CONSTRUCCIN DEL DIAGRAMA DE FASE DE LA ALEACION Pb-SnI. RESUMENCasi todos los metales y aleaciones, en cierto momento de su procesado se encuentran en estado lquido, el cual se solidifica cuando se enfra a una temperatura inferior a la de solidificacin. El material obtenido puede ser utilizado tal como solidifica o procesarse para su uso posterior mediante trabajo mecnico o ser mejorado por un tratamiento trmico adecuado. Las estructuras obtenidas durante el proceso de solidificacin afectan al comportamiento mecnico 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 aleacin. Un diagrama de fases muestra las fases y sus composiciones para cualquier combinacin de temperatura y composicin de la aleacin. Cuando en la aleacin estn presentes slo dos componentes se puede construir un diagrama de fases binario.

El diagrama de fases que vamos a estudiar en esta prctica es el correspondiente a la aleacin Pb-Sn. Esta aleacin presenta un diagrama de fases relativamente simple conocido como diagrama de fases eutctico binario.II. OBJETIVOS

Obtener la curva de enfriamiento de una aleacin Pb-Sn 40% - 60%.

Obtener la curva de enfriamiento del plomo y obtener su porcentaje de pureza.

III. MARCO TERICO

La reaccin invariante presente en el diagrama es la tipo Eutctica que se da a 183C:

L (61, 9% Sn) (19, 2% Sn) + (97, 5% Sn)

.Las aleaciones con composiciones entre 19,2% Sn y 61,9% Sn (la del eutctico) se llaman aleaciones HIPOEUTCTICAS. Similarmente, aquellas con composiciones entre 61,9% Sn y 97,5%Sn se llaman HIPEREUTCTICAS. Las de composicin justo 61,9% Sn se denominan EUTCTICAS.

FIGURA N 1: Diagrama de Fases Binario con un Punto Eutctico: Plomo - Estao

FIGURA N 2: La fase alfa es una solucin slida de estao en plomo. La mxima solubilidad es de 19% de Sn en el Pb a una temperatura de 183C; a 0C solo se puede disolver 2% Sn en Pb.

FIGURA N 3: La fase beta es una solucin slida de plomo en estao. La mxima solubilidad es de 2.5% Pb en el Sn a una temperatura de 183C A 0C; a 0Cprcticamente no hay solubilidad del Pb en el Sn.

FIGURA N 4: Solidificacin de una aleacin de una sola fase.ALEACIONES

Las aleaciones con base de estao, tambin conocidas como metales blancos, generalmente contienen cobre, antimonio y plomo. Estas aleaciones tienen diferentes propiedades mecnicas, dependiendo de su composicin. Puede verse la composicin de las diferentes aleaciones (soldaduras) []de estao en la tabla N 1 ubicada en la seccion Anexos.Algunas aleaciones de estao, cobre y antimonio son utilizadas como materiales antifriccin en cojinetes, por su baja resistencia de cizalladura y su reducida adherencia.[1]Las aleaciones estao y plomo(ver figura N 5) se comercializan en varias composiciones y puntos de fusin, siendo la aleacin eutctica aquella que tiene un 61,9% de estao y un 38,1% de plomo, con un punto de fusin de 183C. []El resto de aleaciones estao-plomo funden en un rango de temperaturas en el cual hay un equilibrio entre la fase slida y la fase lquida durante los procesos de fusin y de solidificacin, dando lugar a la segregacin de la fase slida durante la solidificacin y, por tanto, a estructuras cristalinas diferentes. La aleacin eutctica, que necesita menor temperatura para llegar a la fase lquida es muy utilizada en la soldadura blanda de componentes electrnicos para disminuir las probabilidades de dao por sobrecalentamiento de dichos componentes. Algunas aleaciones basadas en estao y plomo tienen adems pequeas proporciones de antimonio (del orden del 2,5%).

FIGURA N 5El principal problema de las aleaciones con plomo es el impacto ambiental potencial de sus residuos, por lo que estn en desarrollo aleaciones libres de plomo, como las aleaciones de estao-plata-cobre o algunas aleaciones estao-cobre. El peltre es una aleacin de estao, plomo y antimonio utilizada para utensilios decorativos. El estao tambin es utilizado en aleaciones de prtesis dentales, aleaciones de bronce y aleaciones de titanio y circonio.[CURVAS DE ENFRIAMIENTOCurvas de enfriamiento en el punto Eutctico

FIGURA N 6.AMICROCONSTITUYENTE EUTCTICOFIGURA N 6.BEn el caso de que se trate de uno de los metales puros Sn o Pb, la curva de enfriamiento obtenida tendr el siguiente hbito representado por la figura N 7:

FIGURA N 7En el caso de una composicin intermedia, por ejemplo la correspondiente a un 60 % en plomo obtendremos la siguiente curva:

FIGURA N 8

Curva de enfriamiento Terica para un aleacin de 60% de Sn.

