalpía que la identifica.
En definitiva, un cambio de fase significa una liberación
o absorción de calor de acuerdo con su entalpía
asociada.
Para ganar sensibilidad en las
transformaciones de fase, el análisis térmico se
registra diferencialmente con relación a un patrón
que es invariante a los cambios de fase, figura 5.2. De este modo
las variaciones registradas corresponden sólo a las investigadas
por los cambios de fase. En la figura 5.3, se muestra un registro
x-y, dq-q,
tipo en las transformaciones de una resina epoxi.
El análisis térmico
diferencial permite registrar los cambios de fase que suceden
a cada temperatura durante el enfriamiento o calentamiento de
un material. La variación de temperatura, ordenadas, indica
el cambio de fase a la temperatura registrada, abscisas.
Video
del funcionamiento del DSC.
3.1.2 Identificación de las fases
Se realizan por medio de las técnicas
ya estudiadas, que recordamos:
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Técnicas metalográficas; que permiten visualizar
las fases existentes a las temperaturas que son estabilizadas.
Como las preparaciones metalográficas se realizan a temperatura
ambiente, en principio, sólo pueden ser observadas aquellas
fases estables a esta temperatura. No obstante, en ocasiones,
puede extrapolarse su campo de observación provocando
un enfriamiento brusco, templado, desde la temperatura en que
la fase investigada es estable, siempre y cuando este enfriamiento
no determine otros cambios de fase desde aquella original. |
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Microdureza; que nos permite cuantificar y diferenciar
las características resistentes de las fases presentes
a temperatura ambiente. |
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Difracción de Rayos X; que nos permite identificar
la fase estable por comparación del espectro característico
obtenido |
La identificación de
las fases de una aleación estable o estabilizada se consigue
a través de técnicas metalográficas, de análisis
de microdurezas y de difracción de rayos X.
