Construcción de los diagramas de fase
La construcción o determinación de los diagramas de equilibrio de fase de los metales y las cerámicas se puede lograr con varias técnicas experimentales que usan pares térmicos para determinar cambios en la temperatura dentro del sistema que se estudia.
Los pares térmicos son dispositivos muy precisos para medir la temperatura que consisten de alambres de metales diferentes.
En forma breve, el potencial eléctrico (voltaje) a través de la brecha entre los alambres de metales distintos es sensible en grado muy alto a la temperatura y por esto se puede utilizar para observar reacciones (esto es, cambios de fase) en el sistema que absorben o liberan calor.
Para apreciar y entender mejor los diagramas de fase, realicemos un experimento típico de «grado de enfriamiento» y utilicemos estos «datos» para generar un diagrama de equilibrio de fase. En este método experimental, se combinan en las proporciones deseadas los componentes del sistema de aleación que se investigan.
Por ejemplo, se pueden combinar los componentes A y B de un sistema binario hipotético como 90% A-10% B, 80% A-20% B, 70% A-30% B y así sucesivamente.
Entonces, cada combinación representa una aleación individual de ese sistema. Los componentes de cada aleación se funden juntos, se mezclan por completo y se enfrían con mucha lentitud hasta la temperatura ambiente. Durante todo el proceso, se hacen frecuentes mediciones precisas de la temperatura sumergiendo un par térmico en la aleación.
Los resultados de este experimento, los datos de temperatura contra el tiempo, se registran y dibujan para cada variación de la composición que se estudia.
Por ejemplo, el sistema binario hipotético de los componentes A y B pueden producir los esquemas de curvas de relación de enfriamiento.
Consideremos con brevedad los esquemas de proporciones de enfriamiento de la figura 6.8. Todas las cinco «aleaciones» se calientan hasta Tliq, para la que son totalmente líquidos, químicamente homogéneos y a una temperatura de estado estable, luego se enfría muy lentamente a cada aleación con una transferencia de calor a proporción constante.
En el caso (a) para una aleación con 100% A, (A pura, si esto fuera posible de lograr), el grado de enfriamiento es constante por un breve periodo y después la pendiente cambia en forma brusca a una línea horizontal (pendiente = 0) entre los puntos x y y. En este periodo de tiempo no hay cambio en la temperatura, a pesar de que el sistema continua disipando calor.
En esta situación, los dos puntos x y y están a la misma temperatura. ¿Qué causa este comp ortamiento térmico? Bien, si el calor se remueve en forma continua del sistema pero la temperatura permanece sin cambio, en alguna parte del sistema se debe estar proporcionando energía calorífica.
La causa de este comportamiento que se observa es el calor latente de fusión, que es la energía calorífica que libera el sistema cuando se forma un sólido.
Esto significa que el líquido se está solidificando a esta temperatura y que el proceso de solidificación se presenta entre x y y una vez que se completa la solidificación, la temperatura comienza a descender de nuevo a una proporción constante.
Fuente: Apuntes de Ciencia de materiales de la UNIDEG
