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• gonzalo alejandro palacios molina

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RESISTENCIA DE LOS MATERIALES TAREA N°4

INSTITUTO IACC 04/05/2020

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. Datos:

L ϝ−Li=α ¿ L i ¿(Tϝ – T 𝗂) 𝛼

=

36,67 x 10−3 [¿° C −1 ]¿

Lϝ

=

2,5 [m]

T𝗂

=

23[°C]

Tϝ

=

184[°C]

L𝗂

=

?

Desarrollo: Lϝ – L𝗂

=

α ¿ L𝗂 * (Tϝ – T𝗂)

Lf

=

α * L𝗂 * (Tϝ – T𝗂) + L𝗂

2,5 [m] – L𝗂

=

3,665 x 10¯³[°C¯¹]*L𝗂(184[°C]-23[°C])

2,5 [m] – L𝗂

=

3,665 X 10¯³ [°C¯¹] * 161 L𝗂

2,5 [m] – L𝗂

=

0,59 L𝗂

2,5 [m]

=

0,59 L𝗂 + L𝗂

2,5 [m]

=

1,59 L𝗂

=

1,57 [m] largo inicial de la pieza

L𝗂

La longitud aproximada de la pieza que el maestro tornero logro soldar: Fue de 1,57 [m

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) y 0,8*10-2(g/cm3) respectivamente. Suponga D=3*10-7 (cm2/s).

Datos: T

=

650°C

Xa

=

0,5 [cm]

Xb

=

0,8 [cm]

Ca

=

1,7*10¯²[g/cm³]

Cb

=

0,8*10¯²[g/cm³]

D

=

D = 3*10¯⁷[cm²/s]

Desarrollo: 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/cm 3]) 0,5 [ cm ] −0,8[cm] ¿

J = -3*10¯⁷[cm²/s]−0,009 [g/cm 3]¿ 0,3 [cm]

=3*10¯⁷[cm²/s] * -0,03[g/cm⁴]

J = -(-9*10¯⁹[ g/cm²s]) J = 9*10¯⁹[g/cm²s] Respuesta: El flujo es de 9*10¯⁹[ g/cm²s] con respeto a una densidad de 3*10¯⁷

cm² s

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. R: Los mecanismos de difusión estudiados son Mecanismo de difusión por vacancia o sustitucional y Mecanismo por difusión intersticial. Mecanismo de difusión por vacancia: en este mecanismo los átomos se mueven en redes cristalinas a través de su posición que se aplican vibraciones térmicas, los átomos dejan su estado sedentario para ocupar un estado de defecto cristalino , este mecanismo tiene un aumento radical a la vez que acrecienta la temperatura, también se encuentra aleaciones con metales nobles cuyos tienen un defecto que es influyente a la temperatura, para entender más preciso esto quiere decir que a mayor temperatura mayor concentración de sitios vacantes y esto tiene relevancia en el incremento en la difusión atómica. Ejemplo: peltre es una aleación de estaño, cobre, antimonio y plomo.

Mecanismo por difusión intersticial: en este mecanismo los átomos se mueven de posición intersticial a otra que se encuentre vacía, el proceso tiene acción por interdifusión de solutos, algunos de estos son el carbono, nitrógeno, oxigeno y hidrogeno estos son beneficiosos para este mecanismo porque poseen átomos muy diminutos que contribuyen a ocupar posiciones intersticiales. Ejemplo: son los trabajos de soladura al arco, cuyo efecto está sujeto a un proceso de altas temperaturas de fusión para unión de metales de una solidificación metalúrgica, que posee la misma resistencia de las piezas de los metales.

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. A- El proceso del cristal y de los envases de vidrio tiene un inicio procedente de materias primas tales como la sosa, caliza y arena, los envases de vidrios ya en medida desechados se reciclan y se funden a una temperatura superior a los 1500°C, el material queda en estado liquido y se aplica a una temperatura de 900°C, se distribuyen a moldes para homogenizar su forma, se traslada a una área para un tratamiento térmico para eliminar las tensiones internas y los envases se adjudican su grado definitivo en estado sólido.

B- El Paladio es un metal de transición del grupo del platino, tiene un parecido al platino, este metal se encuentra libre de arenas y otros componentes que pueden estar por encima del 1.4% de paladio, en su composición combinada se relaciona a minerales como el níquel, cobre y zinc de los que se extrae como subproducto, este metal se sitúa en la posición 71 de el mineral más abundante de de la tierra, para entender un poco el proceso se disuelve mineral de platino en agua, esta solución es altamente corrosiva de un color amarillo intenso, su mezcla de acido nítrico concentrado y acido clorhídrico en proporción y se neutralizo con hidróxido de sodio, tras obtener la precipitación del platino con cloruro de sodio se añade cianuro de mercurio este denota y forma cianuro de paladio al someterlo a una temperatura elevada se obtiene paladio metálico, este formato realizado es la base de la creación del paladio en estado metálico y es un ejemplo muy imperativo del mecanismo por difusión intersticial.

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. R: 2200°C curva inferior sólido, composición de 80% MgO 2200°C curva superior líquido, composición de 20% NiO 2400°C curva inferior sólido, composición de 60% MgO 2200°C curva superior líquido, composición de 50% NiO 2600°C aleación fase líquida, composición de 40% MgO Y 60% NiO

BIBLIOGRAFÍA Material de apoyo semana N°4 Resistencia de los Materiales Instituto IACC 2020

https://www.academia.edu/36447333/DIAGRAMAS_DE_FASE_EN_MATERIALES https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/mecanica/5_anio/metalografia/3Difusion_en_solidos_v2.pdf