Documento 178158

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS
UNIDAD DE ADMINISTRACIÓN TALLERES Y
LABORATORIOS
PROGRAMA INDIVIDUAL DE PRÁCTICAS
Código:
LAB-PO-01-01
Revisión: 1
Página:
1 de 4
CICLO ESCOLAR: 2014-2015P
NOMBRE DEL DOCENTE: Dr. Luis H. May Hernández
CARRERA(S): Ingeniería en materiales
SEMESTRE: 4
ASIGNATURA: Diagramas de equilibrio
PARCIAL: Primero
GRUPO(S): A
NOMBRE DE LABORATORIO O DE LA INSTITUCIÓN EN CASO DE PRÁCTICA
EXTERNA:
NÚMERO Y NOMBRE DE LA PRÁCTICA:
Practica No. 1: Curvas de enfriamiento de un metal puro
FECHA Y HORA PROPUESTA DE LA PRÁCTICA: 23 de Marzo de 2015 de 16:00 a
18:00
MATERIALES REQUERIDOS:


Crisol de 500 c.c. de capacidad. (Alúmina o carborundum)
Plomo puro (99,99%)
EQUIPO REQUERIDO:


•
•
Mufla con termostato
Cronómetro
Lupa binocular
Termopar para altas temperaturas 1200 ºC con sonda cilíndrica
SE DEBE ANEXAR LA DESCRIPCIÓN DEL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.
______________________
Dr. Luis H. May Hernández
23 de Febrero de 2015
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CURVAS DE ENFRIAMIENTO DE UN METAL PURO
INTRODUCCION
Desde un punto de vista general, comenzaremos por lo que sería el origen de un material tecnológico
originado por la solidificación, lo que podríamos denominar cristalización primaria.
El caso más sencillo y el análisis más simple consiste en construir una curva de enfriamiento de un metal
puro, con el objetivo de determinar su punto de fusión.
Si un metal puro se calienta regular y uniformemente desde la temperatura ambiente hasta que pasa al
estado líquido (suponiendo que en el estado sólido no sufre cambios alotrópicos) y se anota, a intervalos
iguales de tiempo, la temperatura determinada mediante un termopar u otro instrumento de medida, se
percibe una irregularidad en la velocidad de calentamiento que indica la temperatura a la que se produce la
fusión (figura 1).
Figura 1. Curvas idealizadas de enfriamiento y calentamiento de un metal puro.
El punto de transformación puede observarse gráficamente si se representa la temperatura en función del
tiempo. En forma análoga se obtiene una curva de enfriamiento desde la temperatura a la que se encontraba
el líquido, hasta la temperatura ambiente. En el caso ideal, la temperatura del metal habría de permanecer
constante durante los procesos de fusión y solidificación, por lo que las porciones AB y A´B´ de las curvas de
calentamiento y enfriamiento deberían ser perfectamente rectilíneas y paralelas al eje de tiempos. En las
curvas ideales, además, el cambio de pendiente sería discontinuo en lugar de gradual. Durante el enfriamiento
del metal fundido, se establece un gradiente de temperatura entre el crisol y las paredes del horno. En
consecuencia, la capa que primero solidifica es la que está en contacto con las paredes del crisol y esta capa
isoterma disminuye el gradiente de temperatura entre el centro y la capa externa de la carga. Por esta causa,
decrece la velocidad a que se enfría el centro de la masa del metal y se redondea la curva de enfriamiento.
Cuando solidifica el centro de la carga, la temperatura de la capa externa de metal cae rápidamente,
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aumentando su gradiente con respecto al centro, acelerándose la solidificación de las últimas porciones de
metal líquido y volviendo a redondearse la curva de enfriamiento.
De la anterior discusión se obtiene la consecuencia de que la última porción de la meseta de la curva de
calentamiento y la primera de la de enfriamiento corresponden, en efecto, a los puntos de fusión y
solidificación, respectivamente. Cuando la pendiente es muy grande, la verdadera temperatura de
solidificación se puede obtener extrapolando la porción más rectilínea y horizontal de la curva de enfriamiento
mediante una línea recta y observando cuándo esta línea se separa de la curva original. De manera análoga
se puede obtener el punto de fusión en la curva de calentamiento.
En general, las curvas de enfriamiento resultan mejor definidas que las de calentamiento, si además
ponderamos la mejor manipulación de los equipos y la accesibilidad del alumno a la observación directa del
crisol, que contiene el metal fundido, hace que la representación de la curva de enfriamiento sea la más
práctica para determinar los cambios de estado, entre ellos el punto de fusión.
MATERIALES Y EQUIPO
• Crisol de 300 c.c. de capacidad. (Alúmina o carborundum)
• Plomo o estaño puro (99,99%)
• Mufla con termostato
• Cronómetro
• Lupa binocular
• Termopar para altas temperaturas 1200 ºC con sonda cilíndrica
METODOLOGIA
•
Se toma una cantidad de Plomo (o estaño) suficiente para que una vez fundido alcance en el crisol una
altura de unos 3 a 5 cm.
•
Se introduce a continuación el crisol con el Pb sólido en un horno de mufla con termostato de regulación a
450 ºC. Transcurrido el tiempo suficiente se extrae el crisol de horno con el metal líquido y con las medidas
de seguridad pertinentes para evitar accidentes por salpicaduras con el consiguiente peligro de quemado y
se lleva hasta un soporte cerámico.
•
Con la ayuda de un cronómetro y con un termopar de lectura digital con sonda de inmersión, se van
tomando temperaturas a intervalos de 10 segundos.
•
Se irá observando una bajada gradual de temperatura en función del tiempo hasta alcanzar un pequeño
subenfriamiento en que la temperatura se mantiene constante. Repetir la toma de temperatura en varios
intervalos.
•
Antes de que la masa metálica esté toda sólida se extrae la sonda del termopar
•
Construir la gráfica resultante donde las temperaturas aparecen en el eje de ordenadas de un sistema
cartesiano y los tiempos en el eje de abscisas.
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Para finalizar esta práctica, observe con detenimiento la apariencia física del metal solidificado, tanto en la
parte central como en las paredes.
•
Contrastar la temperatura de solidificación obtenida con la teórica del Pb (o estaño)
Es importante guardar el debido cuidado al momento de transportar el crisol con el metal fundido, así
como usar campanas de extracción y mascarillas contra vapores tóxicos, particularmente el plomo.
RESULTADOS.
1. Explica con detalle el proceso de enriamiento del metal
2. ¿En qué momento debemos dejar de introducir la sonda de medición y porque?
3. El diagrama de enfriamiento- tiempo presentó algún comportamiento estable, si fue así
¿Qué significa este y relaciónalo con la ley de Gibbs?
4. La superficie del metal fue homogéneo, sino fue así ¿a qué se debió esta variación?
5. Después de enfriar el metal debieron aparecer microestructuras, si fue así, indica cual tipo
de microestructura se obtuvo. En caso contrario, explica este comportamiento.
6. Si se observo errores en el procedimiento ¿Cómo lo solucionarías?