CONSTRUCCIÓN DEL DIAGRAMA DE FASE DE LA ALEACION Pb-Sn I.
RESUMEN
Casi todos los metales y aleaciones, en cierto momento de su procesado se encuentran en estado líquido, el cual se solidifica cuando se enfría a una temperatura inferior a la de solidificación. El material obtenido puede ser utilizado tal como solidifica o procesarse para su uso posterior mediante trabajo mecánico o ser mejorado por un tratamiento térmico adecuad adecuado. o. Las estruct estructuras uras obteni obtenidas das durante durante el proceso proceso de solidi solidific ficaci ación ón afectan afectan al comportamiento mecánico del material obtenido e influyen en el tipo de procesado al que debe ser sometido para lograr las propiedades finales mas optimas. En este sentido resulta interesante conocer el diagrama de fases del metal o aleación. n diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones para cualquier combinación de temperatura y composición de la aleación. Cuandoo en la alea Cuand aleaci ción ón está estánn presen presente tess sólo sólo do doss comp compone onent ntes es se pu puede ede con const stru ruir ir un diagrama de fases binario. El diagrama de fases que !amos a estudiar en esta práctica es el correspondiente a la aleación "b#$n. Esta aleación presenta un diagrama de fases relati!amente simple conocido como diagrama de fases eutéctico binario. II. OBJETIVOS • •
%btener la cur!a de enfriamiento de una aleación "b#$n &'( # )'(. %btener la cur!a de enfriamiento del plomo y obtener su porcentaje de pureza.
III. III. MARCO MARCO TEÓRI TEÓRICO CO
La reacción in!ariante presente en el diagrama es la tipo Eutéctica que se da a *+ -C -C
L /)*, 0( $n1
2 /*0, 3( $n1 4 5 /06, 7( $n1
.Las aleaciones con composiciones entre *0,3( $n y )*,0( $n /la del eutéctico1 se llaman aleaciones 89"%E:;C:9C<$. $imilarmente, aquellas con composiciones entre )*,0( $n y 06,7($n se llaman 89"E=E:;C:9C<$. Las de composición justo )*,0( $n se denominan E:;C:9C<$.
FIGURA Nº 1: Diagrama
FIGURA Nº 2: La
de Fases Binario con un Punto Eutéctico: Plomo - Estaño
fase alfa es una solución sólida de estaño en plomo. La máxima soluilidad es de !"# de $n en el P a una temperatura de !%&'() a *'( solo se puede disol+er ,# $n en P.
FIGURA Nº 3: La
fase eta es una solución sólida de plomo en estaño. La máxima soluilidad es de ,.# P en el $n a una temperatura de !%&'( *'() a *'(prácticamente no /a0 soluilidad del P en el $n.
FIGURA Nº 4:
ALEACIONES
$olidificación de una aleación de una sola fase.
Las aleaciones con base de esta>o, también conocidas como metales blancos, generalmente contienen cobre, antimonio y plomo. Estas aleaciones tienen diferentes propiedades mecánicas, dependiendo de su composición. "uede !erse la composición de las diferentes aleaciones /soldaduras1 de esta>o en la tabla ?@ * ubicada en la seccion o, cobre y antimonio son utilizadas como materiales antifricción en cojinetes, por su baja resistencia de cizalladura y su reducida adBerencia.* Las aleaciones esta>o y plomo/!er figura ? 71 se comercializan en !arias composiciones y puntos de fusión, siendo la aleación eutéctica aquella que tiene un )*,0( de esta>o y un +,*( de plomo, con un punto de fusión de *+ -C. El resto de aleaciones esta>o#plomo funden en un rango de temperaturas en el cual Bay un equilibrio entre la fase sólida y la fase líquida durante los procesos de fusión y de solidificación, dando lugar a la segregación de la fase sólida durante la solidificación y, por tanto, a estructuras cristalinas diferentes. La aleación eutéctica, que necesita menor temperatura para llegar a la fase líquida es muy utilizada en la soldadura blanda de componentes electrónicos para disminuir las probabilidades de da>o por sobrecalentamiento de dicBos componentes. o y plomo tienen además peque>as proporciones de antimonio /del orden del 3,7(1.
