Técnica del brazo de palanca
El principio del brazo de palanca es una técnica analítica para determinar las proporciones de sólido y líquido que coexisten en la región del diagrama de fases que contiene las soluciones líquida y sólida.
Esta técnica se puede aplicar a cualquier temperatura y composición y aún más, como pronto demostraremos, se puede aplicar en cualquier región de dos fases de los diagramas de fase en general.
Este principio se basa en la simple analogía mecánica de una balanza equilibrada como se muestra. El brazo o «viga» se equilibra cuando la cantidad de sólido en la izquierda multiplicado por la distancia 11, es igual a la cantidad de líquido en la derecha multiplicado por l2..
Por conveniencia colocamos el sólido en la izquierda y el líquido en la derecha para corresponder con el diagrama. La longitud total de nuestra viga de ejemplo es la «distancia» (en realidad la diferencia en composición) entre la sólida y la líquida a lo largo de una isoterma de temperatura (temperatura constante).
El punto de apoyo representa la composición nominal (C0) de la aleación particular que se estudia. Luego en sistema real de aleación, serían conocidos los valores de l1, l2 y C0.
Suponga que el punto de apoyo (C0) se mueve a la derecha en la figura. Si la viga debe permanecer balanceada, la cantidad de líquido se debe incrementar porque su brazo de palanca (l2) está disminuyendo.
De modo correspondiente, disminuye la cantidad de sólido porque l1, se incrementa. En esencia, existe un balance de masa.
Se reproduce el brazo de palanca en una manera diferente. Esta vez, los extremos corresponden a las composiciones del sólido (Cs), del líquido (Cl) y de la composición nominal (C0) a una temperatura específica.
Además hemos representado la diferencia entre Cs y C0 como la fase líquida, mientras que la diferencia entre C0 y Cl representa la fase sólida. ¿Por qué es válida esta relación aparentemente inversa?
Obsérvese lo que sucede si el punto de apoyo (C0) se mueve a la izquierda, más cerca de C s. ¡Correcto!, la parte de la viga denominada «sólida» se incrementa en longitud.
En otras palabras, se forma más fase sólida. Nuestra relación inversa (equilibrio de masa) ilustra que la porción de masa que se forma como fase sólida es la relación de Cl – C0 con respecto a la masa total Cl – Cs. Expresada como un porcentaje, esta porción se indica como:
En resumen, la técnica del brazo de palanca que se acaba de estudiar es útil para determinar las proporciones de las fases presentes en las regiones de dos fases de los diagramas de fase. Los puntos importantes a recordar son:
– Los extremos del brazo de palanca representan las composiciones en la intersección de una isoterma con las fronteras de fase (líquida y sólida en este caso).
– El punto de apoyo es la composición nominal de la aleación en estudio.
– Existe una relación inversa entre las cantidades que se calculan y las partes respectivas del brazo de palanca.
Fuente: Apuntes de Ciencia de materiales de la UNIDEG
