informe practica 1 materiales de ingenieria

7/23/2019 Informe Practica 1 Materiales de Ingenieria

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Laboratorio de Materiales de Ingeniera - Paralelo 103 1

ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERA EN MECNICA Y CIENCIAS DE

LA PRODUCCIN

LABORATORIO DE MATERIALES DE INGENIERIA

PRACTICA #1: DIAGRAMAS DE FASES Y DIFUSION

PARALELO: 103

ESTUDIANTE: MARCOS ANDRES ESPINOZA ORDOEZ

PROFESOR: ING. JOS MANUEL PILATAXI SISLEMA

FECHA DE EXPERIMENTO: 17 DE NOVIEMBRE DEL 2015

FECHA DE ENTREGA: 24 DE NOVIEMBRE DEL 2015

INTEGRANTES:

MARCOS ANDRES ESPINOZA ORDOEZ

ABEL ALEJANDRO OVIEDO YAGUAL

GEOVANNY MOISES PANCHANA MALAVE

PERIODO: II TERMINNO 2015-2016


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INDICE

1. NOMBRE DE LA PRCTICA: ................................................................................................... 3

2. RESUMEN: .................................................................................................................................. 3

3. MARCO TEORICO: .................................................................................................................... 4

Figura 1.1 Esquematizacin del proceso de Difusin ............................................................... 4

3.1. Difusin por vacantes......................................................................................................... 5

Figura 1.2 Difusin por vacancia .............................................................................................. 5

3.2. Difusin intersticial ............................................................................................................ 5

Figura 1.3 Difusin intersticial ................................................................................................. 5

3.3. Ley de Fick......................................................................................................................... 6

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: ..................................................................................... 7

4.1. Materiales ........................................................................................................................... 8

Tabla 1.1: Materiales y Temperatura [C] de fusin ................................................................ 8

Tabla 1.2: Condiciones de prueba ............................................................................................ 8

Tabla 1.3: Especificaciones de la pulidora universal ............................................................... 8

Tabla 1.4: Especificaciones del microscopio metalogrfico .................................................... 9

5. ANALISIS DE RESULTADOS: .................................................................................................. 9

Figura 1.4 vista de los lmites de las dos superficies entre el zinc y el cobre .......................... 9

6. CONCLUSIONES: ..................................................................................................................... 10

7. REFERENCIA:........................................................................................................................... 10

ADJUNTO: ........................................................................................................................................ 11
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1. NOMBRE DE LA PRCTICA:

DIAGRAMAS DE FASES Y DIFUSION

2. RESUMEN:

En la presente prctica se realiz un ensayo experimental para observar la difusin del zinc

en el cobre, para dicho experimento primero se tuvo que preparar un molde con arena verdad

para colocar tanto la barra de cobre y el zinc fundido y as poder logra la difusin.

Primero se sateo el horno hasta que llegara a una temperatura de 600C para luego introducir labarra de zinc en el crisol al horno, la barra de zinc permaneci alrededor de 30 minutos dentro

del horno a una temperatura de 600C hasta fundirse por completo, a su vez se precalent la

barra de cobre hasta 200C para que al momento de ponerlo junto al zinc a 600C no hubiese un

choque trmico, lo cual provocara que la prctica no tenga los resultados esperados.

Una vez que el zinc estuvo totalmente fundido con la proteccin pertinente, guantes de calor ,

mascara de calor y tenazas se coloc la barra a 200C dentro del molde de arena verde y luego

el zinc totalmente fundido todo esto en un laptso de tiempo muy pequeo para no perder la

temperatura adquirida de los materiales. Se dej que todo se enfriara a temperatura ambiente,

una vez solidificado el zinc se procedi a cortar la barra resultante en pequeas probetas, en

grupos de tres personas procedimos a lijar la probeta que se proporcion, lijando primero con la

lija#240, hasta llegar a la lija ms fina que la lija # 1000, una vez lijado se procedi a pulir con

una pasta alumina en la superficie pulimentadora y se lo coloco el material durante unos

minutos, despus se limpi la superficie pulida y se procedi a realizar el ataque qumico, el

cual consiste en colocar Hidrxido de amonio y luego con un pedazo de algodn limpiar lasuperficie para despus pasar por una secadora para dejar la superficie totalmente seca

Una vez terminado todo este proceso de lijado y pulido la probeta estuvo lista para la

observacin de su estructura en el microscopio metalogrfico, y para ver como sucedi la

difusin entre el cobre y el zinc.


