Universidad Católica de Santa María

Informe N°6

Tema: Construcción de diagramas de fases

Grupo N°: 08

Profesor: Ing. Jonathan Almirón Baca

Alumnos:

Gabriel Llerena Quenaya Jandir del Carpio Corrales Eduardo Carpio Mercado

Construcción de diagramas de fases

1. Introducción:

Los diagramas de fases son representaciones gráficas, de las fases que existen

en un sistema de materiales a varias temperaturas, presiones y composiciones.

Los diagramas, en su mayoría, se han construido en condiciones de equilibrio, y

son utilizados por ingenieros y científicos para entender y predecir muchos

aspectos del comportamiento de los materiales. A continuación hablaremos de

algunos diagramas de fase de sustancias puras.

Muchos sistemas de aleaciones binarias tienen componentes que presentan

solubilidad solida limitada de un elemento en otro, como lo es por ejemplo, el

sistema plomo-estaño (Pb-Sn). Imagen siguiente:

Diagrama Pb- Sn

Este diagrama posee dos diferencias significativas con respecto al anterior:

Posee líneas de solubilidad. Estas líneas indican cuando un componente

precipita de otro de manera similar a como precipitara sal de una solución

de agua salada a medida esta se enfría.

Posee un punto eutéctico. En este punto todo el líquido se transforma

instantáneamente en sólido. Debido a que la solidificación es rápida, no se

da por nucleación y crecimiento por lo que el sólido que se forma resulta

con una estructura diferente. A ese solido se le llama solido eutéctico. El

sólido eutéctico se forma siempre a una misma temperatura, la cual se le

llama temperatura eutéctica.

La solidificación de una aleación binaria con solubilidad limitada puede darse de

las siguientes maneras:

Solidificación

Aleaciones que rebasan el límite de solubilidad: Las aleaciones que contienen

entre 2 y 19% de Sn también solidifican y producen una solución sólida α. Sin

embargo, al continuar enfriándose la aleación, se lleva a cabo una reacción en

estado sólido, que permite que una segunda fase solida β precipite de la fase α

original.

Aleaciones eutécticas: Las aleación que contiene 61.9% de Sn tiene la

composición eutéctica, el termino eutéctico proviene del griego eutectos, que

significa fácilmente fusible. En realidad, en un sistema binario que tiene una

reacción eutéctica, una aleación con la composición eutéctica tiene la temperatura

mínima de fusión. Es la composición para la cual no hay un intervalo de

solidificación; La solidificación de esta aleación sucede a una temperatura, que en

el sistema plomo-estaño es 183°C, la aleación es totalmente líquida y en

consecuencia, debe contener 61.9% de Sn. Cuando el líquido se enfría a 183°C,

comienza la reacción eutéctica.

Reacción eutéctica en diagrama Pb-Sn.

Se forman dos soluciones sólidas, α y β durante la reacción eutéctica. Las

composiciones de ambas soluciones se dan en los extremos de la línea eutéctica.

Durante la solidificación, el crecimiento del sólido eutéctico necesita tanto de la

eliminación de calor latente de fusión como la redistribución, por difusión, de las

dos distintas especies atómicas.

A continuación realizaremos algunos ejemplos acerca del diagrama plomo-estaño

utilizando la regla de la palanca, recordemos que los porcentajes en peso de las

fases en cualquiera de las regiones de doble fase de un diagrama de fases en

equilibrio binario, se pueden calcular usando la regla de la palanca.

2. Parte Experimental:

Primero calentamos la aleación hasta una diferencia potencial equivalente a 350 °C hasta fundir la aleación con ayuda de un crisol eléctrico con lector de temperatura, las aleaciones la metimos en una capsula de acero donde cada cierto tiempo había que remover la aleación. Las aleaciones que trabajamos

fueron de estaño con plomo en una base de 100 gr. las aleaciones que trabajamos tenia los siguientes porcentajes en peso:

Al cabo de que la aleación esté fundida se retirará la escoria para tener una aleación

pura. La cantidad de escoria que retiramos en la aleación que nos tocó que fue el de 19%Sn- 81%Pb tenía 4,25 gr.

Aleación Inicialmente

98% Sn 2% Pb

85% Sn 15% Pb

50% Sn 50% Pb

19% Sn 81% Pb

Después colocamos la termocupla dentro de la solución fundida para seguidamente dar la lectura a los datos de la diferencia potencial frente al tiempo.

Seguidamente se pasó a dar lectura de los resultados obtenidos con ayuda de una laptop para así poder realizar la gráfica de la curva de enfriamiento obtenida de T (°C) vs tiempo (segundos). Finalmente se unirán los puntos de la curva de enfriamiento para poder representar el diagrama de fase de Sn-Pb completo.

3. Resultados y discusión:

Después de realizado el ensayo y obtenidos los datos botados por el programa usado, trazamos la gráfica T(°C) vs t(s) de las todas las concentraciones de las aleaciones realizadas en el laboratorio y observaremos los puntos de quiebre de las mismas para la construcción del diagrama de fase del estaño – plomo.

Gráfica 1 : T(°C) vs t(s)

Gráfica 2 : T(°C) vs t(s

Gráfica 3 : T(°C) vs t(s)

Con la tabla obtenida podemos ver claramente los puntos en los cuales dada una temperatura determinada existe una variación en el gráfico, y eso lo podemos constatar en el diagrama de fase para las aleaciones de Estaño – Plomo.

4. Conclusiones:

En esta práctica aprendimos como construir un diagrama de fases, también

aprendimos a interpretarlo. Ya que un diagrama de fases nos resume las

condiciones en las cuales una sustancia existe como sólido, líquido o gas, a

qué condiciones coexisten dos fases o las tres.

En esta práctica empleamos estaño y plomo que las sometimos a ciertas

características de temperatura, para así poder construir el diagrama de

fases.