IV. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS

1. MATERIALES

Soldadura 60/40 de Estao y Plomo

Plomo.

Fsforos Baln de Gas.

Soplete. Crisol de granito. Ladrillo.

Probeta de cemento.

2. INSTRUMENTOS Termmetro.

Cronmetro.

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:5.1 Se tiene que introducir los aleantes en un crisol cermicos.

5.2 Tenemos que hacer que el crisol se calienta hasta una temperatura superior a la del punto de fusin del Pb y menor al tope del rango de medicin del Termmetro 360oC

(360 oC >T>327oC).

Fig.4.calentamiento del crisol.

5.3 Se puede observar que debido a la inercia del calentamiento, al apagar la llama la temperatura va a seguir aumentando; es por eso que se recomienda controlar la temperatura de manera de no sobrepasar la temperatura mxima del Termmetro (360 C).5.3 Luego de haber alcanzado la temperatura y con los aleantes en fase lquida, tenemos que agitar la mezcla con un agitador de vidrio para garantizar que la aleacin sea homognea.

5.4 Luego se tiene que apagar la llama y comienza el enfriamiento. Se registra la temperatura y el tiempo transcurrido desde el momento que el bao alcanza los 330 C. 5.5 Se tendr un control de la temperatura en funcin del tiempo entre 330 C y 180 C. Para esto un alumno llevar el tiempo, otro medir la temperatura y un tercero anotar los datos en la tabla.

5.6 finalmente al haber alcanzado los 180C se calienta el crisol alrededor de los 330C y si el bao est completamente lquido se retira el termmetro del bao.

VI.- DISCUSION DE RESULTADOS:

Grafica N1: en la grfica encontramos la representacin de las zonas de anomalas o alteraciones. Mediante la grfica de enfriamiento de temperatura versus tiempo se pudo observar las anomalas porque se tom variaciones de temperatura muy pequeos. Mediante la grfica de enfriamiento de temperatura versus tiempo las zonas de anomalas que indican un cambio de fases(solidificacin) demostrando as el diagramas de plomo estao fid.3 hasta el punto eutctico.Grfica N 1 de Anexos:

Se observa (en la elipse color verde) que el eutctico se da a la temperatura de 178 C pero el instrumento de medicin tiene una escala de medicin de 2 C por lo que se tiene cierta incertidumbre.

Se nota (en la elipse roja) que la lnea de solvus se da en un rango entre 220 C y 215 C.

VII.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

Se identific la composicin aproximada de la aleacin de acuerdo la temperatura de inicio de Solidificacin del Lquido.

Se logr observar exitosamente las alteraciones del Pb-Sn El eutctico terico se da a 183 C por lo que el desenso se podra deber a las impurezas presentes, al recubrimiento de la propia soldadura, etc. Por la figura N 15 observamos que si tomamos la temperatura de la meseta encerrada en la elipse verde representada en la grfica N 2 el porcentaje de plomo en la caera de plomo es de aproximadamente de 97 %. Comprobamos que el plomo de no es del todo puro pues por la grfica se ve que aproximadamente el plomo tena una pureza de 97 %, adems de la presencia de xidos en sus paredes (pues eran tubos de caera de transporte de agua potable); suponemos que el cloro que es transportado por el agua potable afecto o como el plomo se disuelve en agua (de la referencia bibliogrfica N 9 obtuvimos la composicin del agua potable: Cloro Libre residual, carbonatos, bicarbonatos, Cloruros, Sulfatos, Hierro, Fluoruro, etc.).