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3. MARCO TEORICO:

[1]La difusin (tambin difusin molecular) es un proceso fsico irreversible, en el que partculas

materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropa

(Desorden molecular) del sistema conjunto formado por las partculas difundidas o soluto y el

medio donde se difunden o disuelven.

Normalmente los procesos de difusin estn sujetos a la Ley de Fick. La membrana permeable

puede permitir el paso de partculas y disolvente siempre a favor del gradiente de concentracin. La

difusin, proceso que no requiere aporte energtico, es frecuente como forma de intercambiocelular.

[2]El fenmeno de la difusin se puede

demostrar mediante el par difusor

formado por la unin de dos metales

puestos en contacto a travs de las dos

caras. Este par se calienta a elevada

temperatura (por debajo de la temperatura

de fusin de ambos metales) durante un

largo perodo de tiempo y luego se enfra

a temperatura ambiente. El anlisis

qumico revela una condicin de transporte de un metal hacia otro, separados por una regin de

aleacin. La composicin de ambos metales vara con la distancia. Este resultado indica que los

tomos de un metal han emigrado o difundido dentro del otro y que este ha difundido dentro del

primer metal. Este proceso, en que los tomos de un metal difunden en el otro, se denomina

interdifusin o difusin de impurezas.

Desde el punto de vista macroscpico, la interdifusin se interpreta como los cambios de

concentracin que ocurren con el tiempo. Existe un claro transporte de tomos desde las regiones de

elevada concentracin a las de baja concentracin.

Los mtodos de difusin se clasifican en dos:

Difusin por vacantes

Difusin intersticial

Figura 1.1 Esquematizacin del proceso de


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3.1. Difusin por vacantes

[3]Es un mecanismo de difusin que implica el cambio de un tomo desde una posicin reticular

normal a una vacante o lugar reticular vecino vaco. Este mecanismo recibe el nombre de difusin

por vacantes. Por descontado que este proceso necesita la presencia de vacantes, y las posibilidades

de la difusin de las vacantes es funcin del nmero de estos defectos que existan. A elevada

temperatura el nmero de vacantes de un metal es significativo. Puesto que en el movimiento

difusivo los tomos y las vacantes

intercambian posiciones, el movimiento delos tomos en la difusin va en sentido

opuesto al de las vacantes. La autodifusin y

la interdifusin ocurren mediante este

mecanismo; en la interdifusin los tomos

de soluto sustituyen a los tomos del

disolvente.

3.2. Difusin intersticial

[4]Esta difusin implica a tomos

que van desde una posicin

intersticial a otra vecina

desocupada. El mecanismo tiene

lugar por interdifusin de solutos

que tienen tomos pequeos

idneos para ocupar posiciones

intersticiales.

En la mayora de las aleaciones, la difusin intersticial ocurre ms rpidamente que la difusin por

vacantes, ya que los tomos intersticiales son ms pequeos que las vacantes y tienen mayor

movilidad. La probabilidad del movimiento atmico intersticial es mayor que la difusin por

vacantes.

Figura 1.2 Difusin por vacancia

Figura 1.3 Difusin intersticial


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3.3. Ley de Fick

[5]Es una ley cuantitativa en forma de ecuacin diferencial, la cual describe diversos casos de

difusin de materia o energa en un medio en el que inicialmente no existe equilibrio qumico o

trmico. Recibe su nombre de Adolf Fick, que las deriv en 1855.

La ley de Fick nos dice que el flujo difusivo que atraviesa una superfice (J en mol cm -2 s -1) es

directamente proporcional al gradiente de concentracin. El coeficiente de proporcionalidad se

llama coeficiente de difusin (D, en cm2*s-1).

