ALEACION Pb- Sn I.
OBJETIVO -
Ver la microestructura en el diagrama Pb –Sn Observar la microestructura de 18,57gr Sn y 11,43gr Pb Observar la microestructura de 24gr Sn y gr Pb! Observar la microestructura de "gr Sn y 21gr Pb
II. FUN UND DAM AMEN ENTO TO TEOR ORIICO FUNDICIÓN #l $roceso de %undici&n im$lica calentar y reducir la mena mena mineral mineral $ara obte obtene nerr un me mettal $uro $uro,, y se se$a $ara rarl rlo o de la ganga y otr otros $osi $osibl bles es elementos! 'ambi(n 'ambi(n se denomina %undici&n al %undici&n al $roceso de %abricar ob)etos con metales %undidos mediante %undidos mediante moldes, *ue suele ser la eta$a siguiente a la %undici&n e+tractiva, *ue es de la *ue trata este artculo! -as $lantas $ara la reducci&n electroltica del electroltica del aluminio generalmente aluminio generalmente tambi(n se denominan %undiciones, aun*ue es un $roceso com$letamente di%erente! di%erente! #n ellas no se %unde el %unde el &+ido de aluminio sino *ue se disuelve en .uoruro de aluminio! aluminio!
ESTAÑO Y PLOMO -os $rimeros metales obtenidos $or %undici&n en la $re/istoria %ueron $re/istoria %ueron el esta0o y el $lomo! omo el descubrimiento de la %undici&n de ambos metales se $rodu)o varios milenios antes de la invenci&n de la escritura, escritura, no e+isten registros de c&mo se $rodu)o $ero como la %undici&n tanto del $lomo como del esta0o se $uede $roducir sim$lemente $oniendoalguna roca de sus menas sobre menas sobre una $ira de $ira de madera, $osiblemente su descubrimiento %ue accidental! un*ue el $lomo es un metal comn, es demasiado blando $ara ser el com$onente estructural de /erramientas o armas!
#l esta0o es muc/o menos abundante *ue el $lomo y solo un $oco ms duro *ue (l, $or lo *ue las consecuencias *ue $rodu)o $or s mismo %ueron incluso menores, /asta la invenci&n del bronce!
DIAGRAMA EUTÉCTICO CON SOLUBILIDAD EN ESTADO SÓLIDO
#n el caso de muc/os sistemas binarios, los dos com$onentes son $arcialmente solubles entre s! Se muestra un diagrama eut(ctico con solubilidad $arcial en estado s&lido! #n este diagrama se $ueden distinguir dos %ases de soluciones s&lidas, 6 y , y *ue $oseen con %recuencia estructuras cristalinas distintas! #n cual*uier caso la estructura cristalina de ser la misma *ue la del com$onente , y la de ser la del com$onente , $or*ue cada com$onente acta como disolvente del otro, *ue es del com$onente del carcter de 9im$ure:a;! #l uso de tem$eratura constante $ara la determinaci&n de la com$osici&n de las %ases 6 y en las :onas bi%sicas! #l sistema Pb –Sn es un buen e)em$lo de una eut(ctica binaria con solubilidad $arcial de estado s&lido! -as aleaciones comunes $ara soldadura caen dentro de este sistema sus ba)os intervalo de %usi&n $ermiten la uni&n de la mayora de los metales a trav(s de $rocedimiento de calentamiento adecuado, con ba)o riesgo de da0ado de las $artes sensibles del calor! -as aleaciones $ara soldadura con menos de un 5< en $eso de esta0o se em$lean $ara sellar reci$ientes, en revestimiento, en la uni&n de metales en a$licaciones con tem$eraturas de servicio *ue e+cedan los 12=>! -as aleaciones $ara soldadura con un contenido en esta0o entre el 1= y 2=< en $eso se em$lean $ara sellar radiadores de autom&viles y $ara rellenar )untas y /endiduras! -as aleaciones $ara soldadura de a$licaci&n general tienen generalmente entre un 4= y 5=< en $eso de esta0o! #stas aleaciones $resentan una consistencia $astosa caracterstica durante su a$licaci&n, asociada con la regi&n bi%sica ?li*uida y s&lida@ )usto $or encima de la tem$eratura eut(ctica! Su am$lio rango de a$licaci&n incluye de la %ontanera /asta la electr&nica! -as soluciones $ara soldaduras $r&+imas a la com$osici&n eut(ctica ?a$ro+imadamente =< en $eso de esta0o@ se em$lean $ara
com$onentes electr&nicos sensibles al calor *ue re*uieren un a$orte de calor mnimo! #ste diagrama $osee dos di%erencias signiAcativas con res$ecto al anteriorB 1! Posee lneas de solubilidad! #stas lneas indican cuando un com$onente $reci$ita de otro de manera similar a como $reci$itara sal de una soluci&n de agua salada a medida (sta se en%ra! 2! Posee un $unto eut(ctico! #n este $unto todo el l*uido se trans%orma instantneamente en s&lido! Cebido a *ue la solidiAcaci&n es r$ida, no se da $or nucleaci&n y crecimiento $or lo *ue el s&lido *ue se %orma resulta con una estructura di%erente! ese s&lido se le llama s&lido eut(ctico! #l s&lido eut(ctico se %orma siem$re a una misma tem$eratura, la cual se le llama tem$eratura eut(ctica!
