Un diagrama es un dibujo.

En concreto es un dibujo que se hace para presentar una información.

En el caso de un diagrama de fases, lo que se quiere representar es información acerca de las fases de un sistema.

Recordemos que una fase es un estado de la materia que es químicamente uniforme y distinguible de otros estados.

¿Para qué sirve el concepto de fase?

Utilizamos el concepto de fase para referirnos a las propiedades que tiene un material o sustancia dadas unas determinadas condiciones (de presión, temperatura, composición, etc...).

¿Para qué sirve un diagrama de fases?

Para ver en un dibujo cómo varían las propiedades de un material o sustancia con respecto a las condiciones en que se encuentra.

Podríamos tener una tabla de fases y ver todo con valores y numeritos, pero un dibujo mola más porque lo captamos todo a simple vista.

¿Qué es un diagrama de fases binario?

El hecho de que se llame binario hace referencia a que tenemos dos componentes.

Mira la diferencia entre fase y componente.

Entonces no hay que asustarse.

El hecho de que sea binario simplemente dice: "oye, que vamos a representar un dibujo de cómo varían las fases de una sustancia o material formado por dos componentes".

El caso más sencillo:

Diagrama de fases binario isomorfo

Si mezclas agua en alcohol o alcohol en agua (sin importar la proporción de cada uno), se mezclarán al completo sin sobrar nada de ninguno.

No pasa lo mismo por ejemplo si mezclas azúcar con agua, ya que llegará un momento en que el agua no pueda absorber más azúcar, y se quedará ahí solita.

Esto es básicamente a lo que hace referencia la palabra isomorfo, y se llaman así por la forma que tienen, presentando una especie de simetría con una elipse en medio.

Vamos a ver un ejemplo:

Diagramas de fases binarios Explicación y Ejercicios Resueltos

En este caso se presenta una aleación binaria de cobre y níquel.

Vemos la líneas:

liquidus: separa el campo líquido del campo líquido + sólido.

solidus: separa el campo sólido del campo líquido + sólido.

Ejemplo de interpretación:

Para el diagrama isomorfo binario que acabamos de ver:

Diagramas de fases binarios Explicación y Ejercicios Resueltos 1

Extraemos la información:

1. Fases presentes

Punto A: se encuentra a 1100 ºC y 60% en peso de Níquel. Fase sólida α.

Punto B: se encuentra a 1250 ºC y 35% en peso de Níquel. Fase sólida α + solución líquida.

2. Composición de las fases

Vamos a mirarlo con un ejemplo de cada uno para que quede claro.

Para la aleación C0 a las distintas temperaturas:

Los fáciles son donde tenemos un 100% de sólido o líquido.

Diagramas de fases binarios Explicación y Ejercicios Resueltos 3

En la temperatura B estamos en mezcla:

Diagramas de fases binarios Explicación y Ejercicios Resueltos 4

3. Proporción de cada fase

Para A y C, sigue siendo igual de sencillo que antes.

Diagramas de fases binarios Explicación y Ejercicios Resueltos 6

Para B.

Diagramas de fases binarios Explicación y Ejercicios Resueltos 5

Aplicamos la regla de la palanca inversa:

Diagramas de fases binarios Explicación y Ejercicios Resueltos 7

Así de sencillo.

4. Microestructura de equilibrio

Enfriamiento lento:

de la aleación isomórfica binaria de 35% Ni y 65% Cu, considerando que pasamos en orden por los estados de temperatura A, B, C, D y E:

Diagramas de fases binarios Explicación y Ejercicios Resueltos 8

Sin embargo, si tenemos enfriamiento rápido, se produce segregación.

Los contornos de segregación se producen porque la difusión en estado sólido es muy lenta no le da suficiente tiempo para producirse.

Diagramas de fases binarios Explicación y Ejercicios Resueltos 9

Diagrama de fases binario eutéctico

Espera un momento.

¿Qué significa eutéctico?

Del griego "eutektos" formado por eu (bueno, fácil) y texis (fusión), que quiere decir algo como "que se fusiona/derrite fácilmente", se llama así a una mezcla de sólidos que posee un punto de fusión más bajo que el que tendrían sus componentes por separado, y que cambia de fase por completo para una temperatura dada (en lugar de ir cambiando de fase por trozos separados).

Observa el diagrama siguiente y verás que hay una temperatura (línea eutéctica) que separa la fase sólida (abajo) de la fase en la que coexisten líquido y sólido.

Diagramas de fases binarios Explicación y Ejercicios Resueltos 10

En la imagen tienes marcadas las líneas y elementos más característicos.

¿Qué es cada cosa?
3 regiones monofásicas

Observamos la fase alfa, beta y líquido.

3 regiones bifásicas

Observamos una mezcla de alfa con líquido, beta con líquido, y alfa con beta.

Punto eutéctico

Representa la temperatura más baja a la que pueden fundirse los dos sólidos que componen el sistema eutéctico.

Líneas liquidus, solidus y solvus

Que son las líneas que separan las respectivas fases.

Liquidus: a partir de la cual el líquido empieza a solidificarse poco a poco.

Solidus: líneas que separan las fases justo donde la última parte líquida solidifica.

Solvus: representa los límites de la solubilidad sólida.

Línea eutéctica

La línea que separa la temperatura donde sucede la fusión de la mezcla.

¿Y qué significa eutectoide?

Es el mismo concepto de eutéctico pero cuando en lugar de partir de una fase líquido, partimos de una fase sólida.

¿Para qué sirven estos diagramas?

Pues para muchas cosas.

Si estás estudiando y te los preguntan pero no te interesan, solo sirven para aprobar exámenes.

Sin embargo, si algún día tienes que fundir un metal, te interesará saber qué temperatura aplicar para conseguirlo.

Porque lo que no vas a hacer es aplicar cualquier temperatura y ver qué pasa, ¿no?

Si tienes que hacer una aleación y te gustaría saber en qué proporción debes mezclar los componentes, tendrás que fijarte en qué propiedades estás buscando, y tomar la decisión en base a eso.