Informe Análisis Térmico

ANALISIS TERMICO
INTRODUCCIÓN
Una fase, en un material y en términos de micro estructura, es una región que difiere
de otra estructura y/o composición. Los diagramas de fases son representaciones graficas de
las fases que están presentes en un sistema de materiales (1).
Durante muchos años ha sido objeto de estudio la aparición o desaparición de fases
que tienen lugar en el proceso de enfriamiento de una aleación y la mejor manera de
realizar este estudio es mediante los diagramas de equilibrio conocidos también como
diagrama de fases (2).
Las curvas de enfriamiento de aleaciones metálicas son graficas de temperatura
versus tiempo obtenidas en sistemas controlados, que muestra cómo cambia la temperatura
de la sustancia en el tiempo cuando se enfría lentamente en un sistema en equilibrio (3).
OBJETIVO GENERAL

Determinar mediante el análisis térmico la curva de enfriamiento y así el efecto de
la temperatura en los diferentes materiales metálicos al igual que el diagrama de
fase.
OBJETIVOS ESPECIFICOS




Crear por medio de curvas de enfriamiento el diagrama de equilibrio de una
aleación Pb-Sn.
Analizar el cambio de propiedades de la aleación Pb-Sn a las diferentes
temperaturas.
Reconocer las diferentes características del diagrama de equilibrio Pb-Sn
Aplicar la regla de la palanca para la determinación de la composición química de
las fases presentes.
LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS
MATERIALES




Aleación Plomo-Estaño de composición conocida.
Papel milimetrado para la realización del diagrama de fase.
Bata de laboratorio.
Hoja de datos para tabular los datos obtenidos.
EQUIPOS




Material de laboratorio (pinzas, guantes aislantes, soporte universal)
Crisoles para contener la aleación pb-sn (altas temperaturas)
Hornos refractarios para logra tener la aleación en edo. Liquido.
Termopar, registrador.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
ACTIVIDAD 1: OBTENCION DE LA CURVA DE ENFRIAMIENTO
El experimento consiste en obtener la curva de enfriamiento para una aleación
plomo-estaño de composición conocida.
1. Ubicamos en un crisol la aleación pb-sn
2. Introducimos dicha aleación en el horno.
3. Encendimos el horno y esperamos hasta que ocurriese la fusión de la mezcla,
teniéndola así en edo., líquido.
4. Introducimos el termopar en la aleación liquida.
5. Encendimos el registrador y vimos como iba denotando los cambios de temperatura.
6. Extrajimos la curva de enfriamiento de la aleación estudiada.
ACTIVIDAD 2: ANALISIS DE LA CURVA DE ENFRIAMIENTO
La actividad consiste en analizar la curva de enfriamiento obtenida en la actividad
anterior, describir cada uno de los cambios ocurridos e interpretarlos.
1. Identificamos la composición de la aleación que estábamos trabajando.
2. En la curva de enfriamiento obtenida identificamos los puntos en donde esta sufría
un cambio de pendiente.
3. Tabulamos los resultados, compartiendo con los compañeros los valores obtenidos
de cada composición de la aleación.
4. Completamos la tabla de datos con los valores teóricos que el profesor nos facilitó.
ACTIVIDAD 3: OBTENCIÓN DEL DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE LA ALEACIÓN
PLOMO-ESTAÑO
Esta actividad consiste en graficas cada uno de los valores obtenidos en las curvas
de enfriamiento a las diferentes composiciones y con conocimientos previos poder hacer el
diagrama de fase para una aleación plomo-estaño.
1. Con la tabla de datos de la actividad anterior, anotamos en la hoja de papel
milimetrado cada una de las composiciones relativas que se utilizaron en el
experimento.
2. En cada composición marcamos los puntos donde la curva de enfriamiento tuvo
cambio de pendiente.
3. Al unir estas líneas y los datos teóricos que el profesor nos facilitó, obtuvimos
nuestro diagrama de equilibrio pb-sn.
4. Identificamos cada una de las partes de nuestro diagrama como: reacciones, líneas
características, fases, etc.
RESULTADOS
TABLA DE DATOS:
Composición
Pb-Sn
100-0
73-27
70-30
66-34
64-36
62-38
50-50
46-54
45-55
43-57
38-62
27-73
23-77
20-80
0-100
T (°C)
(1er Cambio)
327
290
280
270
265
260
230
215
210
205
185
205
210
215
232
T (°C)
(2do Cambio)
327
180
180
180
180
180
180
180
180
180
185
180
185
185
232
DATOS TEÓRICOS:




Temperatura Fusión Plomo= 327°C
Temperatura Fusión Estaño= 232°C
Máxima solubilidad de Plomo en Estaño: 1.6 Pb
Máxima solubilidad de Estaño en Plomo: 19,5 Sn
T (°C)
(3er Cambio)
180
180
180
180
180
180
180
180
180
180
185
185
ANÁLISIS DE RESULTADOS
1. CONSTRUYA EL DIAGRAMA PB-SN PARTIENDO DE LAS CURVAS DE
ENFRIAMIENTO SUMINISTRADA. IDENTIFIQUE: LINEAS, FASES,
MICROCONSTITUYENTES Y REACCIÓN INVARIANTE.
Dicha actividad de encuentra en los anexos de este informe.
2. CALCULE LA COMPOSICIÓN QUIMICA Y CANTIDADES RELATIVAS
PARA:
 40% Sn a T=225°C
(52 − 40)
% ∝=
= 31,58% ∝
(52 − 14)
(40 − 14)
%𝐿 =
= 68,42% 𝐿
(52 − 14)
 75% Sn a T=210°C
100% Solución Liquida (solo se encuentra presente la fase liquida).
3. CURVAS DE ENFRIAMIENTO PARA LAS ALEACIONES “A” Y “B”:
Dicha actividad de encuentra en los anexos de este informe.
4. DETERMINE LA COMPOSICIÓN QUIMICA PARA LAS ALEACIONES PB-SN
(ALEACIÓN A; ALEACIÓN B)


ALEACIÓN “A”: podemos observar que tiene 3 puntos de estudio donde la curva
cambia su pendiente, el primero es a 210°C luego se tiene una meseta a la
temperatura de 182,5°C. Con información teórica, claramente se nota que puede ser
una aleación hipo-eutéctica o híper-eutéctica, donde la línea eutéctica se encuentra a
los 182,5°C. Comparando estos datos con los obtenidos del experimente se tiene
que solo una aleación posee estas característica. Así determinamos que la aleación
“A” está compuesta por 23%Pb-77%Sn. Esta es una solución híper-eutéctica.
ALEACIÓN “B”: esta aleación solo posee 2 cambios de pendiente, a 180°C. Se
crea en la grafica una forma de meseta a dicha temperatura. Es claro que esta es una
aleación invariante, es decir, que sucede con la composición de la reacción eutéctica
y es 38%Pb-62%Sn.
5. ¿CUAL ES LA ALEACIÓN PLOMO-ESTAÑO UTILIZADO PARA LA
SOLDADURA?
En la industria aleación de plomo-estaño es la más utilizada ya que esta combinación da
los mejores resultados. La mezcla de estos dos elementos crea un suceso poco común. Cada
elemento tiene un punto elevado de fundición, pero al mezclarse producen una aleación con
un punto menor de fundición que cualquiera de los elementos.
En la menor temperatura que se pueden fundir estos 2 elementos es en la reacción
eutéctica que ocurre a 180°C, donde la composición es de 38%Pb-62%Sn, por esta razón es
la aleación eutéctica de plomo-estaño la más utilizada en la industria para la soldadura.
CONCLUSIONES




Con la obtención de la curva de enfriamiento para aleación de Pb-Sn a diferentes
composiciones, podemos crear el diagrama de equilibrio de esta aleación, objeto
que es de suma importancia en el campo de la ingeniería.
En aleación 38%Pb-62%Sn sucede la reacción invariable denominada eutéctica,
donde a 180°C los componentes líquidos de la misma pasan a formar en conjunto
un sólido nuevo. Su importancia en la industria recae en que es la sustancia más
utilizada en la soldadura.
En el diagrama de fases vemos como existe una línea horizontal a los 180°C que va
desde 19,5%Sn hasta 98.4%Sn, esto representa la máxima solubilidad de los
componentes de la mezcla. Esta es llamada la línea eutéctica porque es donde
sucede la reacción invariante.
Al tener el diagrama de fase Pb-Sn, y estudiarlo en una composición determinada,
trazando una línea vertical por la misma obtenemos la curva de enfriamiento del
materiales, es decir, teniendo las diferentes curvas de enfriamiento podemos
determinar el diagrama de fase, análogamente si tenemos el diagrama de equilibrio
podemos determinar las curvas de enfriamiento para cada compuesto.
BIBLIOGRAFIA
(1)
Sídney H. Avner. Introducción a la metalurgia física. Ediciones del castillo 1975.
(2)
William F. Smith. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. Mc Graw
Hill/Interamericana de España.
(3)
Militza J. Iriza Castro. Manual de prácticas del laboratorio de materiales.
Universidad de Carabobo. Dpto. de materiales.
ANEXOS Y HOJA DE DATOS