III. -
MATERIALES, METODOS Y PROCEDIMIENTO Plomo y #sta0o 1==gr! Dolde de yeso de 1$ulg! de dimetro risol de graAto alan:a electr&nica ocina el(ctrica -ector de tem$eratura -i)as de agua 22= == 8== 1===
-
Euantes de cuero Para el ata*ue *umicoB - =!51"ml de cido ac(tico! - =!8"2ml de cido ntrico - 3!478ml de agua destilada
METODO -
D(todo de ata*ue $or %rotaci&n
PROCEDIMIENTO: 1!F Gacemos los clculos corres$ondientes $ara $oder %undir la cantidad necesaria $ara cada $roceso $esamos y lo llevamos a la cocina! 2!F-o de)amos %undirse en el crisol ?$lomo, esta0o@ $ara cada $roceso! 3!FHetiramos el crisol de la cocina t&manos la tem$eratura con la termocu$la y anotamos cada 5segundos la tem$eratura /asta *ue la aleaci&n se vuelva s&lida! 4!FVolvemos a colocar la aleaci&n en la cocina, des$u(s de /aberse %undido en su totalidad vertemos la aleaci&n en el molde de yeso de)amos solidiAcar! 5!F -uego de solidiAcar retiramos del molde! !FPasamos con li)ar de 22= las $robetas en un solo sentido, luego $asamos al li)ar de 8== o 1=== cambiando el sentido en "=I! Para tratar de eliminar las ralladuras yJo im$ure:as! 7!F Pulimos las $robetas con cera $ara carro en $a0o /asta *ue se elimine $or com$leto las ralladuras! 8!FPre$aramos el ata*ue *umico con una soluci&n de 5ml ?cido ac(tico, cido ntrico, agua destilada@, este ata*ue $ermite $oner en evidencia la estructura de la aleaci&n! #l ata*ue lo /acemos $or el m(todo de %rotaci&n durante 15segundos $or cada $robeta! "!FPasamos a revisar la micro estructura de la aleaci&n a trav(s de un microsco$io con un acercamiento 5=K1=K1, 8!
IV.
PARTE EXPERIMENTAL
Cibu)e en un grAco de tem$eratura versus tiem$o, la curva de en%riamiento desde el estado l*uido /asta tem$eratura ambiente, $ara una aleaci&n /i$oeut(ctica, $ara la eut(ctica, $ara una /i$ereut(ctica y dibu)e la microestructura a tem$eratura ambiente observada!