FIGURA Nº 5
El principal problema de las aleaciones con plomo es el impacto ambiental potencial de sus residuos, por lo que están en desarrollo aleaciones libres de plomo, como las aleaciones de esta>o#plata#cobre o algunas aleaciones esta>o#cobre. El peltre es una aleación de esta>o,
plomo y antimonio utilizada para utensilios decorati!os. El esta>o también es utilizado en aleaciones de prótesis dentales, aleaciones de bronce y aleaciones de titanio y circonio. CURVAS DE ENFRIAMIENTO
Cur!as de enfriamiento en el punto Eutéctico
FIGURA Nº 6.A
9C=%C%?$:9:DE?:E E:;C:9C%
FIGURA Nº 6.B
En el caso de que se trate de uno de los metales puros $n o "b, la cur!a de enfriamiento obtenida tendrá el siguiente Bábito representado por la figura ?@ 6
FIGURA Nº 7
En el caso de una composición intermedia, por ejemplo la correspondiente a un )' ( en plomo obtendremos la siguiente cur!a
FIGURA Nº 8
(ur+a de enfriamiento 1eórica para un aleación de 2*# de $n.
IV. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS 1. MATERIALES • • • • • • • •
$oldadura )'&' de Esta>o y "lomo "lomo. Fósforos Galón de Has. $oplete. Crisol de granito. Ladrillo. "robeta de cemento.
2. INSTRUMENTOS • •
:ermómetro. Cronómetro.
V. V.1 V.2
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
$e tiene que introducir los aleantes en un crisol cerámicos. :enemos que Bacer que el crisol se calienta Basta una temperatura superior a la del punto de fusión del "b y menor al tope del rango de medición del :ermómetro )'oC /)' oC I:I36oC1.
Fig.&.calentamiento del crisol. 7. $e puede obser!ar que debido a la inercia del calentamiento, al apagar la llama la temperatura !a a seguir aumentandoJ es por eso que se recomienda controlar la temperatura de manera de no sobrepasar la temperatura máAima del :ermómetro /)' KC1. V. V.!
Luego de Baber alcanzado la temperatura y con los aleantes en fase líquida, tenemos que agitar la mezcla con un agitador de !idrio para garantizar que la aleación sea Bomogénea. Luego se tiene que apagar la llama y comienza el enfriamiento. $e registra la temperatura y el tiempo transcurrido desde el momento que el ba>o alcanza los ' KC.
"." $e tendrá un control de la temperatura en función del tiempo entre ' KC y *+' KC. "ara esto un alumno lle!ará el tiempo, otro medirá la temperatura y un tercero anotará los datos en la tabla.
7.) finalmente al Baber alcanzado los *+'@C se calienta el crisol alrededor de los 'KC y si el ba>o está completamente líquido se retira el termómetro del ba>o.
VI.- DISCUSION DE RESULTADOS:
G#$%&'$ (N1: en la gráfica encontramos la representación de las zonas de anomalías o alteraciones. •
ediante la gráfica de enfriamiento de temperatura !ersus tiempo se pudo obser!ar las anomalías porque se tomó !ariaciones de temperatura muy peque>os.
ediante la gráfica de enfriamiento de temperatura !ersus tiempo las zonas de anomalías que indican un cambio de fases/solidificación1 demostrando así el diagramas de plomo esta>o fid. Basta el punto eutéctico. G#)%&'$ N* 1 + An/: •
•
•
$e obser!a /en la elipse color !erde1 que el eutéctico se da a la temperatura de *6+ @C pero el instrumento de medición tiene una escala de medición de 3 @C por lo que se tiene cierta incertidumbre. $e nota /en la elipse roja1 que la línea de sol!us se da en un rango entre 33' @C y 3*7 @C.
VII.- CONCLUSIONES 0 RECOMENDACIONES: $e identificó la composición aproAimada de la aleación de acuerdo la temperatura de inicio de $olidificación del Líquido. $e logró obser!ar eAitosamente las alteraciones del "b#$n El eutéctico teórico se da a *+ @C por lo que el desenso se podría deber a las impurezas presentes, al recubrimiento de la propia soldadura, etc. "or la figura ?@ *7 obser!amos que si tomamos la temperatura de la meseta encerrada en la elipse !erde representada en la gráfica ?@ 3 el porcentaje de plomo en la ca>ería de plomoM es de aproAimadamente de 06 (. Comprobamos que el plomo de no es del todo puro pues por la gráfica se !e que aproAimadamente el plomo tenía una pureza de 06 (, además de la presencia de óAidos en sus paredes /pues eran tubos de ca>ería de transporte de agua potable1J suponemos que el cloro que es transportado por el agua potable afecto o como el plomo se disuel!e en agua /de la referencia bibliográfica ?@ 0 obtu!imos la composición del agua potable Cloro Libre residual, carbonatos, bicarbonatos, Cloruros, $ulfatos, 8ierro, Fluoruro, etc.1. •
• •
•
•
VIII.- BIBLIOGRAFIA
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REALIZACION DEL EXPERIMENTO
Anexo1.&undido delo Sn-Pb
Anexo3.estadoAnexo4.$edi!ion líquido del Pb-Sn. del tie#o % te#e"atu"a.
Anexo2.eision del !alo" !on el so#lete.
