Diagramas de Fase de 3 componentes o Ternarios Diagramas de Fase de 3 componentes o Ternarios

16. Diagramas de Fase de 3 componentes o Ternarios

Muchas aleaciones (aleaciones de

Muchas aleaciones (aleaciones de tres componentes o tres componentes o ternaria) y ternaria) y ciertos ciertos materialesmateriales cerámicos (vidrios cerámicos) podemos describir los cambios de su estructura en cerámicos (vidrios cerámicos) podemos describir los cambios de su estructura en función de la temperatura, por medio de una diagrama de fase tridimensional (ver función de la temperatura, por medio de una diagrama de fase tridimensional (ver Figura-16.1).

Figura-16.1).

Figura-16.1.representación grafica de un sistema de fase tridimensional de una aleación Figura-16.1.representación grafica de un sistema de fase tridimensional de una aleación A-B-C.

A-B-C.

Existen cuatro variables independientes en un sistema ternario ellos son: presión, Existen cuatro variables independientes en un sistema ternario ellos son: presión, temperatura y dos concentraciones variables, ya que una solución ternaria requiere temperatura y dos concentraciones variables, ya que una solución ternaria requiere establecer su composición con respecto a dos de los componentes antes de fijar su establecer su composición con respecto a dos de los componentes antes de fijar su composición total. La representar gráficamente un sistema ternario es una tarea composición total. La representar gráficamente un sistema ternario es una tarea compleja. Pero, sin embargo, si la presión de vapor es tan pequeña que pueda compleja. Pero, sin embargo, si la presión de vapor es tan pequeña que pueda

descartarse el sistema ternario puede tratarse como un sistema condensado, como es el descartarse el sistema ternario puede tratarse como un sistema condensado, como es el caso de los sistemas binarios y aplicando la Regla Condensada de las Fases de Gibbs caso de los sistemas binarios y aplicando la Regla Condensada de las Fases de Gibbs puede expresarse como:

puede expresarse como:

F  F  C  C  V  V == ++11−−

Y c

Y coommo po paarra sa siisstteemmaas ts teerrnnaarriioos (s (_C C == 33), ya que son tres componente.), ya que son tres componente.

F  F  V 

V == 44−−

Entonces cuando coexiste: Entonces cuando coexiste: 4 fases

4 fases⇒⇒_{sistemas invariante (V=0)sistemas invariante (V=0)}

3 fases

3 fases⇒⇒ _{sistemas univariante (V=1)sistemas univariante (V=1)}

2 fases

2 fases⇒⇒ _{sistemas bivariante (V=2)sistemas bivariante (V=2)}

1 fase

1 fase⇒⇒ _{sistemas trivariante (V=3)sistemas trivariante (V=3)}

Como la

Como la representación de equilibrios ternarios es necesario un diagrama de representación de equilibrios ternarios es necesario un diagrama de fases enfases en tridimensional. La composición se representa en el plano horizontal y la temperatura en tridimensional. La composición se representa en el plano horizontal y la temperatura en un eje perpendicular a dicho plano. Representar un punto en la aleación a cierta

un eje perpendicular a dicho plano. Representar un punto en la aleación a cierta

composición es bastante complicado, es por eso que le método más común de graficar la composición es bastante complicado, es por eso que le método más común de graficar la composición en un sistema ternario es el triángulo equilátero o Triángulo de Gibbs. Con composición en un sistema ternario es el triángulo equilátero o Triángulo de Gibbs. Con este podemos representar las composiciones de la aleación en coordenadas triangulares, este podemos representar las composiciones de la aleación en coordenadas triangulares, tal como se representa en la Figura-16.2, allí cada lado del triángulo equilátero se divide tal como se representa en la Figura-16.2, allí cada lado del triángulo equilátero se divide en cien partes y cada diez divisiones se interceptan líneas paralelas de cada una de los en cien partes y cada diez divisiones se interceptan líneas paralelas de cada una de los otros lados. Un punto de uno de los vértices c, por ejemplo, está compuesto totalmente otros lados. Un punto de uno de los vértices c, por ejemplo, está compuesto totalmente por el componente C. Como X

por el componente C. Como X cada una de los tres vértices cada una de los tres vértices puede expresarse enpuede expresarse en

porcentaje y por lo tanto puede representarse una composición porcentual de una mezcla porcentaje y por lo tanto puede representarse una composición porcentual de una mezcla ternaria o solución en términos de los componentes A, B, C. El punto X por ejemplo ternaria o solución en términos de los componentes A, B, C. El punto X por ejemplo representa una composición de 40% A, 20% B y 40 % C.

Figura-16.2. Representación de composiciones en un sistema ternario por medio de Figura-16.2. Representación de composiciones en un sistema ternario por medio de coordenadas triangulares.

coordenadas triangulares.

