Análise da curva de arrefecimento de ligas Pb-Sn
Introdução
É sabido que as substâncias puras possuem uma temperatura de fusão fixa.
Porém, as ligas metálicas, que são constituídas por dois ou mais
componentes, em geral solidificam ao longo de um intervalo de temperatura.
Este facto é expresso pela regra das fases de Gibbs, que relaciona o número
de graus de liberdade de um sistema, com o número de fases presentes, P, e
com o numero C de componentes desse sistema. Supondo uma pressão
constante, será:
P+F=C+1
Algumas ligas possuem um intervalo de solidificação largo, outras estreito. No
domínio da fundição, p.e. , é quase sempre preferível utilizar aquelas que
exibem um intervalo de solidificação estreito, bem como uma temperatura de
fusão baixa, sendo estas duas das vantagens que, neste âmbito, os ferros
fundidos apresentam sobre os aços.
Neste trabalho será estudado o comportamento térmico das ligas em chumbo e
estanho, registando a evolução da temperatura no tempo e traçando as
respectivas curvas.
As ligas do sistema Pb-Sn são frequentemente empregues como soldas. Ao
terminar o estudo dos resultados desta experiência, deverá estar em
condições de, por exemplo, compreender porque é que uma liga 70/30 ( 70
wt% Pb ) é utilizada como solda pelos canalizadores, enquanto em electrónica
se recorre a uma liga 40/60 (40 wt % Pb ).
Material utilizado
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Cronómetro
Vareta refractária
Cadinhos
Tripé
Rede refractária
Bico de Bünsen
Suporte do Termopar
Transdutor
Termopar " Chromel- Alumel "
Chumbo
Estanho
Condução da experiência
1. Verifique se o transdutor está desligado ( botão 1 da Figura 3.1 na posição
OFF )
2. Ligue os condutores que constituem o termopar aos bornes respectivos
3. Seleccione a escala graduada 3 adequada ( Chromel- Alumel range ) e
coloque-a sobre o limbo 4 sem apertar os parafusos 5.
4. Antes de fazer qualquer leitura válida é necessário calibrar o conjunto
termopar-transdutor. Comece por ler o valor da leitura ambiente no
termómetro 6 existente no estojo do transdutor. Assegure-se que esta
operação é feita longe de qualquer fonte de calor.
5. Acerte a posição da escala 3 movendo-a até que o índice A aponte na
escala B o valor lido no termómetro. Aperte os parafusos 5.
6. Rode o limbo 4 por forma a que o valor da temperatura ambiente seja
indicado pelo índice C da escala D.
7. Rode o botão 1 para a posição STD.
8. Pressione o botão 7 e observe a posição que toma o ponteiro 8. Com o
auxílio do botão 9, reconduza o ponteiro ao zero da escala E. Liberte o
botão 7.
9. Coloque o botão 1 na posição 1. A calibração está terminada e o conjunto
está pronto a medir a temperatura ao nível da junção existente na
extremidade do termopar.
10. Para efectuar uma leitura, pressione o botão 7. Se a temperatura diferir da
temperatura ambiente para a qual o aparelho foi calibrado, o ponteiro 8
será desviado da sua posição de equilíbrio. Ao rodar ao limbo 4, do qual
está solidária a escala 3, o ponteiro voltará à posição inicial, quando a
temperatura indica na escala D for aquela a que se encontra junção.
11. Introduza no cadinho uma porção de chumbo.
12. Com o auxílio do tripé e da rede refractária coloque o cadinho sobre o bico
de Bünsen. Suspenda o termopar de forma a que a junção fique no interior
do cadinho e a um nível que lhe permitia ficar imersa após a fusão do
metal. Ligue o bico de Bünsen.
13. Sem qualquer paragem de cronómetro, vá registando a evolução da
temperatura a intervalos de tempo regulares. Verifique sempre se a junção
está em contacto com o metal. Após o início da fusão utilize a vareta para
quebrar a camada de escória que se forma, garantindo assim o contacto da
junção com o banho.
14. Quando a fusão estiver completa, deixe decorrer um dos dois minutos e
desligue o bico de Bünsen. Inicie nesse momento uma nova contagem dos
tempos e registe a evolução da temperatura durante o arrefecimento.
15. Findo o arrefecimento, termine a contagem dos tempos e reacenda o bico
de Bünsen. Quando o metal fundir novamente, liberte a junção do termopar
do seu seio. Não procure arrancá-la com o material ainda sólido, a fim de
não a danificar.
16. Noutro cadinho insira uma porção de estanho. Repita os passo 12 a 15.
17. Utilizando outro cadinho, misture uma certa quantidade de chumbo com
outra de estanho e volte a repetir os passo 12 a 15.
18. Desligue o transdutor colocando o botão 1 na posição OFF.
19. Trace as curvas de aquecimento e arrefecimento correspondentes aos
resultados que registou e, com auxílio do diagrama de equilíbrio do sistema
Pb-Sn, retire as suas conclusões.