UNIVERSIDAD CATÓLICA

DE SANTA MARÍA

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y

FORMALES

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA

MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y

MECATRÓNICA

INFORME DE LABORATORIO N° 9Construcción de diagramas de fases

Curso:Materiales de Fabricación I

Semestre:I

Docente:Ing. Carlos Gordillo Andía

Alumna: Cervantes Bernal ManuelGrupo: 04Horario: VIE 2:00-4:00 pm

Arequipa, 16 de mayo de 2014

I. RESUMEN

Se realizó la construcción el diagrama de fases de la aleación Plomo-Estaño con el fin de conocer elaborar y graficar el diagrama de fases Pb-Sn a presión atmosférica a partir de la medición de Temperatura para diferentes composiciones de la aleación.

II. OBJETIVOS

Elaborar y graficar el diagrama de fases Pb-Sn a presión atmosférica a partir de la medición de Temperatura para diferentes composiciones de la aleación.

III. BASE TEÓRICA

Primeramente, un sistema es una sustancia o mezclas de sustancias aislada. Este puede ser homogéneo, cuando es uniforme en todo su volumen por lo que las propiedades son las mismas en él o varían de forma continua de un punto a otro1, o sino heterogéneo que es cuando hay la existencia de un equilibrio térmico, mecánico y químico.

A partir de ello, definimos la fase como la parte homogénea del sistema separa de las demás partes del mismo o, como la “región que difiere con su microestructura y/o composición, de otra región” (Smith, 2006).2

Los diagramas de fase son la representación del equilibrio termodinámico de un sistema.3 O, como lo define Smith, son representaciones gráficas de las fases que existen en un sistema de materiales a varias temperaturas, presiones y composiciones. Estos permiten predecir las fases presentes y sus proporciones para unas condiciones determinadas. Por

1 Aranda, B. (2010). Diagramas de fases. Universidad de Huelva. España. p. 2 2 Smith, W. & Hashemi, J. (2006). Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. Edit: McGrawHill. México. p. 3703 Agudelo, A. & Restrepo, O. (21 de enero de 2005). Termodinámica y diagramas de fase. Medellín. p. 1

ejemplo, al tener el diagrama de fases de la aleación Estaño-Plomo, se podrá predecir la temperatura a la cual se obtendrá la sustancia sólida en su totalidad, líquida o la fase en la que se podría encontrar.

Para la elaboración de estos diagramas se requiere de la obtención de curvas de enfriamiento para diferentes composiciones de la aleación. Continuando con el anterior ejemplo, la curva de enfriamiento para la aleación Sn-Pb 40%-60% seguiría el hábito de la Figura 1.

FIGURA 1. Curva de enfriamiento Sn 40%-Pb 60%.

Luego de realizarse las curvas de enfriamiento de la aleación con diferentes porcentajes de material se sitúan en una gráfica como la que se muestra en la Figura 2.

FIGURA 2. Curvas de enfriamiento de la aleación Sn-Pb.

A continuación, se deben trasladar los puntos críticos θ1 y θ2 de cada gráfica a una gráfica temperatura-concentración, como se observa en la Figura 3.

FIGURA 3. Curvas de enfriamiento y traslado de puntos de la aleación Sn-Pb.

Finalmente, se unen todos los puntos trasladados y se obtiene el correspondiente diagrama de fase, como se muestra en la Figura 4.

FIGURA 4. Diagrama de fase Sn-Pb.

En este diagrama de frases se pueden diferenciar las diferentes fases: sólido, líquido y líquido + sólido; en el caso de que ambos materiales sean completamente solubles el uno en el otro. Como se muestra en la Figura 5. Sin embargo, en caso contrario esta presentará más fases, como es el caso de la Figura 6.

FIGURA 5. Diagrama de fases binario de dos metales A y B completamente solubles el uno en el otro.

FIGURA 6. Diagrama de fases Pb-Sn.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Para obtener la curva de enfriamiento se realizaron las siguientes operaciones:

1. Se calentó la aleación hasta una diferencia de potencial equivalente a 350 °C.

2. Se colocó la termocupla dentro de la solución fundida.3. Se tomó los datos de diferencia de potencial frente a

tiempo cada 15 segundos, apuntando dichos resultados en la tabla adjunta.

4. El último dato se tomó en torno a 100 °C.5. Se representó en un papel milimetrado la curva de

enfriamiento obtenida T (°C) vs t (segundos).6. Se unieron los puntos para obtener así la curva de

enfriamiento.7. Se interpretaron los resultados y se anotaron en una

tabla común para poder realizar la representación del diagrama de fases Sn-Pb completo.

