1.- Conforme a la descripción del primer párrafo del enunciado, la aleación del 61,9% de Sn es una eutéctica que está formada por dos soluciones sólidas: la
a, rica en plomo, y la b, rica en estaño, tales que %Sn en b / %Sn en a = 5,13. La proporción en peso de ambas fases en el eutéctico permite obtener una segunda ecuación:
Para esta segunda ecuación existen dos posibilidades:
Posibilidad 1:
Posibilidad 2:
y se decide entre ellas resolviendo el sistema que cada una de ellas forma con la primera ecuación:
y/x = 5,13.
Las soluciones de ambos sistemas de ecuaciones lineales son:
Posibilidad 1: x = 19 e y = 97,5
Posibilidad 2: x = 21,5 e y = 110,4
resultando la primera posibilidad la única aceptable.
Para determinar la composición de las fases presentes a temperatura ambiente caben también dos opciones: la aleación está formada por plomo y
b o por estaño y a. La primera hipótesis conduce a una solución inaceptable:
51 = %Sn en
b - 51 Þ b = 102,
mientras que la otra conduce al resultado:
51 - %Sn en
a = 100 - 51 Þ %Sn en a = 2
De acuerdo con los resultados anteriores, el diagrama del sistema Pb-Sn será:
2.- Consúltese el manual de prácticas.
3.- En la figura se observan dos constituyentes diferenciados: granos oscurecidos que tienden a aparecer en forma de constituyente disperso y un agregado bifásico que se observa como constituyente matriz. De acuerdo con el diagrama, para un 50% de estaño, los granos oscurecidos deben corresponder a la solución sólida
a proeutéctica mientras que el constituyente bifásico es el eutéctico plomo-estaño. En la micrografía se puede observar que el eutéctico es de naturaleza laminar: se ven laminas oscurecidas de solución sólida a eutéctica rodeadas por solución sólida b eutéctica rica en estaño que aparece clara tras el ataque.
4.- La solidificación de
a proeutéctica comienza a una temperatura próxima a los 200°. Al enfriar por debajo de esta temperatura, el líquido se va enriqueciendo en estaño y su composición se va aproximando a la del eutéctico, composición que alcanza a los 183°C. Justo por encima de la temperatura eutéctica, la aleación está formada por líquido con un 61,9% de estaño y solución a con un 19% de Sn. La proporción de ambas fases, que se puede calcular utilizando la regla de los segmentos inversos, resulta ser:
El líquido con el 61,9 de estaño solidifica invariantemente a 183°C dando lugar a la mezcla eutéctica, E, en la que las proporciones de las fases
a y b son:
de modo que, justo por debajo de 183°C, las fases presentes son:
%a proeutéctica = 62,75
%
a eutéctica = 37,25 x 0,455 = 17%
b eutéctica = 37,25 x 0,545 = 20,25
Mientras la temperatura baja hasta 25°, ambas soluciones se van empobreciendo en soluto de modo que al final del proceso, la solución
a contiene un 2% de estaño mientras que la b es estaño puro. Sus proporciones resultan:
Los resultados anteriores se resumen en el diagrama vertical que se muestra a continuación:
5.- La temperatura de fusión del metal de aportación es de 200°C por lo que el proceso se puede clasificar como soldadura blanda y, con mayor precisión, soldadura blanda de baja temperatura. En estos procedimientos, el metal de aportación recibe el nombre de suelda o liga.
6.- La microestructura de la fotografía 2 es más fina que la de la micrografía 1. Esto se debe a factores cinéticos: mientras que la aleación 1 se ha solidificado lentamente, la 2 lo ha hecho más rápidamente porque solidifica en contacto con dos piezas de cobre, metal con elevada conductividad térmica. Como consecuencia de este hecho, la frecuencia de nucleación resulta más alta y, por tanto, más pequeño el grano. Esta circunstancia se ve favorecida además por la nucleación heterogénea sobre la interfase que favorece el desarrollo de estructuras columnares. Obsérvense las dendritas de solución sólida
a orientadas que crecen en dirección perpendicular a la pared del tubo que se suelda.
Por otro lado, hay que destacar que la morfología del eutéctico también es diferente: mientras que en las aleaciones Pb-Sn enfriadas lentamente es de tipo laminar, las aleaciones enfriadas con rapidez presentan un eutéctico globular. Esta última morfología es la más habitual en soldaduras.
7.- En los granos del metal base se observan bandas limitadas por rectas paralelas que tras el ataque aparecen con diferente tonalidad. Estas bandas corresponden a zonas macladas limitadas por las correspondientes juntas. Las juntas de macla son un defecto que se forma con especial facilidad en los metales con estructura c.c.c. con baja energía de activación para la formación de defectos de apilamiento como es el caso del cobre. Como la población de maclas en la estructura que se considera es muy elevada, las maclas que se observan deben ser de origen mecánico y no térmico. Con toda probabilidad, las maclas se deben haber formado durante el proceso de conformación en frío del tubo.
8.- El examen de la micrografía 3 muestra la presencia de un constituyente bifásico con contornos cóncavos junto con granos oscurecidos. El constituyente formado por dos fases debe ser necesariamente el eutéctico Pb-Sn mientras que los granos son de solución sólida
a. La formación de esta estructura, que no coincide con la de equilibrio (una aleación con el 15% de Sn debe ser monofásica), se puede explicar como consecuencia de fenómenos de heterogeneidad menor:
La curva de solidus para la solidificación real de esta aleación es como la que se muestra en la figura. Al alcanzar la temperatura de 183°C, la solidificación no ha finalizado y coexisten un líquido de composición eutéctica con una solución sólida con un porcentaje de estaño inferior al 15. Al enfriar por debajo de esta temperatura, el líquido se transforma en mezcla eutéctica que tiende a aparecer como microconstituyente matriz.
En la micrografía se pueden observar variaciones de tonalidad en los granos de solución sólida debidas al "coring" así como la presencia de precipitados de
b. Estos precipitados se forman porque la solubilidad del estaño en el plomo cae rápidamente con la temperatura y al alcanzar la temperatura Ts, la solución sólida pasa a estar saturada.
9.- Como la probeta 4 se ha preparado del mismo modo que la probeta 1, las zonas que se observan claras deben corresponder a solución sólida
b mientras que las oscuras son de solución sólida a. Conforme a esto, la aleación 4 es una aleación hipereutéctica en la que el porcentaje en área de fase proeutéctica es menor que el de eutéctico. Como el constituyente bifásico debe ser más denso que el monofásico, la composición debe ser cercana a la del eutéctico (la micrografía corresponde a una aleación con el 70% de estaño).