UNIVERSIDAD_DE_CARABOBO_FACULTAD_DE_INGE

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UNIVERSIDAD DE CARABOBO.
FACULTAD DE INGENIERÍA.
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA.
DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACIÓN.
LABORATORIO DE MATERIALES.
	
06 de Junio del 2014
1. INTRODUCCIÓN.
Una fase, en un material y en términos de microestructura, es una región que difiere de otra en estructura y/o composición. Los diagramas de fases son representaciones graficas ---a varias temperaturas, presiones y composiciones--- de las fases que están presentes en un sistema de materiales. La mayoría de los diagramas de fases han sido construidos mediantes condiciones de equilibrio y tanto ingenieros como científicos los utilizan para entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de los materiales. [1]
Las curvas de enfriamiento de aleaciones metálicas son graficas de temperatura versus tiempo obtenidas en sistemas controlados que muestran cómo cambia la temperatura de un material fundido o aleación en el tiempo cuando se enfría lentamente es un sistema en equilibrio. La pendiente de la curva obtenida corresponde a la velocidad de enfriamiento. [2]
Los diagramas de equilibrio son cartas obtenidas experimentalmente con los puntos de de cambios de pendiente de las curvas de enfriamiento de una aleación en sus diferentes composiciones, incluyendo metales puros. [2] 
La mayoría de los diagramas de fase han sido construidos según condiciones de equilibrio (condiciones de enfriamiento lento), siendo utilizadas por ingenieros y científicos para entender y predecir muchos aspectos del comportamiento de materiales.
A partir de los diagramas de fase se puede obtener información como:
· Conocer que fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajo condiciones de enfriamiento lento (equilibrio).
· Averiguar la solubilidad, en el estado sólido y en el equilibrio, de un elemento (compuesto) en otro.
· Determinar la temperatura en la cual una aleación enfriada bajo condiciones de equilibrio comienza a solidificar y la temperatura a la cual ocurre la solidificación.
· Conocer la temperatura a la cual comienzan a fundirse diferentes fases.
Los equilibrios de fase y sus respectivos diagramas de fase en sistemas multicomponentes tienen aplicaciones importantes en química, geología y ciencia de los materiales. La ciencia de materiales estudia la estructura, propiedades y aplicaciones de los materiales científicos y tecnológicos. [3]
2. OBJETIVOS.
2.1. Objetivo General.
Construir el Diagrama de equilibrio de la aleación Plomo-Estaño a partir de los puntos de cambio de pendiente de las curvas de enfriamiento del mismo.
2.2 Objetivos Específicos.
· Obtener las curvas de enfriamiento de la aleación Plomo-Estaño.
· Identificar los puntos de cambio de pendiente presentes en la curva de enfriamiento de la aleación Plomo-Estaño.
· Tabular los puntos identificados en la curva de enfriamiento de la aleación Plomo-Estaño.
· Graficar los puntos tabulados en un sistema de aleaciones de dos metales.
· Trazar una curva suave por los puntos para obtener el diagrama de la aleación Plomo-Estaño.
· Identificar los elementos característicos del diagrama equilibrio de la aleación Plomo-Estaño.
3. LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS.
3.1. Materiales.
· Curvas de enfriamiento de la aleación Plomo-Estaño.
4. PROCEDIEMIENTO EXPERIMENTAL.
4.1. Actividad No. 1: Puntos de cambio de pendiente.
· Obtener las curvas de enfriamiento de la aleación Plomo-Estaño.
· Identificar los puntos de cambio de pendiente en la curva de enfriamiento Plomo-Estaño.
· Tabular los puntos identificados en la curva de enfriamiento de la aleación Plomo-Estaño.
4.2. Actividad No. 2: Construcción de Diagrama de Equilibrio.
· Graficar los puntos tabulados en un sistema de Temperatura Vs. Porcentaje de variación de composición de los elementos, en este caso el Plomo y el Estaño.
· Unir los puntos graficados por medio de líneas siguiendo un orden específico para obtener el diagrama de equilibrio del Plomo-Estaño.
· Reconocer los elementos presente en el diagrama construido que nos permiten distinguir una fase de otra.
· Nombrar los elementos con la nomenclatura establecida para diagramas de equilibrio.
4.3. Actividad No. 3: Cantidades relativas y composición.
· Ubicar en el diagrama de Plomo-Estaño el punto al cual se le quiere determinar la composición relativa de la aleación.
· Aplicar si es necesario la regla de la palanca para hallar la cantidad relativa de los elementos de la aleación Plomo-Estaño. La ecuación (1) representa la regla de la palanca, mientras que la ecuación (2) es el resultado de un razonamiento lógico. Las ecuaciones son:
 
 %L = (mn/no) . 100 (1) 
 
 % α= 100 - % L (2)
Donde:
%L: Porcentaje de líquido presente en una fase.
%α: Porcentaje de alfa presente en una fase.
mn: La distancia que hay del porcentaje de Estaño dado al punto de corte con el borde la fase opuesto a la línea liquidus.
no: La distancia que hay entre los puntos de corte de la fase proyectados.
 