Las composiciones elegidas son:

GRUPO 1 2 3 4% Sn y %

Pb20%Sn, 80%Pb

40%Sn, 60%Pb

62%Sn, 38%Pb

85%Sn, 15%Pb

V. RESULTADOS Y ANÁSLISIS DE LOS RESULTADOS

1 2 3 4 5 6 7

15% Pb-85% Sn 20% Pb-80% Sn 40% Pb-60%Sn 50%-Pb-Sn 80% Pb-20% Sn60% Pb - 40 %

Sn 85% Pb- 15% Sntiempo T° tiempo T° tiempo T° tiempo T° tiempo T° tiempo T° tiempo T°

1 25 2 199 2 209 2 221 10 129 2 2262 34 4 203 4 213 4 223 20 128 4 2273 14 6 210 6 216 6 225 30 126 6 2284 164 8 212 8 218 8 226 40 124 8 2295 187 10 215 10 219 10 226 45 122 10 2306 208 12 216 12 220 12 225 50 114 12 2297 219 14 217 14 221 14 225 35 279 55 113 14 228

8 227 16 221 16 222 16 224 40 253 60 115 16 2279 231 18 222 18 222 18 223 45 245 65 100 18 226

10 239 20 223 20 221 20 222 50 239 70 83 20 22511 238 22 225 22 221 22 221 55 229 75 79 22 22412 242 24 227 24 220 24 220 60 225 80 70 24 22313 244 26 228 26 220 26 219 65 217 85 62 26 22214 244 28 227 28 219 28 218 70 211 90 50 28 22115 245 30 226 30 219 30 217 75 206 95 48 30 21916 245 32 225 32 218 32 216 80 212 100 45 32 21817 245 34 222 34 217 34 215 85 208 105 43 34 21718 244 36 221 36 217 36 214 90 200 110 42 36 21619 243 38 220 38 216 38 213 95 202 115 39 38 21520 242 40 217 40 215 40 212 100 204 120 41 40 21421 242 42 216 42 214 42 211 105 186 125 38 42 21322 241 44 215 44 213 44 210 110 182 130 37 44 20923 240 46 214 46 212 46 209 115 189 135 35 46 20824 237 48 213 48 211 48 207 120 185 140 36 48 20725 236 50 212 50 211 50 206 125 177 145 33 50 20626 234 52 211 52 209 52 205 130 173 150 32 52 20527 233 54 210 54 207 54 203 135 167 155 35 54 20428 231 56 209 56 205 56 202 140 166 160 36 56 20329 229 58 208 58 204 58 201 145 164 165 31 58 20230 229 60 207 60 203 60 198 150 161 60 20131 225 62 206 62 202 62 197 155 154 62 20032 224 64 205 64 201 64 195 160 151 64 19933 222 66 204 66 200 66 194 165 149 66 19834 220 68 203 68 199 68 193 170 138 68 19735 218 70 202 70 198 70 192 175 136 70 19636 217 72 200 72 197 72 191 180 138 72 19537 215 74 199 74 195 74 189 185 136 74 19438 214 76 196 76 194 76 187 190 125 76 19339 213 78 194 78 193 78 186 195 122 78 19240 209 80 193 80 192 80 184 200 133 80 19141 207 82 191 82 191 82 181 205 130 82 19042 206 84 190 84 189 84 180 210 125 84 18943 205 86 187 86 188 86 179 215 120 86 18744 203 88 185 88 187 88 178 220 116 88 18645 202 90 184 90 185 90 176 225 115 90 18546 201 92 183 92 184 92 175 230 112 92 18447 199 94 182 94 183 94 173 235 108 94 18348 196 96 181 96 182 96 169 240 101 96 18249 194 98 180 98 181 98 168 245 100 98 18150 193 100 179 100 180 100 166 250 99 100 180

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137 149 274 112 274 136 274 115 274 274138 149 276 111 276 136 276 114 276 276139 149 278 111 278 136 278 112 278 278140 149 280 110 280 136 280 112 280 280141 149 282 110 282 136 282 112 282 282142 149 284 110 284 136 284 112 284 284143 149 286 109 286 136 286 111 286 286144 149 288 109 288 136 288 110 288 288145 149 290 108 290 136 290 110 290 290146 148 292 107 292 136 292 110 292 292147 148 294 106 294 136 294 109 294 294148 148 296 106 296 136 296 108 296 296149 148 298 105 298 136 298 108 298 298150 148 300 105 300 136 300 107 300 300151 148 302 104 302 136 302 107 302 302152 147 304 103 304 136 304 106 304 304153 147 306 103 306 136 306 105 306 306154 147 308 102 308 136 308 105 308 308155 147 310 101 310 136 310 103 310 310156 147 312 101 312 136 312 103 312 312157 147 314 100 314 136 314 102 314 314158 147 316 100 316 136 316 102 316 316159 146 318 99 318 136 318 101 318 318160 146 320 99 320 136 320 101 320 320161 146 322 99 322 135 322 100 322 322162 146 324 98 324 136 324 324 324163 145 326 98 326 136 326 326 326164 145 328 97 328 136 328 328 328165 145 330 97 330 136 330 330 330166 145 332 97 332 136 332 332 332167 144 334 96 334 136 334 334 334168 144 336 96 336 136 336 336 336169 144 338 96 338 135 338 338 338170 144 340 95 340 136 340 340 340171 144 342 94 342 135 342 342 342172 143 344 93 344 134 344 344 344173 143 346 93 346 133 346 346 346174 143 348 93 348 132 348 348 348175 143 350 92 350 131 350 350 350176 142 352 91 352 13 352 352 352177 142 354 91 354 129 354 354 354178 142 356 90 356 128 356 356 356179 142 358 90 358 127 358 358 358

