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• Jorge

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Tecnología. Ejercicios: Diagramas de Fases y Ensayos Tecnológicos

DIAGRAMAS DE FASES 1.- El bismuto (punto de fusión 271ºC) y el cadmio (punto de fusión 321ºC) se supone que son totalmente solubles en estado líquido y totalmente insolubles en estado sólido, formando un eutéctico a 143,3ºC con un contenido en cadmio de un 40%. Se pide: 1) Dibujar el diagrama de equilibrio de este sistema, indicando sobre él los nombres de todos los puntos, líneas y zonas. 2) Dada una aleación compuesta de un 70% de cadmio, indicar: - Temperatura inicial de solidificación. - Temperatura final de solidificación. - Composición química y cantidades relativas de las fases presentes a una temperatura 40ºC por debajo de la inicial de solidificación. 2.- El platino y el oro son totalmente solubles tanto en estado sólido como en el líquido. El punto de fusión del platino es 1773,8ºC y el oro 1062ºC. Una aleación formada por un 40% de oro comienza a solidificar a 1598,8ºC dando cristales con una concentración en oro del 15%. Otra aleación con un contenido en oro del 70% comienza a solidificar a 1398ºC formándose cristales con un 37% de oro. Se pide: 1) Dibujar el diagrama de equilibrio del sistema, indicando sobre él los nombres de todos sus puntos, líneas y zonas. 2) Dada una aleación compuesta de un 70% de Au, indicar: - Temperatura inicial de solidificación. - Temperatura final de solidificación. - Composición química y cantidades relativas de las fases presentes a 1334ºC. 3.Citar las fases presentes, sus composiciones así como su cantidad relativa en las siguientes aleaciones: a) 25% Pb – 75% Mg a 425 ºC, 200ºC.

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b) 85% Ag – 15% Cu a 800 ºC.

c) 15% Sn - 85% Pb a 100 ºC.

d) 1,25 kg Sn y 14 kg Pb a 200ºC. e) 4,2 mol Cu y 1,1 mol Ag a 900ºC.

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4.Dos elementos metálicos A y B son completamente solubles en estado líquido y parcialmente solubles en estado sólido, formando eutéctico. Su equilibrio de fases responde al diagrama inferior. 1) Para una aleación A:B de composición 70:30 que se encuentra justo bajo la temperatura eutéctica, determinar las cantidades relativas de la fase alfa primaria y la formada por la reacción eutéctica. 2) Líneas, regiones y puntos significativos del diagrama.

5.- Un acero hipoeutectoide [Fe:C] [99,5:0,5] se enfría muy lentamente desde 950ºC hasta la temperatura ambiental. Determinar: 1) Las fracciones de austenita y ferrita proeutectoide que contendrá el acero cuando se halle a una temperatura justo por encima de la eutectoide (727ºC+∆T). 2) Las fracciones de ferrita y cementita que contendrá el acero cuando se encuentre a una temperatura justo por debajo de la eutectoide (727ºC-∆T). 3) Las cantidades relativas de ferrita eutectoide y ferrita proeutectoide que tendrá el acero a una temperatura justo bajo la eutectoide (727ºC-∆T). 4) Las cantidades relativas de todos los microconstituyentes cuando el acero se halle a la temperatura ambiental. 6.- Un acero hipereutectoide [Fe:C] [98,8:1,2] se enfría muy lentamente desde 950ºC hasta la temperatura ambiental. Determinar: 1) Las fracciones de austenita y cementita proeutectoide que contendrá el acero cuando se halle a una temperatura justo por encima de la eutectoide (727ºC+∆T). 2) Las fracciones de ferrita y cementita que contendrá el acero cuando se encuentre a una temperatura justo por debajo de la eutectoide (727ºC-∆T). 3) Las cantidades relativas de cementita eutectoide y cementita proeutectoide que tendrá el acero a una temperatura justo bajo la eutectoide (727ºC-∆T). 4) Las cantidades relativas de todos los microconstituyentes cuando el acero se halle a la temperatura ambiental.

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7.Una fundición de composición eutéctica ( 4,3% C ) se enfría muy lentamente desde 1200ºC hasta la temperatura ambiental. Determinar: 1) Las fracciones de austenita y cementita que contendrá la aleación cuando se halle a una temperatura justo por debajo de la eutéctica (1148ºC-∆T). 2) Las cantidades relativas de austenita y las distintas clases de cementita que contendrá la fundición a una temperatura justo por encima de la eutectoide (727ºC+∆T). 3) Las cantidades relativas de todos los microconstituyentes cuando la fundición se halle a una temperatura justo bajo la eutectoide (727ºC-∆T).

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ENSAYOS TECNOLÓGICOS 8.- El diagrama de la figura inferior representa el resultado de un ensayo. Se pide: 1) Tipo de ensayo a que corresponde. 2) Identificar los puntos significativos del diagrama, indicando su significado y sus fases. 3) Determinar el módulo de elasticidad del material.

9.Las figuras representan las curvas esfuerzo-deformación de dos materiales a y b, identificándose los límites elástico (Le) y de ruptura (Lr). Se pide: a) Determinar el módulo de elasticidad (o de Young) de cada uno de los materiales. b) Para una barra cilíndrica de sección no superior a 20 mm2 que soporta una tracción F= 3 kN. ¿Qué material debe elegirse, de los dos presentados, para que no tengan deformaciones permanentes?