· Expresar resultados obtenidos del paso anterior.
4.4. Actividad No. 4: Composición química.
· Situar en el diagrama de equilibrio de la aleación Plomo-Estaño los cambios de pendiente para ciertas temperaturas dadas.
· Determinar las cantidades relativas de la aleación Plomo-Estaño por medio del método gráfico.
· Analizar los resultados obtenidos del paso anterior.
· Expresar resultados obtenidos.
5. RESULTADOS OBTENIDOS.
5.1. Actividad No. 1: Puntos de cambio de pendiente.
Tabla1. Tabla de tabulación con los puntos de cambio de pendiente para las curvas de enfriamiento Plomo-Estaño.
	Composición Química
	Temperatura 1 (°C)
	Temperatura 2 (°C)
	Temperatura 3 (°C)
	73% Pb – 27% Sn
	285
	180
	180
	70% Pb – 30% Sn
	280
	180
	180
	66% Pb – 34% Sn
	270
	180
	180
	64% Pb – 36% Sn
	265
	180
	180
	62% Pb – 38% Sn
	260
	180
	180
	50% Pb – 50% Sn
	225
	185
	185
	46% Pb – 54% Sn
	215
	185
	185
	45% Pb – 55% Sn
	210
	180
	180
	43% Pb – 57% Sn
	205
	185
	180
	38% Pb – 62% Sn
	185
	185
	--------------
	27 % Pb – 73% Sn
	205
	180
	180
	23% Pb – 77% Sn
	210
	185
	180
	20% Pb – 80% Sn
	215
	185
	185
5.2. Actividad No. 2: Construcción de diagrama de equilibrio.
Figura 1. Diagrama de Equilibrio de la aleación Plomo-Estaño.
5.3. Actividad No. 3: Cantidades relativas y composición.
· Para 50% de Estaño a 200 °C se aplica las ecuaciones (1) y (2), se obtiene que:
%L = ((50 – 18) / (59 – 18)) . 100 
%L = 78,04.
%α = 100 – 78,04 = 21,95.
· Para 22% de Estaño a 220 °C se aplica las ecuaciones (1) y (2) nuevamente y se obtiene:
%L = ((22 – 16) / (50 – 16)) . 100 
%L = 17,64.
%α = 100 – 7,64 = 82,35.
5.4. Actividad No. 4: Composición química.
· Para Temperatura 1 = 210 °C, Temperatura 2 = 185 °C y Temperatura 3 = 185 °C la composición química es indeterminada.
· Para Temperatura 1 = 185 °C y Temperatura 2 = 185 °C la composición química determinada fue 38% Plomo y 62% Estaño. 
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS.
6.1. Actividad No. 1: Puntos de cambio de pendiente.
Los cambios de pendientes en las curvas de enfriamiento de aleación Plomo-Estaño representa los cambio de velocidad de enfriamiento de la aleación fundida, esto se debe a que para cambio de fase el material necesita una energía requerida y por ende una velocidad requerida para realizar la misma.
6.2. Actividad No. 2: Construcción de diagrama de equilibrio.
Una vez terminado el diagrama de equilibrio Plomo-Estaño: 
· Se Observo las fases que se presentan durante el enfriamiento.
· Se pudo determinar el punto eutéctico y las zonas Hipoeutectica e Hipereutectica en el diagrama.
· Se identificaron las máximas solubilidades a temperatura eutéctica.
6.3. ActividadNo.3: Cantidades relativas y Composición.
En la sección a de esta actividad, cuando se situó el punto que representa la composición química del Plomo-Estaño en la fase α + L para calcular cantidades relativas de los elementos, dicho punto estaba más cercano a la línea de liquidus; eso quiere decir que su composición en cantidades relativas tiende a ser mas líquida que sólida y en efecto fue así cuando se hicieron los cálculos requerido para afirmar dicha aseveración. En la sección b, el punto que representaba la composición química de la aleación en la fase α + L tendía a estar más cerca de la línea solidus y realizando los cálculos pertinentes se obtuvo que su composición en cantidades relativas era más sólida que líquida.
6.4. Actividad No.4: Composición química.
Para la sección a de dicha actividad, no se pudo determinar la composición química a la temperatura dada de la aleación Plomo-Estaño ya que cuando se trazo una línea de intersección paralela al eje de Porcentaje en peso de Estaño y que contiene el de la temperatura de la composición química que se desea buscar, esta cortaba a la fase en varios y no se podía confirma a cual pertenecía en realidad. Para la sección b de la misma actividad si se pudo determinar la composición química de la aleación, la línea de intersección pasaba justamente por el punto eutéctico de la aleación Plomo-Estaño y este tiene una composición química definida.
7. CONCLUSIONES.
· El diagrama de equilibrio presento ser muy útil ya que en él se pudo representar de una manera coherente, ordenada y representativa las fases presentes cuando se deja enfriar de forma lenta una aleación fundida de Plomo-Estaño.
· El diagrama de equilibrio proporciono información de interés para cálculos específicos en el área de estudio de la aleación Plomo-Estaño tales como composición química y cantidades relativas, que comúnmente se usa en el área de ingeniería.
· Las curvas de enfriamiento índico que tan rápido se enfrió la aleación Plomo-Estaño.
· Se obtuvo los puntos de fusión de cada elemento de la aleación Plomo-Estaño a partir del diagrama de equilibrio.
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
[1]William F. Smith, JavadHashemi (2006). “Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales”. Editorial McGraw-Hill. México D.F, México. Capítulo 8, Pág. 428.
[2]Militza J. Iriza Castro, “Manual de Practicas del Laboratorio de Materiales”, Venezuela Universidad de Carabobo Facultad de Ingeniería Publicaciones, Pág. 1-3.
[3]http://www.monografias.com/trabajos96/diagramas-equilibrio/diagramas-equilibrio.shtml. Fecha: 05/06/2014, hora: 11:00 am.
 Donald E. Askeland (1998). “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Editorial International Thomson. México D.F., México. Capítulo 9, Pág. 226-230.
Escuela de Ingeniería Mecánica Nombre: __________________
Laboratorio de Materiales Cédula: __________________
Práctica # ____. ____________________ Fecha: __________________
Escuela de Ingeniería Mecánica Nombre: __________________
Laboratorio de Materiales Cédula: __________________
Práctica # ____. ____________________ Fecha: __________________
	
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 Firma del Profesor.