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• Xenia Lopez

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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULATD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA CIENCIA DE LOS MATERIALES II UNIDAD 1 y 2: PREGUNTAS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1. Explique cómo las dislocaciones están involucradas en cada uno de los mecanismos de incremento de resistencia mecánica: solución sólida, precipitación y deformación plástica. 2. Suponga que se agrega 1% atómico de los siguientes elementos al cobre (formando una aleación con cada elemento) sin llegar al límite de solubilidad. ¿Cuál de ellos se espera que forme la aleación con mayor resistencia?¿Es de esperarse que algunos de los elementos aleantes tengan solubilidad sólida ilimitada en el cobre? A) Au, b) Mn, c) Sr, d) Si y e) Co 3. ¿Cuáles son los requisitos de la matriz y el precipitado para que sea eficaz el endurecimiento por dispersión o por envejecimiento? 4. ¿Por qué la mayoría de las aleaciones endurecidas por precipitación sólo son adecuadas para aplicaciones a baja temperatura? 5. ¿Cuál es la diferencia entre el endurecimiento por dispersión y el endurecimiento por precipitación? 6. Compare y describa las diferencias entre endurecimiento por deformación y fortalecimiento por tamaño de grano. ¿Qué causa la resistencia al movimiento de las dislocaciones en cada uno de estos mecanismos? 7. Es necesario manufacturar un alambre de cobre conductor. ¿Qué mecanismo escogería para endurecer este alambre? 8. Explicar las diferencias en la estructura del grano para un metal que ha sido trabajado en frío y uno que ha sido trabajado en frío y después recristalizado. 9. Una aleación de titanio contiene una dispersión muy fina de partículas diminutas de Er2O3 (óxido de erbio). ¿Cuál será el efecto de esas partículas sobre la temperatura de crecimiento de grano y el tamaño de los granos a determinada temperatura de recocido? Explique su respuesta. 10. Algunas transformaciones tienen una cinética que obedece a la ecuación de Avrami. Si el valor del parámetro n es 1.5 y después de 125 segundos la reacción alcanza 25% de transformación, ¿cuánto tiempo se necesita para llegar al 90% de transformación? 11. Una barra metálica de 0.505 plg de diámetro con longitud calibrada (lo) de 2 plg se somete a un ensayo de tensión. Se realizan las siguientes mediciones en la región plástica: Fuerza (lbf) 27 500 27 000 25 700

Cambio en lo 0.2103 0.4428 0.6997

(plg)

Diámetro (plg) 0.4800 0.4566 0.4343

Determine el exponente de endurecimiento por deformación para este metal. Ese metal ¿posiblemente sea FCC, BCC o HCP? Explique por qué. 12. Una de las desventajas del proceso de laminación en frío es la generación de esfuerzos residuales. Explique cómo se pueden eliminar los esfuerzos residuales en los materiales metálicos trabajados en frío. 13. Los metales como el magnesio no se pueden fortalecer bien con el trabajo en frío. Explique por qué. 14. Una barra de cobre de 2 plg de diámetro se reduce a 1.5 plg de diámetro y después se vuelve a reducir hasta en un diámetro final de 1 plg. En otro caso, una barra de 2 plg de diámetro se reduce en un solo paso, a 1 plg de diámetro. Calcule el porcentaje de trabajo en frío en ambos casos. 15. Una chapa de latón con 70%Cu-30%Zn se le lamina en frío desde 0.070 plg hasta 0.040 plg. a) Calcule el porcentaje de trabajo en frío y b) estime la resistencia a la tracción, el límite elástico y el alargamiento usando la figura 1

Figura 1 16. Un alambre de aluminio 3105 (figura 2) se debe estirar para obtener un alambre de 1 mm de diámetro, que tenga una resistencia de cedencia de 20 000 psi. a. Calcule el diámetro original del alambre b. Calcule la fuerza de estiramiento requerida c. Determine si el alambre tal como se estiró se romperá durante el proceso.

Figura 2 17. Se desea estirar un alambre de cobre de 0.3 plg de diámetro y resistencia de cedencia de 20 000 psi, para formar un alambre de 0.25 plg de diámetro. a. Calcule la fuerza de estirado, suponiendo que no hay fricción b. ¿El alambre estirado se romperá durante el proceso de estiramiento? Demuestre por qué.

Figura 3

18. Describa lo que ocurre microscópicamente cuando una plancha de metal trabajada en frío, por ejemplo de aluminio, es sometida a un proceso de recuperación térmico. 19. Describa lo que ocurre microscópicamente cuando una plancha de metal trabajada en frío, por ejemplo de aluminio, es sometida a un proceso de recristalización por calor. 20. Si la recristalización a 50% de una placa de cobre de gran pureza demora 12 minutos a 140°C y 200 minutos a 88 °C, ¿Cuántos minutos hacen falta para recristalizar 50% de la placa a 100°C? suponga un comportamiento de velocidad tipo Arrhenius 21. Se desea producir un alambre de cobre de 0.2 plg de diámetro, con una resistencia mínima de cedencia de 60 000 psi y un alargamiento mínimo de 5%. El diámetro original de la barra es de 2 plg y el trabajo máximo en frío en cada paso es del 80%. Utilizando la fig. 3, describa los pasos de trabajo en frío y recocido necesarios para fabricar este producto. Compare este proceso si pudiera hacer la primera deformación en caliente. 22. Se han tabulado los datos de fracción de recristalización – tiempo para el aluminio deformado y calentado a 350 ⁰C. suponiendo que la cinética de esta transformación cumple la relación de Avrami, determinar la fracción recristalizada después de 116.8 minutos. Fracción recristalizada 0.30 0.80

Tiempo (min) 95.2 126.6

23. (a) Utilizando las gráficas de la figura 4 determinar la velocidad de la recristalización del cobre puro a varias temperaturas. (b) Representar gráficamente Cu (velocidad) frente al recíproco de la temperatura (en K -1) y (c) determinar la energía de activación para este proceso de recristalización.

Figura 4 24. Una probeta cilíndrica de acero trabajado en frío tiene una dureza Brinell de 240. a. Estime su ductilidad como porcentaje de alargamiento b. Si la probeta permaneciera cilíndrica durante la deformación y su radio fuera de 0.40 plg antes del trabajo en frío, determine su radio después de la deformación

25. Es necesario elegir una aleación metálica para una aplicación que requiera un límite elástico de por lo menos 310 MPa al tiempo que se conserva una ductilidad mínima de 27%. Si el metal puede trabajarse en frio, utilizando la figura 5, decida cuál de los siguientes es candidato: cobre, latón y un acero 1040. ¿Por qué?

Figura 5 a

Figura 5 c

Figura 5 b