UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

VICE-RECTORADO BARQUISIMETODEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA

Integrantes:

José colmenares. C.I: 18.432.814

Vanessa Rivero. C.I: 20.044.690

Arantza Manrique. C.I:20.640.994

Secc: Miércoles

BARQUISIMETO, 23/07/2014

CURVAS DE

ENFRIAMIENTO

Introducción

Las curvas de enfriamiento son representaciones graficas de la variación de la

temperatura con respecto al tiempo ya sea de un metal puro o aleación. Para el desarrollo de

la práctica se utilizaron elementos como Zn, Pb, Al en diferentes proporciones, los cuales

mediante el uso de un termopar tipo K y un graficador arrojaron distintas curvas de

enfriamiento; estas, de acuerdo a su comportamiento y con la ayuda de los factores de

corrección X en mm/seg y Y en mV/cm del registrador de temperatura se podrá estudiar e

indican si pertenecen a un metal puro o aleación El uso de estas curvas tiene por objeto

determinar las temperaturas en que se producen el cambio de estado, en esta práctica, nos

enfocaremos en la determinación del punto de solidificación, es decir, la temperatura en la

cual el metal líquido empieza el proceso de solidificación, el tiempo en que se tarda en

convertirse el metal liquido en estado sólido y su velocidad de enfriamiento. Para el caso de

aleaciones tendremos rangos de temperaturas.

La solidificación de metales puros en condiciones de equilibrio presenta una

temperatura constante durante la solidificación, y se ve representada por una línea que es

paralela con respecto al eje de las abscisas. En la práctica se trabajara en condiciones fuera

de equilibrio, gráficamente se notara una concavidad, debido a que existe un

subenfriamiento, siendo éste el que hace posible el inicio de la solidificación; justo después

en el punto de solidificación, un trozo muy pequeño de la curva se hace relativamente

horizontal (isoterma), seguidamente se tiene un cambio de pendiente hasta que culmina el

fenómeno de solidificación.

En el caso de las aleaciones se tiene otro comportamiento y se toman dos casos,

cuando las aleaciones forman una solución sólida, donde ambos componentes son

completamente solubles tanto en estado líquido como sólido, y cuando forman un eutéctico,

donde los componentes son completamente solubles en el estado líquido pero

completamente insolubles en el estado sólido.

Procedimiento:

Se realizaron tres (3) muestras mediante la combinación de algunos elementos en

diferentes proporciones como Pb, Al, Zn; las cuales fueron contenidas en tres(3)

crisoles sin identificar si contenía un metal puro o una aleación

Se calibró el registrador de voltajes, colocando la velocidad de avance en el eje X a

1 m/s para grafica 1, y X a 0,5 m/s para la gráfica 2 y 3 , y en el eje Y a 2 mv/cm a

una temperatura ambiente de 25 grados centígrados, luego, conectando dicho

registrador al termopar tipo K, cuyos extremos fueron colocados de la siguiente

manera: el extremo libre conectado al graficador y el extremo unido se introducirá

dentro del crisol con el metal líquido, sumergiendo la punta en el metal.

Con la ayuda del técnico se procedió a retirar cada una las muestras del horno

(metal líquido), introduciendo inmediatamente el termopar en una de las muestras y

graficando la curva de enfriamiento a través del registrador, repitiéndose este paso

para cada una de las muestras.

Se realizaron los cálculos, conversiones y análisis respectivos de cada una de las

curvas de enfriamiento y se concluyó al respecto.

Resultados y Análisis

Grafica n°1

X= 1mm/seg

Y= 2mv/cm

Tamb=25°C

Punto A : x= 0cm; y= 8,3cm Punto B: x=6,3cm; y=7,5cm Punto C: x=22,8cm; y=7,5cm

Punto A

y=8,3cm∗2mvcm

=16,6mv

De la tabla e interpolando se obtuvo:

Y= 404,8°C, asi

TA= (404,8 + 25) °C= 429,8 °C

x= 0mm1mm/seg

=0 seg

PA: (0seg, 429,8°C)

Punto B

y=7,5cm∗2mvcm

=15mv

De la tabla

Y= 367°C, asi

TB= (367 + 25)°C = 392°C

x= 63mm1mm/seg

=63 seg

PB: (63seg , 392°C)

Punto C

y=7,5cm∗2mvcm

=15mv

De la tabla

Y= 367°C, así

TC= (367 + 25) °C= 392 °C

x= 228mm1mm/seg

=228 seg

PC: (228seg, 392°C)

