materiales - informe 5
DESCRIPTION
ciencias de los materialesTRANSCRIPT
Oxidación Ciencia de los Materiales II
1. Objetivos :
El principal objetivo de esta práctica consiste en dar a conocer al estudiante la
cinética de la oxidación de materiales metálicos a altas temperaturas.
Mostrar al estudiante, paso a paso, el procedimiento a seguir para la
realización de un Ensayo De Oxidación con la finalidad de completarlo de una
manera óptima.
Fomentar el trabajo en equipo de los estudiantes tanto en el desarrollo del
laboratorio como en la realización del informe técnico.
P á g i n a 1 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
2. Descripción De Los Equipos Utilizados :
Probetas Metálicas
Cuatro probetas de cobre que es un metal de transición de color rojizo y brillo
metálico, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores eléctricos. Cuatro
probetas de Bronce que es una aleación metálica de cobre y estaño, su uso actual
es en partes mecánicas resistentes al roce y a la corrosión. Cuatro probetas de
Acero al carbono, aleación muy utilizada para la fabricación de maquinaria,
autopartes, clavos, entre otros; debido a sus excelentes propiedades mecánicas.
Pie De Rey
También conocido como calibre o Vernier, es un instrumento
utilizado para medir las dimensiones de objetos relativamente
pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros.
P á g i n a 2 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
Balanza Digital
Marca PCE modelo BSH10000 con un rango de
medición entre 0.6g-10kg y una precisión de 0.2g. Es
un instrumento que sirve para medir la masa y peso de
los objetos.
Horno Eléctrico
Marca Thermolyne modelo FB1300 de dimensiones
10x9.5x11 cm con un peso de 7 kg y una temperatura
máxima de trabajo de 1038°C. Es un dispositivo que
transforma la energía eléctrica en calor mediante el uso
de resistencias con la finalidad de aumentar la
temperatura de cualquier objeto en nuestro caso las
probetas de cobre.
P á g i n a 3 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
Elementos De Seguridad
La pinza es una herramienta simple cuyos extremos se aproximan para sujetar algo.
Los guantes térmicos hechos de Aramida sirven para absorber la mayor cantidad de
calor antes de penetrar a las manos. Finalmente la mascarilla facial hecha de
plástico Polimetilmetacrilato provee protección al rostro contra vapores calientes
salientes del horno.
Papel De Lija
Es una herramienta que consiste en un soporte de papel
sobre el cual se adhiere algún material abrasivo como
polvo de esmeril. Se usa para quitar pequeños fragmentos
de material de las superficies para dejar sus caras lisas.
P á g i n a 4 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
3. Descripción Del Procedimiento :
Mediciones: el laboratorio se inicia con la
medición de las características geométricas de
cada probeta de los distintos materiales
usando el vernier. Luego se procede a pesar
las probetas una por una en la balanza digital.
Anotar todos los datos obtenidos para
posteriores cálculos
Calentamiento: Continua el laboratorio con la puesta al horno de las 12 probetas
durante un tiempo de 4 horas a una temperatura de 800°C. Se retirará, cada una
hora, un grupo de tres probetas (una de cada material) y se dejarán enfriar al aire
libre.
P á g i n a 5 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
Lijado: Con la lija de 800, desbastar toda la capa de óxido formada en las superficies
de cada una de las tres probetas enfriadas. Finalizar con la medición de la masa
final de la probeta desbastada.
P á g i n a 6 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
4. Datos Recogido En El Laboratorio :
Tabla de datos obtenidos en el laboratorio:
Probeta
Bronce
Diámetro
Promedio(mm)
Altura
Promedio
(mm)
Masa
Inicial(gr)
Masa
Final(gr)
Tiempo en el
horno a
800°C(horas)
01 12.635 13.105 13.6540 13.6289 1
02 12.590 16.550 17.4937 17.4228 2
03 12.590 18.135 18.9466 18.8505 3
04 12.585 19.915 20.7566 20.6200 4
Probeta
Cobre
Diámetro
Promedio(mm)
Altura
Promedio
(mm)
Masa
Inicial(gr)
Masa
Final(gr)
Tiempo en el
horno a
800°C(horas)
01 12.690 14.105 15.8638 15.6650 1
02 12.665 20.900 23.3749 22.8640 2
03 12.675 21.650 24.2679 23.5737 3
04 12.460 21.625 24.6176 23.8137 4
Probeta
Acero
Diámetro
Promedio(mm)
Altura
Promedio
(mm)
Masa
Inicial(gr)
Masa
Final(gr)
Tiempo en el
horno a
800°C(horas)
01 12.520 16.170 15.6780 15.6327 1
02 12.570 18.380 17.5309 17.3647 2
03 12.590 20.595 19.8892 19.6409 3
04 12.565 21.465 20.6327 20.3480 4
5. Cálculos Y Resultados :
P á g i n a 7 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
Tabulamos nuevos cuadros con los resultados finales, haciendo uso de las fórmulas
siguientes:
Volumen=π∗DiámetroPromedio2∗Altura Promedio
4
Densidad=Masa InicialVolumen
VariacióndeMasa=Masa Inicial−Masa Final
ÁreaTotal=π∗DiámetroPromedio∗Altura Promedio+ π∗Diámetro Promedio2
2
Espesor= Variación deMasaDensidad∗ÁreaTotal
Probeta
Bronce
Volumen
(mm3)
Densidad
(gr/mm3)
Variación de
Masa(gr)
Área
Total(mm2)
Espesor
(mm)
01 1640.55 8.32x10-3 0.0251 770.96 3.91x10-3
02 2060.34 8.49x10-3 0.0709 903.58 9.24x10-3
03 2257.66 8.39x10-3 0.0961 966.27 11.85x10-3
04 2477.29 8.38x10-3 0.1366 1036.16 15.73x10-3
Probeta
Cobre
Volumen
(mm3)
Densidad
(gr/mm3)
Variación de
Masa(gr)
Área
Total(mm2)
Espesor
(mm)
01 1783.96 8.89x10-3 0.1988 815.27 27.42x10-3
02 2632.97 8.88x10-3 0.5109 1083.53 53.11x10-3
03 2731.77 8.88x10-3 0.6942 1114.45 70.12x10-3
04 2636.83 9.33x10-3 0.8039 1090.36 78.97x10-3
Probeta Volumen Densidad Variación de Área Espesor
P á g i n a 8 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
Acero (mm3) (gr/mm3) Masa(gr) Total(mm2) (mm)
01 1990.71 7.87x10-3 0.0453 882.23 6.52x10-3
02 2280.89 7.69x10-3 0.1662 974.02 22.20x10-3
03 2563.91 7.76x10-3 0.2483 1063.57 30.09x10-3
04 2661.62 7.75x10-3 0.2847 1095.31 33.53x10-3
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Curvas Espesor vs Tiempo
Bronce Cobre Acero
Tiempo (horas)
Espe
sor (
micr
as)
6. Conclusiones :
P á g i n a 9 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
El fenómeno de corrosión seca u oxidación se produce cuando un metal o
aleación es expuesto a un gas oxidante a una temperatura elevada.