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10.Una pieza maciza de caucho vulcanizado tiene las dimensiones primitivas y está sometida a los esfuerzos indicados en la figura inferior. Su módulo de elasticidad es de 5·104 MPa. Se pide: 1) El alargamiento y la longitud de cada sección.

11.- La pieza de la figura inferior es de acero al carbono estirado en frío y tiene un límite elástico de σE= 3900 kgf/cm2. Se somete a una fuerza estática F de 6000 kgf y se desea calcular: (Eacero=2,1. 106 kgf/cm2) 1) Tensión de trabajo σT. 2) Coeficiente de seguridad n. 3) Alargamiento de la barra.

12.- En la figura inferior se representa una pieza de acero aleado de alta resistencia templado y revenido, que tiene un límite elástico de σE = 6200 kgf/cm2. Se somete a una fuerza estática F, deseando un coeficiente de seguridad de 3,5. Calcular: (Eacero=2,1. 106 kgf/cm2) 1) Máximo valor admisible de la fuerza F. 2) Alargamiento total.

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13.- La columna de la figura inferior es de aluminio y soporta una carga axial de 45 Tn, uniformemente repartida sobre la sección. La tensión admisible debe ser, como máximo, de 500 kgf/cm2 y se desea calcular: (Ealuminio=0,72. 106 kgf/cm2) 1) Espesor e de la columna. 2) Acortamiento unitario. 3) Acortamiento total.

14.- La figura inferior representa un esquema de un ensayo de dureza Brinell. Se ha aplicado una carga de 3000 Kp. El diámetro de la bola del penetrador es de 10 mm. El diámetro de huella obtenido es de 4,5 mm. Se pide: 1) El valor de la dureza Brinell (HB) y su expresión normalizada. 2) Indicar la carga que habrá que aplicar a una probeta del mismo material si se quiere reducir la dimensión de la bola del penetrador a 5 mm. Predecir el tamaño de la huella.

15.- En un ensayo con el péndulo Charpy, la maza de 20 kg cayó sobre una probeta de 80 mm2 de sección desde una altura de 1 m, y se elevó 60 cm después de la rotura. Obtener el resultado del ensayo.

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16.- Indica el valor de la lectura que está realizando cada uno de los siguientes instrumentos de medida.

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Tecnología. Soluciones ejercicios: Diagramas de Fases y Ensayos Tecnológicos

1. 2) Tis = 235ºC Tfs = 143,3ºC CL= 56% Cd wL= 68,18%

CCd= 100% Cd WCd= 31,82%

2) Tis = 1398ºC Tfs = 1175ºC CL= 79% Au wL= 71,88%

Cα= 47% Au Wα= 28,12%

2.

3. a) 425ºC→ 1 fase α; 100% α ; Cα= 25% Pb- 75% Mg 200ºC→ 2 fases α+Mg2Pb; Cα= 5% Pb- 95% Mg CMg2Pb= 81% Pb- 19% Mg Wα= 73,7% WMg2Pb= 26,3% b) 2 fases β+L; Cβ= 92% Ag- 8% Cu CL= 78% Ag- 22% Cu WL= 50% Wβ= 50% c) 2 fases α+β; Cα= 4% Sn- 96% Pb Cβ= 100% Sn Wα= 89% Wβ= 11% d) 1 fase α, Cα=8,19% Sn-91,8% Pb e) 2 fases α+L; Cα= 8% Ag- 92% Cu CL= 43% Ag- 57% Cu Wα= 34,91% WL= 65,11% 4. 1) Wαprimaria= 59,4%

Wαeutectica= 13,08%

5. 1) Wpα(ferrita proeutectoide)= 36,1% Wγ( austenita) = 63,9% 2) Wα(ferrita proeutectoide + eutectoide )= 92,84% WFe3C( cementita) = 7,16% 3) Wpα(ferrita proeutectoide)= 36,1% Wα( ferrita eutectoide) = 56,74% 4) Los mismos que el apartado anterior. 6. 1) WFe3C(cementita proeutectoide)= 7,25% Wγ( austenita) = 92,75% 2) WFe3C(cementita proeutectoide + eutectoide)= 17,64% Wα(ferrita) = 82,36% 3) WFe3C(cementita proeutectoide)= 7,25% WFe3C(cementita eutectoide)= 10,39% 4) Los mismos del apartado anterior. 7. 1) WFe3C( cementita eutectica) = 47,71% Wγ( austenita) = 52,29% 2) WFe3C(cementita proeutectoide)= 11,82% WFe3C(cementita )= 59,53% Wγ( austenita) = 40,47% 3) WFe3C(cementita eutectoide)= 4,53% WFe3C(cementita total)= 64,06% Wα(ferrita) = 35,94% 8. 3) E= 2,11.106 kg/cm2 9. a) E1= 2000 Mpa , E2=700 Mpa b) Material a) 10. 1) ∆LAB= 2,26 mm lAB= 202,26 mm ; ∆LCD= 4 mm lCD= 204 mm 11. 1) σt= 849 kgf/cm2 2) n=4,6 3) ∆L= 0,08 mm PÉRTIGA. Escuela de Profesiones Técnicas. Santiago de Compostela. Tel: 981 553 622

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12. 1) F=5563 kgf 2) ∆LTOTAL= 0,12 mm 13. 1) e=9,3 mm 2) ε= 0,00065 3) ∆L= 0,325 mm 14. 1) HB= 178,5 kgf/mm2 2) d= 2,25 mm

178 HB 10 3000 15

15. Resiliencia: KCV = 9,81·105 J/m2 16. 1) 11,3 mm 2) 6,15 mm 3) 15,25 mm

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