VIII.- BIBLIOGRAFIA 1. Kalpakjian,Serope (2002). Manufactura, Ingeniera y Tecnologa, Pearson Educacin, p.171. ISBN 970-26-0137-12. Bez Crespo, Juan Carlos. Diagramas de fase;2007

3. Fundacin YPF:"Los recursos mineros de la regin".4. Profesor en Lnea;"Paisaje Geogrfico. Minera".5. Callister,Ciencia de los Materiales e Ingeniera una introduccin,(John Wiley & Sons, Nueva York, 2000), captulo 9, pg.246

6. Diagrama de fase Tutorial:http://www.soton.ac.uk/ ~ pasr1 /29500:00 00243.53:20 40215.55:15 39 192.57:31 18169.59:37 20

29300:18 69242.53:22 402155:17 06 1927:34 681699:40 74

29100:31 28241.53:24 83214.55:18 84 191.57:37 30168.59:44 78

28900:40 532413:27 232145:20 74 1917:39 741689:48 22

28700:50 892403:29 09213.55:22 85 190.57:42 28167.59:50 91

285.500:1 37239.53:31 642135:26 59 1907:44 121679:53 36

283.51:8 22238.53:34 26212.55:27 65 189.57:48 36166.59:56 74

2821:15 152383:35 962125:29 99 1897:50 171669:59 62

2801:22 782373:37 88211.55:34 50 188.57:52 64165.510:02 87

278.51:25 94236.53:40 872115:35 92 1887:56 0216510:05 70

2771:29 84235.53:42 20210.55:39 60 187.57:58 62164.510:08 94

275.51:33 122353:44 522105:40 86 1878:02 1216410:11 40

2741:39 28243.53:47 16209.55:42 22 186.58:04 40163.510:16 92

272.51:44 412343:49 052095:43 86 1868:06 1316310:18 06

2711:48 772333:50 76208.55:45 51 185.58:09 28162.510:20 80

2701:52 43232.53:54 102085:49 78 1858:12 4816210:24 82

268.51:56 792323:56 72207.55:51 50 184.58:15 40161.510:31 40

2672:00 03231.53:59 162075:54 26 1848:17 9616110:34 54

2662:03 432304:01 13206.55:55 96 183.58:20 73160.510:37 08

264.52:07 07229.54:02 832065:58 28 1838:23 0516010:40 48

2662:08 072294:04 58205.56:03 66 182.58:24 85159.510:44 52

2652:08 982284:06 402056:07 06 1828:27 6915910:47 52

264.52:09 64227.54:08 87204.56:11 32 181.58:31 73158.510:50 06

2652:13 752274:10 672046:17 42 1818:34 5515810:53 23

263.52:17 23226.54:12 33203.56:19 22 180.58:36 85157.510:57 34

262.52:20 732264:13 952036:22 48 1808:39 4115710:59 30

2612:25 27225.54:15 65202.56:36 02 179.58:41 82156.511:03 12

2602:28 722254:17 432026:38 90 1798:44 8515611:05 80

2592:31 21224.54:19 29201.16:41 26 178.58:47 06155.511:12 36

2582:35 602244:20 882016:44 68 1788:49 6815511:16 64

2572:38 32223.54:22 58200.56:49 90 177.58:52 64154.511:19 32

2562:41 472234:24 352006:51 78 1778:55 0815411:23 52

2552:44 99222.54:26 12199.56:53 34 176.58:57 70153.511:27 12

2542:48 402224:27 841996:56 28 1769:01 0015311:31 26

2532:50 45221.54:29 50198.56:57 67 175.59:02 96152.511:33 92

2522:51 702214:32 101986:58 86 1759:05 7215211:36 37

251.52:53 51220.54:34 61197.57:01 27 174.59:08 86151.511:39 51

2512:57 162204:36 741977:06 22 1749:10 8215111:42 29

2502 59 62219.54:58 06196.57:08 84 173.59:14 82150.511:45 55

2493:02 152194:59 811967:11 40 1739:18 2615011:49 07

2483:04 80218.55:02 34195.57:13 29 172.59:20 30149.511:52 55

247.53:08 482185:04 181957:16 48 1729:23 5814911:55 05

246.53:10 16217.55:05 90194.57:19 34 171.59:26 96148.511:59 09

245.53:12 962175:10 131947:22 84 1719:29 5814812:02 03

244.53:15 22216.55:11 92193.57:25 17 170.59:32 12147.512:05 25

2443:17 762165:13 741937:27 62 1709:34 5814712:08 37

146.512:08 37123.515:21 0599.519:08 5194.920:13 5789.721:24 69