1! alculode masa Pb-Sn de 3 aleacionesB P! " "#$%&n '%()#*+$+%$ /0Sn 1 2/0Pb3 3=grPb SnFFFFFFFFFFFFF1==< L gr Sn FFFFFFFFFFFFF3=< LM"grSn 3=gr F "grM21grPb
P! " "#$%&n#*+$+%$45,60Sn 1 7,50Pb 3 3=grPb SnFFFFFFFFFFF1==< L grSnFFFFFFFFFFFFF1!"< LM 18!57grSn 3=gr PbSn – 18,57gr SnM 11!43Pb
P! " "#$%&n '%(#!#*+$+%$7/0Sn 1 8/0Pb3
3=grPb SnFFFFFFFFFFFF1==< LgrSn FFFFFFFFFFFFFFF8=< LM 24grSn 3=grPb Sn – 24grSnMgrPb
8.- CURVA DE ENFRIAMIENTO DE LAS DISTINTAS ALEACIONES: ALEACION 9IPOEUTECTICA /0Sn 1 2/0Pb3
ALEACION EUTECTICA 45.60Sn -7.50Pb3
ALEACION 9IPEREUTECTICA 7/0Sn 1 8/0Pb3
V.
RESULTADOS Y SUS ANALISIS
5. MICROESTRUCTURAS OBSERVADAS -#NO 3=< Sn 7=< Pb ?GNPO#'#'N@
Para saber la cantidad relativa de los constituyentes ? me:cla eut(ctica y 6 solido@ se a$lica la regla de la $alanca obteniendo como resultadoB
•
1"!2
3=
6 #
%α
(
=
(
%E =
61.9 −30 61.9 −19.2
30 −19.2 61.9− 19.2
)
× 100
)
74.7
=
× 100=25.3
1!"
•
•
Podemos observar *ue la $arte ms clara se trata de la me:cla eut(ctica debido a *ue tiene un $orcenta)e de 25!3 < y la $arte ms oscura es 6 solido con un $orcenta)e de 74!7
Podemos com$arar nuestra microestructura con otro e+$erimento id(ntico donde la aleaci&n tiene de com$osici&n *umica 7= < de Pb y 3= < de Sn! 1== Q $uede observarse la $resencia de un constituyente $rimario oscuro *ue es, $recisamente, la soluci&n s&lida de Sn en Pb!
ALEACION 45.60 Sn 7.50 Pb
-a siguiente aleaci&n, tiene de com$osici&n *umica 1!"
;56.80 <; 62.=0
Se $uede com$arar con la siguiente microestructuraB
#sta estructura tiene mayor $ro$orci&n de eut(ctica y $resenta ca$as alternas de una %ase de soluci&n solida rica en Pb y una %ase de soluci&n solida rica en Sn! Si encontramos alguna di%erencia entre esta eut(ctica y la observada anteriormente, se debe sin duda al ata*ue *umico! -as aleaciones ricas en Pb, se atacan con ital al 2 <, aun*ue $uede tambi(n observarse sin necesidad de ata*ue, en estado $ulido!
ALEACION 7/0Sn 8/0Pb
$licamos la regla de la $alanca $ara obtener la cantidad relativa de los constituyentesB
•
1!"
#
(
%E =
%β
•
(
=
97.5 −80 97.5 −61.9
80−61.9 97.5−61.9
)
)
8="7!5
× 100 =49.2
× 100
50.8
=
Podemos a$reciar *ue la $arte ms oscura es solido con un $orcenta)e de 5=!8 y la $arte ms clara es la me:cla eut(ctica con 4"!2, es mnima la di%erencia de $ro$orciones es esta
aleaci&n,adems en esta microestructura se $ueden a$reciar claramente los bordes de grano!
