UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO

DIVISION DE INGENIERIAS

CAMPUS GUANAJUATO

CATEDRATICO:

Doc. Joel Palmerin Moreno

MATERIA:

Laboratorio de Metalurgia Física

PRACTICA 1:

Solidificación

PRESENTA:

Edgar Alejandro Nava González

FECHA:

03-MARZO- 2014

SOLIDIFICACION

INTRODUCCION

La solidificación de metales consta de tres etapas; formación de núcleos estables en el fundido (nucleación), crecimiento del núcleo hasta dar origen a cristales y la formación de una estructura granular. El aspecto que cada grano adquiere después de la solidificación del metal depende de varios factores, de entre los que son importantes los gradientes térmicos. Existen dos mecanismos de nucleación en la solidificación de metales:

Nucleación homogénea: Se da en el liquido fundido cuando el metal proporciona por si mismo los átomos para formar los núcleos. Cuando se enfría un metal liquido puro por debajo de su temperatura de de equilibrio de solidificación en un grado suficiente se crean numerosos núcleos homogéneos por movimiento lento de átomos que se mantienen juntos.

La nucleación homogénea requiere habitualmente un elevado grado de sub-enfriamiento que puede llegar a ser de varios de cientos de grados centígrados para algunos metales. Para que un núcleo estable pueda transformarse en cristal debe alcanzar un tamaño crítico. Un conglomerado de átomos entrelazados entre sí menor que el tamaño crítico se llama embrión, y otro que sea mayor al tamaño crítico se llama núcleo. Debido a su inestabilidad, los embriones se están formando y redisolviendo constantemente en el metal fundido, debido a la agitación de los átomos.

Nucleación heterogénea: Es la nucleación que tiene a lugar en un líquido sobre la superficie del recipiente que contiene impurezas insolubles, u otros materiales estructurales que disminuyen la energía libre para formar un núcleo estable. Para que se produzca la nucleación heterogénea, el agente de nucleación solido (impureza o recipiente) debe ser mojado por el metal líquido. Además el líquido debería poder solidificar fácilmente sobre el agente de nucleación. La nucleación heterogénea tiene a lugar sobre el agente de nucleación porque la energía superficial para formar un núcleo estable sobre el material es más baja que si el núcleo se formara sobre su propio núcleo puro (nucleación homogénea).

OBJETIVO:

Observar el fenómeno de la solidificación de una sustancia liquida y el efecto de la velocidad de enfriamiento sobre la microestructura final de solidificación.

MATERIAL Y EQUIPOS

Cloruro de Amonio en polvo (NH4Cl) Agua DestiladaParrilla de Calentamiento Vaso de precipitado 500 mlColorante vegetal Azul Dispositivos de AcrilicoCronometro TermómetroAgitador Guates

PROCEDIMIENTO:

1. Pesar 200g de Cloruro de Amonio en polvo (NH4Cl).

2. Vaciar poco a poco (NH4Cl), en un vaso de precipitados en un volumen de 300 ml de agua destilada, y agitar hasta que la muestra se sature.

3. La solución saturada de (NH4Cl), colocarla en la parrilla de calentamiento y agitar y agregar mas (NH4Cl), a una temperatura aproximadamente a 80ºC, posteriormente se agrega pintura vegetal (azul). Esto con la finalidad de tener un mejor contraste durante el proceso de solidificación.

4. Posteriormente, se lleva a cabo el vaciado de la solución de (NH4Cl) en el dispositivo No. 1 dentro de la zona de la lingotera. Una vez comenzado el vaciado de la solución, se comenzara con el registro de tiempo con la ayuda del cronometro. Esto permitirá observar la velocidad que tarda en solidificar todo el volumen de la solución.

5. Al igual que en el paso anterior y haciendo uso del dispositivo No. 2, se vacía la solución (NH4Cl), registrando el tiempo que tarda en solidificar toda la solución de (NH4Cl).

D I AG R AM A D E P R O C E D I M I E N T O

1 2 3

7 6

4

58

Observaciones y Resultados

A temperatura ambiente con 50g de (NH4Cl), se saturo la solución y a una temperatura de 80ºC, aumento la solubilidad hasta 200g de (NH4Cl).

Dispositivo No. 1 (Enfriamiento en un baño Agua-Hielo)

Fig 1.- El dispositivo No. 1 se encuentra en un abaño de Agua-Hielo, en el cual la solidificación es empieza por las paredes del molde, y al los 10 s comenzó la solidificación, y termino a los 8 min.

Dispositivo No. 2 (Enfriamiento a Temperatura Ambiente)

Fig 2.- El dispositivo No. 2 se encuentra en un abaño de Agua-Hielo, en el cual la solidificación es empieza por las paredes del molde, y a 1 min y 47 s comenzó la solidificación, y termino de solidificar a los 20 min.

REFERENCIAS

Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Donald Askelad 4ta Edición

CONCLUSIONES:

Se cumplió el objetivo de la práctica, el cual fue observar el fenómeno de la solidificación de una sustancia liquida y el efecto de la velocidad de enfriamiento sobre la microestructura final de solidificación.

La solidificación para ambos dispositivos, comienza por las paredes del molde y ahí se encuentran granos equiaxiados, y al centro granos alargados, que tienen menos resistencia por ser más grandes y esto se debe a que tardaron más en solidificar.

En resumen, en el dispositivo No.1, la muestra que solidifica primero, tiene mayor resistencia, menor tamaño de poros, pero por el efecto de (choque térmico) en una muestra metálica puede variar la dureza del material, y esto ocasionar que la dureza no sea uniforme, por la nube de vapor que genera el agua.

En el dispositivo No. 2, la muestra tendrá menos resistencia, ya que la velocidad de solidificación es más lenta y bueno el tamaño de poros es mayor comparada con la solidificación del Dispositivo No. 1, y la velocidad de enfriamiento se ve afectada debido a que cada vez es más difícil disipar el calor de la parte central de la muestra.

En la industria se puede presentar cualquiera de los 2 métodos empleados en esta practicas, entre otros y ya depende de lo que de las propiedades que le solicite el cliente.