14612:11 9912315:26 3799.419:10 1794.820:15 9789.621:26 31

145.512:16 21122.515:30 5799.319:11 1594.720:17 7989.521:28 03

14512:22 3312215:34 8199.219:12 6994.620:19 1389.421:29 71

144.512:24 21121.515:39 0599.119:14 3994.520:20 0189.321:30 73

14412:27 2112115:42 479919:16 1394.420:21 5989.221:32 15

143.512:30 61117.515:46 5798.919:17 5593.720:23 2388.521:33 85

14312:34 2111715:51 8998.819:18 8793.620:25 8388.421:35 65

142.512:37 67116.515:56 8798.719:19 8193.520:27 2588.321:36 69

14212:42 0511616:05 3598.619:21 1393.420:28 8988.221:38 15

141.512:45 31115.516:11 1998.519:22 7993.320:30 1588.121:40 79

14112:48 4511516:15 3998.419:24 5593.220:31 418821:41 99

140.512:52 73114.516:20 5198.319:25 7793.120:32 3987.921:44 33

14012:55 4511416:26 0198.219:26 599320:33 1587.821:45 77

139.512:59 69113.516:29 9398.119:28 9192.920:34 8587.721:46 93

13913:04 5911316:35 199819:29 7792.820:36 3587.621:49 11

138.513:08 65112.516:40 0397.919:31 5592.720:38 0787.521:51 09

13813:13 0111216:46 0397.819:34 8992.620:39 2987.421:52 13

137.513:18 45111.516:50 4797.719:35 9992.520:40 5987.321:53 61

13713:21 8911116:56 3597.619:37 9192.420:41 6387.221:54 57

136.513:25 29110.516:59 8597.519:38 9592.320:43 0987.121:55 71

13613:29 6711017:04 9797.419:41 5992.220:44 898721:56 99

135.513:33 85109.517:10 1797.319:43 0792.120:46 6586.921:57 97

13513:38 0910917:14 1197.219:44 719220:48 3186.821:59 47

134.513:41 41108.517:18 2797.119:46 5591.920:49 8786.722:01 07

13413:44 8910817:22 559719:48 3991.820:51 3786.622:02 27

133.513:48 23107.517:29 5996.919:49 0591.720:53 3586.522:03 63

13313:51 5710717:37 0396.819:50 0591.620:55 3386.422:04 75

132.513:55 83106.517:43 9196.719:51 4791.520:57 3186.322:06 13

13214:00 0110617:53 3596.619:53 2391.420:59 1386.222:08 19

131.514:01 25105.517:59 9396.519:54 3191.321:00 2186.122:10 05

13114:06 3710518:06 8796.419:55 6991.221:02 058622:11 41

130.514:11 67104.518:12 6596.319:57 0991.121:03 9985.922:12 81

13014:16 7110418:19 4196.219:58 479121:04 8985.822:13 93

129.514:21 71103.518:26 3596.119:59 5190.921:06 4185.722:15 57

12914:26 7110318:32 239620:00 9990.821:08 0385.622:16 85

128.514:32 25102.518:38 0995.920:01 9790.721:09 8585.522:17 99

12814:36 2510218:42 3995.820:02 8590.621:11 4385.422:19 29

127.514:40 61101.518:47 4595.720:04 1790.521:13 9985.322:20 19

12714:45 5110118:52 6195.620:05 2390.421:15 0385.222:21 53

126.514:50 41100.518:56 8995.520:06 3990.321:16 4385.122:23 95

12614:57 5710019:01 9995.420:07 7790.221:18 218522:25 67

125.515:00 2199.919:04 2795.320:08 6190.121:19 1584.922:27 39

12515:06 3399.819:05 5195.220:09 599021:20 7384.822:29 41

124.515:11 5599.719:06 9795.120:10 5189.921:22 2784.722:30 97

12415:16 0399.619:07 919520:12 1189.821:23 7184.622:31 75

84.522:33 2979.324:01 4474.125:34 0568.927:19 5363.729:22 03

84.422:35 0379.224:03 037425:36 5168.827:21 9963.629:25 39

84.322:36 6379.124:04 7273.925:39 2568.727:27 0963.529:28 55

84.222:38 197924:06 0273.825:40 9768.627:29 6963.429:29 99

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REALIZACION DEL EXPERIMENTO

Anexo3.estado lquido del Pb-Sn.

ANEXOS

Anexo4.Medicion del tiempo y temperatura.

Anexo1.Fundido delo Sn-Pb

Anexo2.emision del calor con el soplete.