180 141 360 90 360 127 360 360 360181 141 362 362 126 362 362 362182 141 364 364 125 364 364 364183 141 366 366 124 366 366 366184 141 368 368 123 368 368 368185 141 370 370 122 370 370 370186 141 372 372 121 372 372 372187 141 374 374 120 374 374 374188 141 376 376 119 376 376 376189 140 378 378 119 378 378 378190 140 380 380 118 380 380 380191 140 382 382 117 382 382 382192 140 384 384 116 384 384 384193 139 386 386 115 386 386 386194 139 388 388 114 388 388 388195 139 390 390 113 390 390 390196 139 392 392 112 392 392 392197 139 394 394 111 394 394 394198 139 396 396 110 396 396 396199 139 398 398 109 398 398 398200 139 400 400 108 400 400 400201 138 402 402 107 402 402 402202 138 404 404 106 404 404 404203 137 406 406 105 406 406 406204 137 408 408 104 408 408 408205 137 410 410 103 410 410 410206 137 412 412 102 412 412 412207 137 414 414 101 414 414 414208 137 416 416 100 416 416 416209 137 418 418 418 418 418210 137 420 420 420 420 420211 137 422 422 422 422 422212 137 424 424 424 424 424213 137 426 426 426 426 426214 137 428 428 428 428 428215 137 430 430 430 430 430216 137 432 432 432 432 432217 137218 136219 136220 136221 136222 136

223 136224 136225 136226 136227 136228 135229 135230 135231 134232 134233 133234 132235 131236 130237 130238 129239 128240 128241 127242 126243 125244 124245 124246 123247 122248 121249 120250 120251 119252 118253 117254 116255 115256 115257 114258 114259 113260 113261 111262 111263 110264 109265 109

266 108267 107268 106269 105270 104271 103272 102273 102274 101275 100276 100277 99278 98279 97280 97281 96282 95283 95284 94285 94286 94287 93288 93289 93290 92291 92292 91293 91294 91295 90296 90297 90298 90299 90300 89301 89302 88303 87304 87305 86306 86307 85308 85

309 84310 84311 84312 83313 83314 83315 82316 82317 82318 81319 81320 80321 80322 79323 78324 77325 77326 77327 77328 76329 76330 76331 76332 75333 75334 74335 74336 74337 74338 74339 73340 73341 73342 72343 72344 72345 71346 71347 71348 71349 71350 70351 70

352 70353 69354 69355 69356 68357 68358 68359 67360 67361 67362 67363 66364 66365 66366 66367 66368 66369 65370 65371 64372 64373 64374 64375 64376 64

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

50

100

150

200

250

300

15% Pb - 85% Sn

TIEMPO

TEMPERATURA

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

50

100

150

200

250

20% Pb-80% Sn

TIEMPO

TEMPERATURA

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

50

100

150

200

250

40% Pb-60%Sn

TIEMPO

TEMPERATURA

0 50 100 150 200 250 300 3500

50

100

150

200

250

50%-Pb-Sn

TIEMPO

TEMPERATURA

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000

50

100

150

200

250

300

80% Pb-20% Sn

TIEMPO

TEMPERATURA

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800

20

40

60

80

100

120

140

60% Pb - 40 % Sn

TIEMPO

TEMPERATURA

0 50 100 150 200 250 3000

50

100

150

200

250

85% Pb- 15% Sn

TIEMPO

TEMPERATURA

VI. CONCLUSIONES

En conclusión, elaborar y graficar el diagrama de fases Pb-Sn a presión atmosférica a partir de la medición de Temperatura para diferentes composiciones de la aleación.

VII. BIBLIOGRAFÍA

Agudelo, A. & Restrepo, O. (21 de enero de 2005). Termodinámica y diagramas de fase. Medellín. p. 1

Aranda, B. (2010). Diagramas de fases. Universidad de Huelva. España. p. 2

Smith, W. & Hashemi, J. (2006). Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. Edit: McGrawHill. México. p. 370

VIII. ANEXOS

CUESTIONARIO

Solubilidad total en el estado sólido.

Un eutéctico.

Un compuesto intermetálico

Un eutectoide

Dibuje en un solo diagrama de equilibrio los siguientes puntos característicos:Solución sólida parcialEutéctico.Eutectoide.Compuesto Intermetálico

En el diagrama de las figura identifique las fases presentes en cada área asignándoles letras griegas: