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OXIDACIÓN Y CORROSIÓN 2014-I

OBJETIVOS

Observar y medir como la oxidación y corrosión alteran las propiedades

físicas y mecánicas de un metal o aleación, lo que ocasiona una

disminución del tiempo de vida del metal. Por eso hemos utilizado 3

probetas que luego del tratamiento térmico son expuestas al ambiente para

poder medir como varía su dureza y demás propiedades.


PROCEDIMIENTO

1. En este laboratorio usamos 4 probetas de cobre y 4 probetas de acero se

exponen a un horno a 850°C en diferentes periodos de tiempo, los cuales

son:

0.5h

1 hora 52 minutos

2 hora 27 minutos

2 hora 57 minutos

2. Luego se procede a lijarlas para quitarle la corrosión.

3. Después de esto se toman medidas con un vernier digital y se pesa con

una balanza analítica.

4. Por último se procede a hacer gráficas.


DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS UTILIZADOS

Balanza Analítica AS/X – RADWAG

Aparato X están equipadas de

una gran pantalla gráfica. La

exactitud de la serie AS/X y la

estabilidad de las mediciones es

garantizada por la calibración

automática interna efectuada

conforme cambios de la

temperatura y paso del tiempo.

La balanza analítica de la serie

AS/X se ofrecen con los

siguientes rangos: 110, 160, 220 y 310g y con la exactitud de 0,1mg.

Horno eléctrico

El horno se compone de alúmina de alta

calidad de fibra de ladrillo y carburo de

silicio elementos de calefacción con un

diseño especial, y puede ser utilizado

hasta 1400°C es una herramienta ideal

para los materiales de recocido.

Especificaciones principales:

Marca: Furnerce

Estándar de trabajo temperatura:

1350°C

Temperatura máxima de trabajo: 1400°C

Precisión de la temperatura: +/1 -.c


Mesa anti vibraciones RADWAG

Mesa amortiguadora de vibraciones

sirve para garantizar condiciones

estables de pesaje. Está compuesta

por una base independiente y un

tablero MDF branizado con espacio

para el elemento estabilizador - una

losa de piedra.

La construcción de acero pintado o

inoxidable dispone de 4 piernas que

permiten ajustar su altura.

Un Vernier Digital (MITUTOYO ABSOLUTE DIGIMATIC)

Precisión ± 0,02 mm /

± .001. Ajuste fino con el

pulgar rodillo.

Un calibrador digital

equipada. Construcción

en acero inoxidable

endurecido y están

equipadas con escala

absoluta del sistema de

medición de alta

velocidad. Este calibrador digital tiene una característica única que permite

a un punto de origen cero a establecerse en cualquier lugar dentro del

rango de medición e incluso ser retenidos cuando se apaga con este punto

establecido, se mostrará siempre la distancia de esta posición.


Probetas de acero y cobre


DATOS OBTENIDOS

Datos obtenidos de las probetas de acero y cobre

COBRE1 2 3 4

H(mm) 16.045 16.875 18.045 17.54D(mm) 12.71 12.69 12.7 12.71P(g) 18.0776 18.9957 20.1227 19.6184Pf (g) 17.9248 18.6474 19.6041 19.0708

ACERO BAJO CARBONO1 2 3 4

H(mm) 18.81 17.51 19 18.2D(mm) 12.6 12.6 12.67 12.58P(g) 18.0614 16.9301 18.3247 17.6449Pf(g) 18.0118 16.7557 18.0872

BRONCE1 2 3 4

H(mm) 15.93 15.61 17.4 16.605D(mm) 12.645 12.64 12.5 12.635P(g) 16.5661 16.4386 18.2376 17.4748Pf(g) 16.5505 16.4263 18.2269 17.4335


CALCULOS Y RESULTADOS

Cálculo de los volúmenes

COBRE1 2 3 4

H (mm) 16.045 16.875 18.045 17.54D (mm) 12.71 12.69 12.7 12.71V(cm3) 2.0347 2.1332 2.2847 2.2242


H (mm) 18.81 17.51 19 18.2D (mm) 12.6 12.6 12.67 12.58V(cm3) 2.3442 2.1822 2.3942 2.261

BRONCE1 2 3 4

H(mm) 15.93 15.61 17.4 16.605D(mm) 12.645 12.64 12.5 12.635V(cm3) 1.9995 1.9577 2.1342 2.0809

Para el acero:De la reacción química se observa que se produce el óxido férrico

:4 Fe+3O2→2Fe2O3

La masa perdida al oxidarse será del fierro que se convirtió en óxido férrico


W0(g) 18.0614 16.9301 18.3247 17.6449Wf(g) 18.0118 16.7557 18.0872 17.3224


De la reacción se obtiene la masa del óxido:

4 Fe+3O2→2Fe2O3

Masa/mol:223.2 96.2 319.4

223.2−319.4W perdido−W oxido

La masa del óxido es:


OXIDO 0.0496 0.1744 0.2375 0.3225

20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.0496

0.1744

0.2374

0.3225

OXIDO VS TIEMPO

Series2Exponential (Series2)

T(min)

Oxi

do(g

)

Para el cobre:De la reacción se observa que se produce el óxido cúprico

2Cu+O2→2CuO


La masa perdida al oxidarse será del cobre que se convirtió en óxido cúprico.

COBRE1 2 3 4

W0(g) 18.0776 18.9957 20.1227 19.6184Wf (g) 17.9248 18.6474 19.6041 19.0708

De la reacción se obtiene la masa del óxido:

2Cu+O2→2CuO

Masa/mol:127 32 159

127−159W perdido−W oxido

La masa del óxido es:

COBRE1 2 3 4

OXIDO(g) 0.1528 0.3483 0.5186 0.5476

20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.1528

0.3483

0.51860.5476

OXIDO VS TIEMPO

Series2Exponential (Series2)

T(min)

Oxi

do(g

)


CUESTIONARIO

1. ¿En que casos la oxidación presenta un comportamiento de tipo lineal?

La siguen los metales ligeros, alcalinos, alcalinoterreos y de las tierras raras, dondeel volumen del oxido es inferior al del metal; por tanto, la relación del volumen especificodel oxido al del metal es inferior a uno. La capa de oxido es discontinua y el oxigeno puede atravesarla y atacar directamente al metal.

W=K · t

2. El hierro por encima de los 500 ºC presenta un oxido complejo, debido a sus varias valencias. Sabiendo que se forman los oxidos: FeO, Fe2O3 y Fe3O4, indicar esquemáticamente sus ubicaciones en una capa de oxido.

Este metal comenzará a formar óxidos debido al contacto con el oxígeno. El metal irá aumentando su estado de oxidación de la siguiente forma:

Se observa como el estado de oxidación va de +2 hasta +3.

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 ºC durante tres horas. Su masa final es de 19.6932 gramos. Determinar el espesor del material perdido por oxidación.

Para un material de Fe cuya densidad es 7.87 g/cm3Espersor de oxidacion=eDf=después de la oxidación

Masa inicial(g) 20.5798Masa final(g) 19.6932Diametro(mm) 12.65Haltura(mm) 18.58


0.8866=π4

(12.652−Df 2 )HρDf=Do−2e

e=0.154mm

4. Un deposito abierto de acero que contiene un electrolito corrosivo sufre una perdida de material de 2 gramos/metro cuadrado por dia. Calcule la perdida expresada en mdd. 1 mdd = 1 miligramo/decímetro cuadrado por dia. Calcule el sobre espesor de las paredes y fondo de dicho deposito para que dure sin perforarse al menos 10 años. Considerar la densidad del acero 7,87 gr/cm3.

2g

m2=2∗105mmd

5. Se quiere utilizar un determinado tipo de acero para la fabricación de tanques que almacenaran un líquido corrosivo. Para ello se expusieron probetas de este acero a la acción de este liquido corrosivo y se observo una perdida media de 30 miligramos/decímetro cuadrado por día. Determinar si el acero seleccionado es el adecuado. Un material se considera bastante resistente y puede utilizarse si su velocidad de corrosión es menor o igual a 1 mm/año.


CONCLUSIONES

Al finalizar el laboratorio hemos comprobado y observado que los procesos

de oxidación y corrosión ocurren todo momento pero se hacen más

evidentes cuando ha pasado un largo periodo de tiempo, en ambientes más

agresivos como es el caso de las zonas costeras (cercanas al mar) y en

distintos ambientes.

Los procesos de corrosión y oxidación no son buenos para la vida útil de los

metales ya que afectan mucho a sus propiedades mecánicas y físicas.

La oxidación se produce porque el oxígeno del aire reacciona con el metal,

y en presencia de la humedad, la corrosión ocurre más rápido. Al producto

que genera se le conoce como herrumbre.

RECOMENDACIONES

Se observa que mediante las gráficas podríamos tener la velocidad de

oxidación y así poder estimar la vida útil del metal.


BIBLIOGRAFÍA

"Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los materiales" - William D.

Callister.

“Ciencia e Ingeniería de Materiales” – Askeland.

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