La primera Ley de Fick determina el flujo neto de tomos:

Dnde:

J= flujo de tomos ( )

D= Difusividad o coeficiente de difusin

(

)

= Gradiente de concentracin (

)

El signo negativo indica el movimiento de los tomos de la concentracin ms alta a la ms baja

[6]La metalografa es la ciencia que estudia las caractersticas micro estructurales o constitutivas de

un metal o aleacin relacionndolas con las propiedades fsicas, qumicas y mecnicas.

Mucha es la informacin que puede suministrar un examen metalogrfico, para ello es necesario

obtener muestras que sean representativas y que no presenten alteraciones debidas a la extraccin

y/o preparacin metalogrfica

La superficie de un espcimen de metalogrficos se prepara por varios mtodos de molienda, pulido

y ataque qumico. Despus de la preparacin, se analiza a menudo usando microscopa ptica o

electrnica. Usando slo tcnicas metalogrficas, un tcnico experto puede identificar aleaciones y

predecir las propiedades del material.

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Ataque qumico

[7]

Hay una enormidad de ataques qumicos, para diferentes tipos de metales y situaciones. Engeneral, el ataque es hecho por inmersin o fregado con algodn embebido en el lquido escogido

por la regin a ser observada, durante algunos segundos hasta que la estructura o defecto sea

revelada. Uno de los ms usados es el nital, (cido ntrico y alcohol), para la gran mayora de los

metales ferrosos. Una gua de los ataques qumicos utilizados para revelar las fases y

microconstituyentes de metales y aleaciones se pueden ver en la norma ASTM E407 - 07 Standard

Practice for Microetching Metals and Alloys.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Para presente prctica como primer paso se procedi a la preparacin del molde de arena verde con

un orificio circular de un dimetro mayor al de la barra de cobre, luego se coloc una barra de Zinc

en el crisol. A su vez se procedi a satear al horno hasta que llegara a una temperatura de 600C,

una vez que el horno llego a esa temperatura con una tenaza se introdujo el Zinc en el crisol al

horno. Esperamos alrededor de 30 minutos para observar que todo el zinc se haya fundidocompletamente. Se procedi al precalentamiento de la barra de cobre a 200C para no provocar un

choque trmico al momento de introducir la barra de cobre en el zinc fundido

Una vez precalentada la barra se la coloco en el molde circular de arena verde con un orificio un

poco ms grande que el dimetro del cobre, despus de esto con guantes y una tenaza se sac el

crisol del horno y se coloc la varilla de cobre a 200C en medio del molde y se verti el zinc

fundido alrededor del cobre, luego se dej enfriar a temperatura ambiente; con la unin de estos dos

materiales se procedi a cortar en pequeas probetas para luego empezar con el proceso de lijado,

se utiliz lija 240, luego se gir la probeta 90 y se lijo con la lija 320, se gir nuevamente 90 para

lijarla con la lija 400, as este procedimiento se lo hizo con la lija 600 y 1000. Una vez terminado

el lijado se realiz el pulido en la cual se coloc una pasta alumina en la superficie pulimentadora y

se lo coloco el material durante varios minutos, despus se limpi la superficie pulida y se procedi

a realizar el ataque qumico, el cual consiste en colocar Hidrxido de amonio y luego con un pedazo

de algodn limpiar la superficie para despus pasar por una secadora para dejar la superficie

totalmente seca, por ltimo se lo coloco en el microscopio para observar los diagramas de fase ydifusin del zinc en el cobre.