Velocidad de enfriamiento

V 1=A y−ByAx−Bx

=¿(429,8−392)° C

(0−63 ) seg=−0,6 ° c /seg

Temperatura de equilibrio

T= 392°C

TfZn= 419°C

Tiempo de solidificación

t= (228-63)seg =165seg

El comportamiento de la curva de enfriamiento obtenida es igual a la de un metal

puro, donde puede distinguirse: Tramo A-B, el cual representa el enfriamiento del metal

liquido; el punto B representa la temperatura de fusión o equilibrio (TB=392 °C ) obtenida

mediante el uso de la tabla correspondiente al termopar tipo K y la temperatura ambiente ;

seguida del tramo B-C donde la isoterma indica el tiempo de solidificación, el cual

obtenido experimentalmente arroja un tiempo de 165s, así, una vez culminada la

solidificación en el punto C comienza el enfriamiento del metal sólido.

De acuerdo a los resultados obtenidos el elemento ensayado para esta grafica es el

Zinc (Zn), debido a la similitud en cuanto a la temperatura de fusión. La pequeña variación

de la temperatura de equilibrio experimental con la teórica, es debido a que no se trabajó en

condiciones de equilibrio.

Grafica n°2

X= 0,5mm/s

Y= 2mv/cm

Tamb=25°C

Punto 0 : x= 0cm; y= 9,2cm Punto A : x= 3cm; y= 7,9cm Punto B: x=9,9cm; y=7,1cm Punto C: x=17cm; y=7,1cm

Punto 0

y=9,2cm∗2mvcm

=18,4mv

De la tabla e interpolando obtuvimos:

Y= 447,4°C, así

T0= Y + Tamb

T0= (447,4 + 25) °C= 472,4 °C

P0: (0s,472,4°C)

Punto A

y=7,9cm∗2mvcm

=15,8mv

De la tabla e interpolando obtuvimos:

Y= 386,2°C, así

TA= Y + Tamb

TA= (386,2 + 25) °C= 411,2 °C

x= 30mm0,5mm/ s

=60 s

PA: (60s,411,2°C)

Punto B

y=7,1cm∗2mvcm

=14,2mv

De la tabla e interpolando obtuvimos:

Y= 347,8°C, así

TB= Y + Tamb

TB= (347,8 + 25) °C = 372,8°C

x= 99mm0,5mm/ s

=198 s

PB: (198s, 372,8°C)

Punto C

y=7,1cm∗2mvcm

=14,2mv

De la tabla e interpolando obtuvimos:

Y= 347,8°C, así

TB= Y + Tamb

TB= (347,8 + 25) °C = 372,8°C

x= 170mm0,5mm/ s

=340 s

PC: (340s, 372,8°C)

Velocidad de enfriamiento

V 2=0y−A y0x−Ax

=(472,4−411,2)° c

(0−60 ) s=−1,02 °c / s

Rango de temperatura de solidificación

De TA 411,2 °C a Tc 372,8 °C.

Tiempo de solidificación

t= (340-60) s =280s

El comportamiento de la curva de enfriamiento obtenida representa una aleación

que forma una reacción eutéctica. Comienza el enfriamiento del líquido desde el punto P0

hasta PA , en el siguiente tramo A-B se forma una concavidad que representa la región

bifásica donde coexisten la fase líquida y sólida, en el punto PA ocurre un cambio de

pendiente producto de la liberación de calor latente por el fenómeno de subenfriamiento

constitucional, el líquido se enriquece de soluto y desciende la temperatura, para luego

llegar al punto PB donde ésta permanece constante ( Temperatura de equilibrio de la

aleación: 372,8 °C ) hasta el punto PC, momento donde ocurre la reacción eutéctica,

instantes antes de llegar al punto PB se tiene un líquido residual, el cual alcanza la

temperatura eutéctica y se transforma en una mezcla eutéctica; por esta razón el tiempo de

solidificación transcurre desde el punto PA hasta PC ( t. sol.=280seg ); por ultimo al llegar al

punto PC inicia el enfriamiento de la fase solida.

