Curvas De Enfriamiento

CURVAS DE ENFRIAMIENTO CONTINUO DE UN DIAGRAMA EUTÉCTICO. Ejercicio resuelto.
INTRODUCCIÓN El diagrama de fases al equilibrio del sistema Pb-Sn, ver figura 1, presenta una transformación eutéctica, L↔α+β. Las coordenadas invariantes de esta transformación eutéctica son: TE =183ºC y WE = 61,9%p.Sn. TE y WE corresponden a la temperatura eutéctica y a la composición eutéctica, respectivamente. Lasfases α y β del diagrama Pb-Sn son soluciones sólidas terminales basadas en Pb y en Sn, respectivamente. Terminales quiere decir que están en los extremos de composición del respectivo diagrama. Específicamente, ambas soluciones son de sustitución, con estructuras correspondientes a la del Pb puro (CCC) y a la del Sn puro (tetragonal), respectivamente. Ya el hecho de que las estructurascristalinas del Pb y del Sn sean diferentes indica que la solubilidad entre estos elementos, al estado sólido, debe ser limitada. En un diagrama eutéctico, una aleación de composición W0 experimentará la transformación eutéctica, total o parcialmente, sólo si la línea vertical de isocomposición W0 cruza el segmento dibujado de la isoterma de la transformación eutéctica respectiva, T= TE. Para el diagramaPb-Sn, dicho segmento se extiende entre 19,2 %p.Sn y 97,5%p.Sn, ver figura 1. Las aleaciones con composiciones entre 19,2%p.Sn y 61,9%p.Sn (la del eutéctico) se llaman aleaciones hipoeutécticas. Similarmente, aquellas con composiciones entre 61,9%p.Sn y 97,5%p.Sn se llaman hipereutécticas. Las de composición justo 61,9%p.Sn se denominan eutécticas, como Téngase presente la definición de fase: es unaregión de materia homogénea cuyas propiedades varían en forma continua con las variables intensivas del sistema (presión, temperatura y composición). Los diagramas de enfriamiento continuo se obtienen de experiencias donde el material, inicialmente caliente y contenido, por ejemplo, en un crisol cerámico, se expone a un medio de menor temperatura, la que podría ser la ambiente. De manera que laacción del medio sobre el material es extraer calor continuamente. Se busca obtener información de la respuesta del material a esta acción; para esto, durante el

enfriamiento se mide la temperatura del material en función del tiempo. La respuesta se relaciona con los cambios de fase y no sólo con el hecho de que una fase cualquiera se debe normalmente enfriar. Por lo tanto, los diagramas deenfriamiento continuo son una herramienta para estudiar los cambios de fase. De la anterior definición de fase se desprende que, al variar alguna variable intensiva, como lo es la temperatura, si se detecta una discontinuidad en las propiedades del material, es porque se ha producido un cambio de fases. Particularmente, cada fase tiene, en términos de sus propiedades térmicas, sus propios coeficientesde transferencias de calor (capacidad térmica y conductividad térmica); por ello, al haber cambios de fase, habrá cambios en la curva Temperatura versus Tiempo. También hay que considerar los calores de las transformaciones de fase. Algunas de estas últimas son isotérmicas (solidificación del agua pura, del Cu puro, Ni puro, etc.) y otras no (solidificación de aleaciones Cu-Ni, etc.).

PROBLEMADeduzca y represente esquemáticamente las curvas de enfriamiento continuo de varias aleaciones Pb-Sn identificadas más adelante, las que son enfriadas a velocidades moderadas (esto es, bajo condiciones de equilibrio) desde el estado líquido, 400ºC, hasta la temperatura ambiente. El diagrama Pb-Sn de fases al equilibrio se indica en la figura 1. Las composiciones de las aleaciones a analizar sonlas siguientes: a) Pb-0%p. Sn (plomo puro); b) Pb-100%p.Sn (estaño puro). c) Pb-61,9%p.Sn (composición eutéctica) d) Pb-10%p.Sn e) Pb-40%p.Sn; (composición hipoeutéctica) f) Pb-50%p.Sn; (composición hipoeutéctica) g) Pb-85%p.Sn. (composición hipereutéctica) En la respuesta que sigue se harán algunos cálculos complementarios de la fracción en peso de fases presentes en algunos puntos importantes...