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• FrankMarkoCastañedaMalpartida

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TEMAS DEL EXÁMEN PARCIAL ME 524. 2012-1 Estructuras y Propiedades Definicion de estructura en C&IM: Es la arquitectura que presentan los átomos y moléculas a distintas dimensiones en el estado sólido: Estructura átómica. Estructura molecular: (moléculas y macromoléculas). Redes cristalinas y amorfismo. Nanocristales Microcristales Poli cristales. Los materiales de ingeniería son agregado policristalinos. y sus propiedades se explican en función de su microestructura Definición de propiedades 03 ejemplos de propiedades magnéticas, eléctricas ópticas. Cómo se denominan las propiedades magnéticas por encima del punto Curie Cómo se denominan las propiedades magnéticas por debajo del punto Curie Materiales de ingeniería. Propiedades de los materiales de ingeniería. Que es resiliencia Que es fluencia lenta (creep) Qué es fatiga Que diferencia existe entre ductilidad y maleabilidad Que diferencia existe entre tenacidad y resiliencia Que diferencia existe entre límite elástico y resistencia a la tracción Fases que se pueden formar en el estado sólido Soluciones sólidas Fases intermedias Interfases Superficie que separan las fases en una microestructura definiendo sus formas tamaños y distribución en una microestructura. Caracteristicas de una estructura monofásica: Si la microestructura es monofásica las internases se observan como bordes de granos. Si la microestructura es polifásica en la microestructura está formada por bordes de granos con las fases intermedias distribuidas en los bordes de granos y dentro de los granos. Cuando las fases vecinas difieren en red cristalina y en composición la interfase puede ser coherente (coincidencia total entre las redes vecinas), semicoherente (coincidencia parcial entre las redes vecinas) e incoherente (no existe ninguna coincidencia entre ambas redes).

Cuando dentro de un grano o cristal el ordenamiento de las celdas unitarias no es perfecta se originan los subgranos o celdas en donde el desajuste entre los subgranos vecinos no exceden de los 3º Ejemplo aplicación 1.1 Delinear, marcar o señalarlas correspondientes interfases 1.2Señale cual es estructura monofásica y cual es estructura polifásica. 1.3Dar un ejemplo de estructura monofásica y otro de estructura polifásica.

Figura 1

Deslizamiento y maclado. Definicion de maclas y dislocaciones El deslizamiento de dislocaciones produce deformación plástica (V/F) El maclado produce modificación de la red cristalina (F/V). La energía de distorsión de una dislocación depende de la raiz cuadrada del vector de Burgers (F/V). La deformación por maclado no requiere de dislocaciones (F/V) Señale semejanzas y diferencias entre el maclaje y el deslizamiento Ejemplos de aplicacion Ejemplo 1 8 Calcular el número de vacancias en equilibrio por m3 de Cu a 25ºC y 1000ºC si la energía de activación para la formación de una vacancia es 0.9eV/atom, el peso atómico 63.5 g/mol y la densidad 8.4/cm3 (a 1000ºC) y 8.94 g/cm3 (a 25ºC) , k =8.62x10-5 eV/atom; Usar la siguiente ecuación: Nv=N exp(-G/kT), siendo N el número de átomos por m3 y Nv el número de vacancias porm3. De acuerdo con lo calculado interprete el objeto de hacer un templado en el envejecimiento y en la difusión.

Ejemplo 2 En la Figura deformar la estructura por deslizamiento y por maclado

Ejemplo 3

Efecto del tamaño de grano sobre la resistencia Porqué la reducción del tamaño de grano aumenta la resistencia mecánica de un material Ejemplo de aplicación 2 Para un laton70/30 se ha observado que el límite elástico Y para distintos tamaños de granos d es el que se muestra en la tabla adjunta. d mm 0.0625 0.0156 0.0100 0.0069

Y Mpa 74.25 127.27 153.81 174.97

2.1 Con los datos de la tabla adjunta estimar el límite elástico para un material con tamaño de grano de 0.0278 mm. Difusion Muestre la ecuación de transporte de un proceso térmicamente activado Qué es el plano Matano Cómo se determina el plano Matano Qué es autodifusion Qué es heterodifusión Qué sucedería con el efecto Kirkendall si los coeficientes de difusión del par difusor fueran iguales Habría difusión si no existiesen imperfecciones cristalinas Significado del coeficiente de difusión según interpretación estadística de la difusión. Efecto de la temperatura sobre la difusión. Deformacion Plástica de los metales Efectos de la deformaciòn plástica sobre las propiedades de un material Ejemplo de aplicación 1 En la tabla adjunta se muestra valores de algunas propiedades mecánicas que corresponden a los materiales que allí se indican y que han sufrido trabajado en frio del 10, 20 y 35% respectivamente. Ordene dichos valores de acuerdo al trabajado en frío y explique cómo actúa el mecanismo que produce dicho efecto. En la deformación plástica, qué características estructurales se preserva y cuáles se modifican. Dar las explicaciones en cada caso

Límite elástico Mpa Acero 1040 Resistencia tracción Mpa Elongación % Límite elástico Mpa Latón Resistencia tracción Mpa Elongación % Límite elástico Mpa Cobre Resistencia tracción Mpa Elongación %