Comparando con el libro Metal Handbook podemos decir que se aproxima a una

composición de 94% Zn- 6% Al, debido a que la temperatura donde ocurre esta reacción

según el Metal HandBook es de 381°C y el punto B de la gráfica donde ocurre la

temperatura de equilibrio es de 372,8°C(según los cálculos anteriores), se tiene una

diferencia de 8,2°C y se puede aseverar que se tenga un punto eutéctico de aleación Al-Zn;

se descarta que sea Zn puro debido a que el punto de fusión representado en este caso por el

tramo B-C en la gráfica es de 372,8°C y comparando con el de la tabla periódica se tiene

que el punto de fusión del Zn es de 419.5°C, el cual difieren en las temperaturas de fusión

en 46,7 °C. Es importante acotar que también se descartó que la curva de enfriamiento

fuese Aluminio puro debido a que el punto de fusión de este es de 660.5°C.

Grafica n°3

X= 0,5mm/s

Y= 2mv/cm

Tamb=25°C

Punto A : x= 0cm; y= 8cm Punto B: x=4,6cm; y=6cm Punto C: x=9,9cm; y=6cm

Punto A

y=8cm∗2mvcm

=16mv

De la tabla:

Y= 391°C, así

Ta= Y + Tamb

Ta= (391 + 25) °C= 416 °C

Pa: (0s, 416°C)

Punto B

y=6cm∗2mvcm

=12mv

De la tabla:

Y= 295°C, así

Tb= Y + Tamb

Tb= (295 + 25) °C = 320°C

x= 46mm0,5mm/ s

=92 s

Pb: (92s, 320°C)

Punto C

y=6cm∗2mvcm

=12mv

De la tabla:

Y= 295°C, así

Tc= Y + Tamb

Tc= (295 + 25) °C = 320°C

x= 99mm0,5mm/ s

=198 s

PC: (198s, 320°C)

Velocidad de enfriamiento

V 3=Ay−B yA x−Bx

=(416−320)° c

(0−92 ) s=−1,04 ° c /s

Temperatura de equilibrio

TB= 320°C

TfPb= 327,502°C

Tiempo de solidificación

t= (198-92) s =106s

Se obtuvo, una curva de enfriamiento de un metal puro fuera de equilibrio, en el primer

tramo comprendido entre los puntos Pa y Pb se observa una pendiente que denota la

velocidad de enfriamiento del metal liquido, es importante destacar que en esta

representación grafica no se logro visualizar el subenfriamiento debido a que éste fue muy

bajo. Una vez en el punto Pb la temperatura se estabiliza hasta el punto Pc (Isoterma), a 320

°C. La Isoterma indica el tiempo que tardo en solidificar todo el metal liquido (t sol.: =

106seg); así, una vez culminada la solidificación en el punto C comienza el enfriamiento

del metal sólido. De acuerdo a los resultados obtenidos el elemento ensayado para esta

grafica es el Plomo (Pb), debido a semejanza en cuanto a la temperatura de fusión. La

pequeña variación de la temperatura de equilibrio experimental con la teórica, es debido a

que no se trabajó en condiciones de favorables.

.

ANEXO

Fig. 2 diagrama Aluminio-cinc

Fig. 3 tablas de conversión de mili voltios a grado centígrados.

Conclusiones

Por medio de las curvas de enfriamiento se tiene información de que tipo de metal

se está solidificando (metal puro, aleación o un eutéctico).Existiendo gran

diferencias entre ellas.

Los cambios de pendiente en las curvas de enfriamiento indican cambios de fase

(transformación líquido-sólido), a su vez la presencia de un metal puro o aleación.

Cuando un metal puro solidifica, en condiciones de equilibrio o cercanas a esta,

toda la masa cristaliza a la temperatura Tf, la temperatura de fusión, que se

mantiene constante mientras se libera todo el calor latente de fusión, para luego

enfriarse.

Si un metal puro solidifica en condiciones fuera del equilibrio la nucleación de la

fase sólida exige un subenfriamiento cinético para que se inicie el proceso de

solidificación, y debe estar presente una concavidad producto del subenfriamiento

térmico, pero esta concavidad no se aprecia en las curvas de enfriamientos de los

elementos utilizados en la práctica, debido a que los valores de subenfriamiento son

muy pequeños.

Las aleaciones solidifican en un rango de temperatura y pueden formar una solución

solida o un eutéctico.

En los diagramas que involucran reacciones eutécticas, las aleaciones hipoeutécticas se encuentran a la izquierda del diagrama, mientras que las aleaciones hipereutécticas se encuentran a la derecha del diagrama separadas por el punto eutéctico.

Las velocidades de enfriamiento de todas las curvas de enfriamiento son negativas