Materiales - Informe 5

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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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 :

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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

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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 :

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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


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.

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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.

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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

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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.

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Documents

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