Figura-16.3. Visión en perspectiva de un modelo espacial de un sistema ternario con un Figura-16.3. Visión en perspectiva de un modelo espacial de un sistema ternario con un eutéctico simple y sus compuestos ternarios.

La temperatura puede representarse por líneas rectas perpendiculares al plano del La temperatura puede representarse por líneas rectas perpendiculares al plano del triángulo de composición y por lo tanto no pueden mostrarse directamente en una triángulo de composición y por lo tanto no pueden mostrarse directamente en una superficie bidimensional aún así, la temperatura de una superficie térmica (usualmente superficie bidimensional aún así, la temperatura de una superficie térmica (usualmente la superficie líquidus) pude indicarse en intervalos de temperatura uniforme usando la superficie líquidus) pude indicarse en intervalos de temperatura uniforme usando isotermas como se hace con las curvas de nivel en los mapas topográficos. El diagrama isotermas como se hace con las curvas de nivel en los mapas topográficos. El diagrama del sólido real tiene una apariencia como la que se muestra en la Figura-16.3.

del sólido real tiene una apariencia como la que se muestra en la Figura-16.3.

La superficie líquidus es entonces, una serie de superficies curvadas interceptadas, que La superficie líquidus es entonces, una serie de superficies curvadas interceptadas, que representan los campos de las fases primarias de los componentes del sistema. El campo representan los campos de las fases primarias de los componentes del sistema. El campo de una fase primaria de un compuesto ternario que funde congruentemente es una

de una fase primaria de un compuesto ternario que funde congruentemente es una superficie en forma de domo y la elevación más alta, coincide con la temperatura de superficie en forma de domo y la elevación más alta, coincide con la temperatura de fusión del compuesto.

fusión del compuesto.

El triángulo ABC de la Figura-16.2. El triángulo ABC de la Figura-16.2.



 Equilibrio de dos fases: Si en un sistema ternario hay solo dos fases en equilibrioEquilibrio de dos fases: Si en un sistema ternario hay solo dos fases en equilibrio

el número de grado de libertad (V) es dos; eso quiere decir que fijada la el número de grado de libertad (V) es dos; eso quiere decir que fijada la

temperatura, resultan indeterminadas las composiciones de la fase sólida o bien temperatura, resultan indeterminadas las composiciones de la fase sólida o bien de la fase líquida.

de la fase líquida.



 Equilibrio de tres fases: si en un sistema ternario hay tres fases en equilibrioEquilibrio de tres fases: si en un sistema ternario hay tres fases en equilibrio

líquido, sólido, sólido, las dos reacciones posibles durante la solidificación son: líquido, sólido, sólido, las dos reacciones posibles durante la solidificación son:

α  α ++ ⇔ ⇔

liquido

liquido (reacción eutéctica binaria)(reacción eutéctica binaria) α  α  ⇔ ⇔ + + liquido

liquido (reacción peritéctica binaria)(reacción peritéctica binaria)

El número de grados de libertad en estos casos es uno por consiguiente la reacción El número de grados de libertad en estos casos es uno por consiguiente la reacción eutéctica binaria (o peritéctica binaria) no se realiza a temperatura constante, por lo eutéctica binaria (o peritéctica binaria) no se realiza a temperatura constante, por lo tanto puede variar la temperatura sin que se rompa el equilibrio.

tanto puede variar la temperatura sin que se rompa el equilibrio. A cada temperatura T

A cada temperatura T11de dicho intervalo, están completamente definidas lasde dicho intervalo, están completamente definidas las

composiciones del sólido y del líquido. composiciones del sólido y del líquido.

En la solidificación de no equilibrio puede aparecer segregación menor, no sólo en los En la solidificación de no equilibrio puede aparecer segregación menor, no sólo en los constituyentes proeutécticos, sino también en los eutécticos y peritécticos binarios. constituyentes proeutécticos, sino también en los eutécticos y peritécticos binarios.



 Equilibrios de cuatro fases: Pueden presentarse en la solidificación cuando seEquilibrios de cuatro fases: Pueden presentarse en la solidificación cuando se

realiza una de las reacciones siguientes entre el líquido y las fases A ,B y C realiza una de las reacciones siguientes entre el líquido y las fases A ,B y C

γ   γ   α  α ++ ++ ⇔ ⇔ liquido

liquido (reacción eutéctica ternaria)(reacción eutéctica ternaria)    

   _{liquidoliquido}++ ⇔⇔ γ  γ  ++α α (reacción peritéctica ternaria de segunda clase)(reacción peritéctica ternaria de segunda clase)    

       

   _{liquidoliquido}++α α ++ ⇔⇔γ  γ  (reacción peritéctica ternaria de tercera clase)(reacción peritéctica ternaria de tercera clase)

Estas reacciones son invariantes (V=0) y, por tanto, se realizan a temperatura constante. Estas reacciones son invariantes (V=0) y, por tanto, se realizan a temperatura constante.