La principal diferencia entre corrosión seca y la corrosión húmeda es la no
presencia de electrolito líquido.
Los principales factores que afectan la cinética de oxidación son:
Temperatura, Tipo y Pureza del Gas, Pureza del Metal, Acabado, Geometría y
Tamaño del Metal, entre otros.
Resultados experimentales nos muestran que la cinética de la oxidación se
puede dar esencialmente en tres tipos de ecuaciones: Lineal, Parabólica y
Logarítmica.
En la oxidación Lineal, la capa de óxido es discontinua y el oxígeno puede
atravesarla y atacar directamente al metal.
En la oxidación Parabólica, la capa de óxido es continua y adherente. El
crecimiento tiene lugar por difusión iónica.
En la oxidación Logarítmica, el proceso es rápido al principio aunque luego se
ralentiza para convertirse en un buen protector. El crecimiento de la capa de
óxido tiene lugar por difusión intersticial del metal a través de imperfecciones
mecánicas.
En general, las capas de óxido formadas siguiendo una ley logarítmica suelen
ser las mejores protectoras contra el ataque del medio ambiente. Las que
siguieron una ley lineal son óxidos quebradizos. Y las de la ley parabólica son
poco protectoras.
Del laboratorio concluimos un comportamiento parabólico para el óxido cobre
y acero; mientras que para el bronce se observa un comportamiento lineal.
7. Recomendaciones :P á g i n a 10 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
Tener cuidado con la manipulación del horno eléctrico y pinzas podrían
producirse quemaduras.
Pedir ayuda al docente en caso de desconocer el funcionamiento del horno
eléctrico; así no dañamos los equipos.
No templar en agua las probetas para un enfriamiento más rápido. El óxido se
volverá más difícil de remover.
Desbastar solo el óxido de las probetas de una forma cuidadosa y pausada;
evitando retirar capas de metal o aleación puros que podrían modificar los
resultados de la curva.
Tomar varias mediciones de longitudes de las probetas para luego calcular un
diámetro promedio y altura promedio. De esta manera reducimos el error por
imperfecciones físicas.
P á g i n a 11 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
8. Anexos :
Cuestionario:
1.- ¿En qué casos la oxidación presenta un comportamiento de tipo lineal?
Este comportamiento lineal es típico de materiales cuya capa de óxido es porosa, o
cuya relación Pilling-Bedworth es mucho menor a 1, es decir en materiales en que la
velocidad de oxidación no se ve influida por la presencia de la capa de óxido, ya que
éste se agrieta o se desprende. Algunos ejemplos de materiales son: los metales
alcalinos, alcalinotérreos y las tierras raras.
2.- El hierro por encima de los 500°C presenta un óxido complejo debido a sus
varias valencias. Sabiendo que se forman los óxidos: FeO, Fe2O3 y Fe3O4, indicar
esquemáticamente sus ubicaciones en una capa de óxido.
P á g i n a 12 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
3.- Un cilindro metálico sólido, con un diámetro inicial de 12.65 mm, una altura de
18.58 mm y una masa inicial de 20.5798 gramos, es introducido en un horno a
850°C durante tres horas. Su masa final es de 19.6932 gramos. Determinar el
espesor del material perdido por oxidación.
Volumen=π∗12.652∗18.584
=2335.16mm3
Densidad=20.57982335.16
=8.813x 10−3 grmm3
VariacióndeMasa=20.5798−19.6932=0.8866gr
ÁreaTotal=π∗12.65∗18.58+ π∗12.652
2=989.7533mm2
Espesor= 0.8866
(8.813 x10−3) x989.7533=0.1016mm
P á g i n a 13 | 14
Oxidación Ciencia de los Materiales II
9. Bibliografía :
“Ciencia y Tecnología De Materiales” J. Cembrero Editorial Pearson.
“Oxidación De Metales y Aleaciones” O. Kubaschewski Editorial Academic
Press.
“Introducción a la Oxidación De Metales a Alta Temperatura” N. Birks Editorial
Cambridge University Press.
“Ciencia e Ingeniería De Los Materiales” D. Askeland Editorial Thomson.
“Tecnología De Materiales” C. Ferrer Editorial Alfaomega.
P á g i n a 14 | 14