744 885 13 400 362 23 205 296 26

690 837 9.25 342 500 8.37 300 338 6.6

767 783 16 276 413 42 250 263 17

Ejemplo de aplicación 2Se desea obtener una barra SAE 1040 con diámetro final de 6mm, una resistencia a la tracción no menor de 865MPa y una ductilidad no menor del 10 % en elongación. Se dispone de un stock de barras SAE 1040 de 7.94 mm que fueron calibradas con un trabajado en frio del 20%. Pero se desea comprar un lote adicional de este material. Indique el procedimiento a seguir con el material de stock y con el nuevo material teniendo en cuenta que el acero SAE 1040 se agrieta con una deformación en frio del 40%. Usar las figuras adjuntas asumiendo que el trabajado en frio se mide por reducción de área

Recocido de metales plásticamente deformados Qué es la recuperación Que es la recristalización Cómo define la temperatura de recristalización Cómo afecta a la temperatura de recristalización, el grado de deformación del material, la presencia de impurezas A qué se denomina trabajado en frío y trabajado en caliente. Qué es deformación crítica Cuando se realiza el recocido de un material cuya estructura está deformada plásticamente en qué etapa Se eliminan las tensiones internas Se eliminan las vacancias y qué efecto tiene sobre la resistencia eléctrica Se eliminan los granos distorsionados Cómo afecta el grado de deformación sobre el tamaño de grano recristalizado Un material deformado recristaliza siguiendo la ecuación de Avrami en donde el coeficiente n = 1 y el tiempo está expresado en segundos. Si el recocido se realizara en idénticas condiciones iniciales y a la misma temperatura, cual es el grado de recristalización alcanzada al cabo de 0.5 hora. Ejemplo de aplicación 1 En la figura siguiente se muestra una probeta de tracción que ha experimentado distintas deformaciones en toda su longitud, la que luego se ha recocido produciéndose la recristalización. Se ha observado la estructura en tres zonas cuya ampliación se muestra en la figura inferior. Interprete porque se produce diferencias entre los tamaños de granos recristalizados.

2 Al recocer un material deformado en frio se obtuvieron los resultados que se indican en la Tabla 1 Tabla 1 Conductivid Límite Temperatura ad eléctrica elástico recocido (°C) (MPa) (W -1cm-1)

Tamaño de grano (mm)

400

3.04x105

86

0.100

500

5

85

0.100

5

84

0.100

5

83

0.098

5

52

0.030

5

47

0.031

5

44

0.070

5

42

0.120

600 700 800 900 1000 1100

3.05x10 3.36x10 3.45x10 3.46x10 3.46x10 3.47x10 3.47x10

a) Estime las temperaturas de recuperación, recristalización y de crecimiento del grano. b) Recomiende una temperatura adecuada para un tratamiento térmico de alivio de esfuerzos. c) Recomiende una temperatura adecuada para un proceso de trabajo en caliente.

3 La cinética de la transformación austenita perlita sigue la ecuación de A-J. Con los datos de la siguiente transformación isotérmica determinar en qué tiempo se concluye la trasformación (al 95% de transformación) Fraccion tiempo (s) transformada 0.2 12.6 0.8 28.2

Difusión ejemplos aplicación 1 Para analizar la autodifusión del Cu se dopó un trozo de este metal con una película de Cu radioactivo calentándose luego a una alta temperatura por espacio de 20 hs. Mediante un contador Geiger se analizó la distribución delos isótopos de Cu cuyos resultados fueron I (pulsos/min/mgr) 5012 3981 2512 1413 525

Distancia x cm 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

2.1 Determinar el coeficiente de autodifusión para este perfil 2.2 La temperatura a la que se realizó el experimento 2.3 Calcular los impulsos I entre 0.01-0.05cm a intervalo de 0.005 cm 2.4 Comparar el D calculado con el que se reporta experimentalmente para el coeficiente de autodifusión del Cu determinado por la técnica de trazadores en el rango de 685°C – 1062°C y cuyo valor está dado por D = 0.468 exp(–47140(cal)/RT) cm2s–1 2.5 Si se considera como distancia efectiva la distancia a la que ha difundido el 50% del isótopo, cual des esa distancia. R = 1.987207cal*K-1*mol-1 = 8.314472 J*K-1*mol-1

2.6 Una probeta jominy 1085 se austenitiza a 900°C /1h, al cabo de la cual en la superficie se tiene 0.45%C debido a la oxidación. Determine la profundidad de decarburización del acero. Asumir que D = 9.6448*10–12 m2/s

3 Problema Una pieza de acero de 0.1%C debe ser carburizada a 930ºC hasta que el contenido de C sea 0.45% a una profundidad de 0.508 mm. El gas de carburizacion mantiene la concentración de C en la superficie en 1% para todo t > 0. Si D = 1.4x10-7cm2s-1 en todo el rango de composición durante la carburación: 3.1Cual es el tiempo requerido de carburizacion 3.2Que tiempo se requerirá para que a la misma temperatura la distancia se duplique para un %C=0.45 3.3Si D = 0.25exp(-34500cal/RT) determinar la temperatura que se requerirá para que el contenido de C sea 0.45% a una profundidad de 1.016 mm en el mismo tiempo que se logró para C = 0.20%. R= 1.987x10-3 kcalmol-1 End