informe diagrama de fases 1

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCIÓN

LABORATORIO CIENCIAS DE MATERIALES

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

INFORME DE LABORATORIO

Nombre: María José Albuja Ayala

Curso y número de sección: Materiales de Ingeniería PL102,Martes 7:30-9:30 am

Número y título de experimento: Experimento No. 1, Diagrama de fase y difusión

Profesor: Ing. José Manuel Pilataxi Sislema

Fecha de experimento:2 de junio del 2015

Fecha de presentación:16 de junio del 2015

Nombre de compañero de laboratorio:Todo el curso

Periodo de Estudio:2015 – I Término



Tabla de Contenido:

1 Resumen 32 Enfoque experimental 3

2.1 Difusión Cobre-Zinc 32.2 Formas 4 2.2.1 Moldeo 4 2.2.2 Liquido 42.3 Metalografía 5 2.3.1 Lijado 5 2.3.2 Pulido 5 2.3.3 Ataque químico 62.4 Equipos y materiales 7

3 Resultados 84 Análisis de Resultados 95 Conclusiones 106 Bibliografía 117 Adjuntos 11



1. Resumen

Se desea determinar la difusión del zinc dentro de la matriz del cobre, se funde el zinc en

el horno a 700°C durante 15 minutos y se calienta el cobre a 200°C para evitar un

choque térmico, se coloca todo esto dentro de un balde con Arena de fundición gruesa

compactada para que el material fundido no dañe el balde. Una vez enfriada se procede

a realizar el corte de la muestra con una sierra, se elige una superficie donde se

encuentre los dos elementos y se realiza el lijado según la norma, comenzando con la lija

menor de 240 y terminando con la lija de 1000, girando 90° por cada cambio de lija. Una

vez terminado realizamos el pulido fino con pasta de alúmina y lubricante en la pulidora

universal. Una vez terminado se procede al ataque químico con Hidróxido de Amonio

unos 15 segundos y se detiene con Peróxido de Hidrógeno Etanol. Se seca con secador

de cabello y se observa en el microscopio metalográfico invertido haremos el análisis

metalográfico, con el software que viene incluido con el equipo(X-PLUS)

2. Procedimiento Experimental 2.1 Difusión de Cobre-zinc

“La difusión es el mecanismo por el cual la materia se transporta a través de la materia. Los átomos en los gases, líquidos y sólidos están en constante movimiento y emigran después de un periodo.” (Smith, 2006)

Los materiales que se utilizaron en la práctica:

Tabla .1 materiales de la muestra y temperaturas de fusión Materiales Temperatura de fusiónVarilla de Cobre 1085 ºCBarritas de Zinc 450 ºC

Tabla .2 Condiciones Iniciales de Prueba Temperatura de trabajo del horno = 700 ºC

Temperatura máxima del horno =999 ºC

Temperatura de cobre = 200 ºC

Temperatura de zinc = 700 ºC



Tabla .3 Equipos de protección Mandil

Mascarilla de calor

Guantes de calor

Zapatos cerrados

Colocamos unas barritas de Zinc en el crisol (recipiente de porcelana), el horno se calienta hasta la temperatura de 700 ºC para poder fundir el zinc (temperatura de fundición del zinc en Tabla.2 condiciones de prueba). Esperamos un tiempo aproximado de quince minutos para observar si las barritas de zinc se han fundido completamente, destapamos el horno usando los equipos de seguridad adecuados (Tabla 3.).

Para evitar el “El colapso térmico o choque térmico se refiere a la rotura de algún material al sufrir un cambio drástico de temperatura. Sucede cuando un material sólido se quiebra al someterse a un aumento o descenso de la temperatura. “(William F Smith, 2006, p.218) calentamos la barra de cobre al mismo tiempo que el horno hasta los 200 ºC.

2.2 Formas

2.2.1 Moldeo

Con la barra de Cobre calentada se lo toma con las tenaza y se lo coloca en el recipiente de arena verde, después vertimos el zinc en estado líquido hasta una profundidad aproximada de dos centímetros y esperamos a que se enfrié (aproximadamente unos treinta minutos).

2.2.2 Líquido

En el crisol que se encuentra el zinc en estado líquido, se le coloca con ayuda de la tenaza el cobre a 200 ºC y se cierra el horno por un tiempo aproximado de diez minutos, finalmente con los equipos de protección personal (Tabla.3) destapamos el horno y sacamos la muestra.

Se realiza un corte de la muestra donde se aprecia la matriz de cobre y el zinc de manera

transversal. Observe que mientras más homogénea la superficie transversal más rápido

se logrará una superficie especular.

http://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lido



2.3 Metalografía

Con las muestras ya listas, pasamos a las siguientes fases:

2.3.1 Lijado

Se comenzará con el lijado con la lámina número 240. La lija es de Carburo de silicio

debido que tiene una dureza mayor que la de ambos materiales según la escala de Mo.