om$aramoscon la siguiente microestructuraB
-a aleaci&n tiene de com$osici&n 1= < de Pb y "= < de Sn! -a aleaci&n de "= < de Sn, observando el diagrama de e*uilibrio, est constituida $or un constituyente dis$erso, *ue ser la soluci&n s&lida de Pb en el Sn, constituyente , y un constituyente matri: *ue ser la eut(ctica considerada en observaciones anteriores! -a $ro$orci&n de eut(ctica /a de ser muy in%erior a la $ro$orci&n del constituyente dis$erso, los es$acios interdendrticos, vemos el constituyente com$le)o eut(ctico %ormado $or soluci&n s&lida y soluci&n s&lida 6, como en todas las otras aleaciones del sistema Pb – Sn! 8. PROPIEDADES: -as $ro$iedades de esta aleaci&n de$enden de su com$osici&n y del tama0o, %orma y distribuci&n de sus %ase! -a adici&n de un com$onente aun*ue sea en muy $e*ue0as $ro$orciones, incluso menos de 1< $ueden modiAcar intensamente las $ro$iedades de dic/a aleaci&n! Su estructura *ueda %ormada $orB
Fristales sim$les o de com$onentes $uros, cristali:ados se$aradamente donde cada cristal contiene un solo com$onente! #n este caso la aleaci&n llamada eut(ctica es una me:cla ntima de cristales %ormada cada uno de ellos de un solo com$onente $uro! #sta aleaci&n es de $oca a$licaci&n $rctica debido a sus ba)as $ro$iedades mecnicas! Por su ba)a tem$eratura de %usi&n, se em$lean casi e+clusivamente $ara la soldadura dulce! #sta aleaci&n $lomo esta0o es em$leada en la soldadura de lminas de cinc, cobre y lat&n! NOTA: medida *ue la com$osici&n de la aleaci&n se encuentre ms
$r&+ima a la *ue tiene el $unto eut(ctico, la cantidad de me:cla eut(ctica ser mayor! #l %undamento se basa en *ue el constituyente metalogrAco de mayor velocidad de reacci&n se ataca ms r$ido y se ver ms oscuro al microsco$io, y el menos atacable $ermanecer ms brillante, re.e)ar ms la lu: y se ver ms brillante al microsco$io
. CONSTRUCCION DE DIAGRAMA DE FASES PLOMO Pb3 ESTAÑO Sn3
•
on los datos obtenidos en la $rctica $odemos construir nuestro diagrama de %ases Plomo #sta0o!
Observamos $articularmente *ue en la curva de en%riamiento $ara la aleaci&n 8=< Sn ?/i$ereutectico@, la curva de en%riamiento muestra una $endiente ligera en el $unto de solidiAcaci&n, $or lo *ue se $uede atribuir estas incongruencias a errores e+$erimentales, $rinci$almente errores en el $esado del material o en el momento de la $rctica ?toma de datos con la termocu$la@!
VI.
CONCLUSIONES: •
•
Eracias a esta $rctica se $udo veriAcar *ue las $ro$iedades de un material de$enden de su estructura y *ue es $osible construir un diagrama de %ases a $artir de curvas de en%riamiento, al tomar di%erentes me:clas de las sustancias tendremos mayores curvas de en%riamiento y as se $odr construir un buen diagrama de %ases!
Se $udo demostrar el $unto eut(ctico ya *ue la tem$eratura $ermitida %ue de 183I! #l e%ecto de la tem$eratura no es lineal se $uede observar en los grAcos sobre todo en la aleaci&n eut(ctica!
-os diagramas de %ases resumen estados de e*uilibrio y determinar sus microestructuras *ue $ermanecen estables e invariables a lo largo del tiem$o! *ue gracias a la curva de en%riamiento se anali:an los ti$os de estructuras y el tiem$o de estas, $ara su %ormaci&n! •
VII.
Curante el en%riamiento la aleaci&n $asa $or una lnea de solubilidad, generndose la $reci$itaci&n de un com$onente, $or e)em$lo de la %ase solida al%a $reci$itan $e*ue0as $artculas de solido beta!
RECOMENDACIONES •
•
•
•
Para reali:ar las aleaciones, las cantidades de Pb y Sn deben ser muy e+actas $ara as obtener las curvas de en%riamiento y con eso dibu)ar el diagrama de %ases PbFSn! 'omar las $recauciones corres$ondientes al retirar el crisol de la cocina el(ctrica utili:ar las $in:as $ara crisol ya *ue est a una tem$eratura su$erior a los 2== >! Gay *ue tener en cuenta *ue al momento de /acer el ata*ue *umicocon el reactivo lo /acemos $or el m(todo de %rotaci&n de manerauni%orme durante un tiem$o de 15 segundos y no ms, se debe de evitar el sobre ata*ue, dado *ue la su$erAcie se $uede manc/ar y ta$ar la estructura o $roducirse manc/as de corrosi&n! #n caso de *ue esto sucediera se deber $roceder a un nuevo desgaste y $ulido! Heali:ar otras $rcticas e+$erimentales obteniendo ms $robetas de distintas com$osiciones y as obtener sus curvas
de en%riamiento y con eso anali:ar me)or el diagrama de %ase de la aleaci&n!
VIII.
BIBLIOGRAFIA •
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