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• David Eric Aguilera Nuñez

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Tarea resistencia de los materiales. (Trabajo 4) David Aguilera Núñez. Propiedades térmicas de los materiales Instituto IACC 05 de Agosto del 2019

DESARROLLO DE LA TAREA: 1. En un taller de tornería se está fabricando el eje trasero de un carro de arrastre. Para efectos de aprovechar todo el material disponible, el tornero decide soldar una pieza de acero para llegar al largo requerido, que es de 2,5[m], todo esto a temperatura ambiente (23 °C). La soldadura permite obtener las dimensiones deseadas, pero provoca que la pieza aumente su temperatura inicial en 8 veces, por lo que su enfriamiento rápido es inminente para obtener un buen forjado de la aleación, y es por ello que la pieza se sumerge en un recipiente de cal. a) Determine la longitud aproximada de la pieza que el maestro tornero logró soldar. α = 11 * 10^-6 (Coeficiente de dilatación del acero) Li = 2,5 [m] Ti = 184 [°C] Tf = 23 [°C] Lf = ¿?

Lf = α * Li * (Tf – Ti) +Li Lf = 11 * 10^-6 * 2,5 * (23 – 184) +2,5

Lf = 11 * 10^-6 * 2,5 * -161 + 2,5 Lf = 2,495 [m] Por lo tanto, la medida de la pieza a temperatura ambiente de 23°C es de 2,495 metros de largo.

2. Calcule el flujo de carbono a través de una placa que sufre procesos de carburización y descarburización a una temperatura de 650 °C. Las concentraciones de carbono a una

distancia de 0,5 [cm] y 0,8 [cm] por debajo de la superficie carburizada son 1,7*10-² (g/cm³), 0,8*10-² (g/cm³) respectivamente. Suponga D=3*10-⁷ (cm²/s). J= -D dc dx J= -D ca - cb xa – xb J= -3*10⁻⁷ [cm²/s] * 1,7 * 10⁻² [g/cm³] – 0,8 * 10⁻² [g/cm³] 0,5 [cm] – 0,8 [cm] J= 0,0000003 * 0,0017 – 0,008 [g/cm²*s] -0,3 J= 0,0000003 * 0,009 [g/cm²*s] -0,3 J= 9 * 10⁻⁹ [g/cm²*s] Flujo de carbono en la placa.

3. Desarrolle un ejemplo para cada mecanismo de difusión estudiado. Indique, además, cuál es la ventaja de usar ese tipo de difusión y no otro. Justifique su respuesta. Difusión por vacancia o sustitucional: Se define difusión por vacancia o sustitucional, al proceso cuando los átomos en la estructura cristalina encuentran espacios o vacantes para alojarse, siempre y cuando tengan suficiente energía térmica disponible para su activación, en este caso podemos cifrar el proceso de unión por capilarizacion con plata, la cual es muy utilizado en uniones de refrigeración el material de aporte es sometido a temperatura hasta su punto de fusión, entre 250 °C a 400 °C dependiendo de la aleación del aporte o aleación de plata, este punto de fusión de la soldadura es menor al punto de fusión del metal base, que en este caso es el cobre cuya temperatura de fusión es de 1084,62 °C, esta característica hace que la unión de las piezas base queden resistentes a la presión y totalmente herméticas en su conjunto.

Difusión intersticial: Se define difusión intersticial, al proceso cunado los átomos en sus redes cristalinas se desplazan en interticios, ósea entre los pequeños espacios desocupados que quedan entre átomo y átomo esta difusión es más rápida que la difusión por vacancia, dentro de la utilización del método intersticial, podemos dar el ejemplo del dopaje de semiconductores los cuales se impregnan de impurezas (Cantidad de átomos) que cambian sus propiedades eléctricas, en el dopaje se aplica silicio con fósforo para tener semiconductores tipo N.

4. Entregue dos ejemplos de aplicaciones industriales en donde se empleen los cambios de fase de los materiales. Explique cuáles son los cambios de fase relevantes para esa aplicación e indique la razón de su uso. Justifique su respuesta. Hablamos de cambios de fases o estado de materia a la trasformación que puede tener un material, claro ejemplo es el proceso de al agua que su estado normal es liquido pero que a menor temperatura bajo 0 °C esta se solidifica, convirtiéndose en hielo, pero sobre una temperatura de 100 °C el agua tiene la energía cinética necesaria para convertirse en vapor gasificándose. En la industria estos procesos de cambios de estados son muy utilizados un ejemplo es la generación de vapor para utilización en turbinas generadoras de energía eléctrica, la cual se utiliza el agua, la cual es pasada por serpentines o intercambiadores de calor expuestos a llama insertos en la o las calderas, cambiando el estado del agua de líquido a gaseoso, la presión de este vapor se utiliza para realizar el giro de las turbinas. Otra forma de muchas formas de utilización de cambio de fases de los materiales es la utilizada en plantas de fundición o smelter, las cuales aprovechan el hierro, gran parte de este material reciclado el cual es depositado en hornos, que a temperatura sobre 1.535 °C convierten el sólido

hierro en una colada liquida, la cual es vertida sobre moldes de arena para dar formas a distintos objetos tales como tapas de alcantarillado, faroles de plazas u otras piezas de uso diario.

5. A partir del diagrama NiO-MgO, determine las composiciones tanto en fase sólida como líquida a las siguientes temperaturas: 2.200 °C, 2.400 °C y 2.600 °C.

Según diagrama NiO – MgO podemos definir que las composiciones en estado sólido y líquido son aproximadamente las siguientes:

2200 °C Fase

% MgO

% NiO

Liquida

14 %

86 %

Solida

35 %

65 %

2400 °C Fase

% MgO

% NiO

Liquida

35 %

65 %

Solida

61 %

39 %

Fase

% MgO

% NiO

Liquida

62 %

38 %

Solida

81 %

19 %

2600 °C

TAREA SEMANA 4

Bibliografía Apuntes semana 4 http://www.angelfire.com/md2/mambuscay/Art4.htm https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/3Difusion_en_solidos_v2.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Difusi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)#Difusi%C3%B3n_sustituciona l http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/tecnologia-de-materiales-industriales/material-de-clase1/Tema4-Difusion.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)