Aumente el número de lija (tamaño de grano menor) una vez tenido una superficie

devastada, gire 90°, este cambio de dirección nos permite observar en la superficie si

existe un lugar donde no está completamente devastado en ese nivel. Seguir el

procedimiento hasta llegar a la lija de 1000.

2.3.2 Pulido

Para el proceso de pulido fino usamos una pasta de AP-PASTE de alúmina. Para poder

aplicar esta pasta a nuestras muestras previamente nos aseguramos que las superficies

se encontraran libres de grasa, polvo, humedad, oxido o cualquier otro contaminante. Una

vez comprobado esto, se realizó el respectivo pulido de la pieza usando la pasta. Se

aconsejó que la muestra debiera ser firmemente presionada contra el disco principal de la

Lijado

Pulido

Ataque quimico



pulidora universal (Tabla.4 Especificaciones de la pulidora universal), y más suavemente

al final.

2.3.3 Ataque químico

Como último paso se procedió a realizar el ataque químico a las muestras, para ello se

usó Hidróxido de Amoniaco para NH4, para desgastar químicamente los granos de

material más débiles y poder observarlos en el microscopio. Se requiere un tiempo de 15

segundos de ataque y se detiene con peróxido de hidrógeno (etanol). Seguidamente se

seca con un secador de cabello para eliminar humedad.

Con ayuda del microscopio metalográfico invertido (MM-600) (Tabla.5 especificaciones

del microscopio metalográfico) haremos el análisis metalográfico, con el software que

viene incluido con el equipo(X-PLUS).



2.4 Equipos y Materiales

Horno Arena Verde Juego de Lija

Pasta de alúmina Centrífuga de pulido Horno

Hidróxido de Amoniaco pinza microscopio metalográfico



3. Resultados

Se obtuvieron las siguientes imágenes de la muestra en el microscopio óptico a diferentes

amplitudes.

Figura 1. Difusión, observación de la matriz a x250






4 Análisis de los Resultados.

Los resultados mostrados en las gráficas no son concordantes con los resultados

esperados, ya que se esperaba observar mejor la difusión del zinc en los átomos de

Cobre.

Se muestra la matriz de cobre en la Figura.1, donde se puede apreciar la dirección de

pequeñas láminas en una sola dirección, se puede notar que la sección donde se



encuentra el zinc aparece sin nitidez, se encuentra a una baja resolución del microscopio

metalográfico a 250 un poco desenfocado.

La zona clara en las imágenes muestra las zonas menos devastadas por lo que

pertenecen al cobre, mientras que la zonas oscuras pertenecen al zinc más atacadas por

lo el agente químico.

En la Figura.2 se muestra una mayor resolución del microscopio metalográfico a 400

podemos ver la difusión de las partículas de zinc en la matriz de cobre.

En la Figura.3 se muestra a la misma resolución del microscopio metalográfico a 400 pero

más enfocado y notamos la forma de los granos, tienen una superficie muy irregular, se

puede apreciar el borde de grano, los bordes de grano contienen elementos de zinc,

mientras que el núcleo de los granos tienen elementos de cobre.

Por último tenemos la Figura.4 de la muestra con la resolución del microscopio

metalográfico a 1000, que muestra una imagen de los bordes de grano con alto contenido

de zinc tratando de ocupar las vacancias de cobre (Figura.5).

Figura.5 Compuesto de Cu-Zn

5 Conclusiones

Se puedo evidenciar los conceptos de la 1er y 2 da ley de Fick´s .

Los resultados determinan que el zinc es el elemento más difundido en la

matriz de cobre.



Se puede determinar en las imágenes las zonas que corresponden al cobre,

zinc y mezcla de todos estos elementos.

Las zonas brillantes y más claras en la imágenes corresponden al material de

cobre debido al desgaste por el ataque químico con hidróxido de amoniaco es

menor que el de producido al zinc.

Se puede observar que el zinc se aloja alrededor de los límites de grano en la

matriz de cobre, denotados por zonas oscuras.

Para una mejor interpretación de resultados se requiere de una mayor

resolución del microscopio metalográfico.

6 BibliografíaSmith, W. (2006). Fundamentos de ciencia e ingenieria en materiales . México : McGraw-Hill

Companies.

7 Adjuntos

Tabla.4 .- Especificaciones de la Pulidora Universal

Equipo Pulidora Universal

Marca STRUERS

Modelo DP-U

Código(ESPOL) 2741

Tabla.5 .- Especificaciones del Microscopio Metalográfico

Equipo Microscopio Metalográfico

Marca Olympus

Modelo GX-41

Código(ESPOL) EM-012



Figura.8 Muestra

Figura.6 Diagrama de Cu-Zn



Figura.7 Diagrama de Arrhenius mostrando los datos de la capacidad de difusión para algunos sistemas metálicos.

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