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4.1. Materiales Varillas de cobre 2.5cm de dimetro

Barra de zinc

Arena verde (arena para formacin de moldes)

Lija para desbaste del material (# 240, 320, 400, 600, 1000)

Crisol de cermico de alta temperatura con capacidad de 200ml

Guantes de calor

Mascarillas de calor

Tenazas (para sacar al crisol del horno a 600C)

Hidrxido de amonio (NH4OH (Ataque qumico))

5ml de perxido de hidrogeno- H2O2 (detener el ataque qumico)

Tabla 1.1: Materiales y Temperatura [C] de fusin

Materiales Temperatura de Fusin

Barra de cobre 1033 C

Barra de Zinc 419C

Tabla 1.2: Condiciones de prueba

Especificaciones Temperatura

Temperatura de trabajo del horno 700 C

Temperatura mxima del horno 999C

Temperatura de la barra de cobre 200 C

Temperatura de la barra de zinc 600C

Tabla 1.3: Especificaciones de la pulidora universal

Equipo Pulidora Universal

Marca STRUERS

Modelo DP-U

Cdigo(ESPOL) 2741


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Tabla 1.4: Especificaciones del microscopio metalogrfico

Equipo Microscopio Metalogrfico

Marca Olympus

Modelo GX-41

Cdigo(ESPOL) EM-012

5. ANALISIS DE RESULTADOS:

Debido a la poca practica de los estudiantes el lijado no fue del todo correcto lo cual provoco que la

imagen tenga muchas lneas de lijado, pero aun asi se puede mediante la figura 1.4 observar la

difusin entre el cobre y el zinc.

Figura 1.4 vista de los lmites de las dos superficies entre el zinc y el cobre

En la figura se observa como los granos de zinc penetran la superficie entre los dos metales y logran

la difusin de forma efectiva


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6. CONCLUSIONES:

Mediante las imgenes obtenidas del microscopio se pudo observar las lneas de difusin, lo que

nos llev a comprobar las leyes de Fick 1 y 2 estudiadas en la parte terica del curso.

Se pudo comprobar que el proceso de difusin provoca una disolucin entre dos materiales lo

cual cambia la estructura del material, y por consiguiente se puede suponer que las propiedades

del mismo tambin cambiaran

La tcnica de la metalografa no solo permite observar las distintas fases de un material, sino

que tambin permite identificar los diferentes tratamientos al que ha sido sometido para cambiar

sus propiedades, en este caso se utiliz la difusin para poder cambiar la estructura del cobre

con el zinc, estos procedimientos son muy tiles para entender los cambios de propiedades,

como por ejemplo la dureza y el nivel corrosin de un material

7. REFERENCIA:[1] Difusin (fsica) - Wikipedia, la enciclopedia libre. (s. f.). Recuperado 24 de noviembre de

2015, a partir dehttps://es.wikipedia.org/wiki/Difusi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)

[2], [3], [4] Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de los materiales, William D. Callister Jr,

Capitulo 5 Difusion, pag. 97-100.

[5] procesosbio - Ley de Fick. (s. f.). Recuperado 24 de noviembre de 2015, a partir de

http://procesosbio.wikispaces.com/Ley+de+Fick

[6], [7] Metallography, (s.f.). En Wikipedia (idioma ingls). Recuperado el 2 de julio del 2015 de

https://en.wikipedia.org/wiki/Metallography
https://es.wikipedia.org/wiki/Difusi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)http://procesosbio.wikispaces.com/Ley+de+Fickhttps://en.wikipedia.org/wiki/Metallographyhttps://en.wikipedia.org/wiki/Metallographyhttps://en.wikipedia.org/wiki/Metallographyhttp://procesosbio.wikispaces.com/Ley+de+Fickhttps://es.wikipedia.org/wiki/Difusi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)


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ADJUNTO: Cules son los factores que influyen en el proceso de difusin?

La energa de activacin afecta al coeficiente de difusin y flujo. Tambin depende del tipo

de material en el que se vaya a utilizar.

Qu indica la primera y segunda ley de ficks en migracin de tomos intersticiales?

La primera ley de fick determina el flujo neto de tomos que pasa a travs de un plano deuna superficie y que la difusin intersticial con una energa de activacin ms baja por lo

general ocurre mucho ms aprisa que la difusin por vacancia.

La segunda ley de fick describe el estado dinmico de la difusin de los tomos y nos

permite calcular la concentracin de una de las especies en difusin cerca de la superficie

del material en funcin del tiempo y la distancia. Esto quiere decir que en difusin

intersticial va a existir mayor concentracin de tomos intersticiales