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• Karem Alejandra Rojas Alfaro

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PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DE LOS MATERIALES

KAREM ALEJANDRA ROJAS ALFARO

RESISTENCIA DE LOS MATERIALES

IACC

13/07/20

DESARROLLO 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. Determine la longitud aproximada de la pieza que el maestro tornero logró soldar. R.Li Lf

DATOS x [m] 2,5 [m]

Ti Tf

23ºC (8 *

α

184ºC 3,67 * 10-3

23ºC)

FORMULA ∆𝐿 = 𝛼 ∗ 𝐿𝑖 ∗ ∆𝑇

=

𝐿𝑓 − 𝐿𝑖 = 𝛼 ∗ 𝐿𝑖 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖) 𝐿𝑓- 𝐿𝑖 = 3.67*10-3 * 𝐿𝑖 * (184°C- 23°C) 𝐿𝑓 = 𝐿𝑖 + 3.67*10-3 * 𝐿𝑖 * (184°C- 23°C) 𝐿𝑓= 𝐿𝑖*(1+ 3.67*10-3 * 161°C) 𝐿i= 2,5m / (1+ 3.67*10-3 * 161°C) 𝐿i= 2,5m / 1,59m 𝐿i= 1,572m El maestro tornero logró soldar una pieza de aproximadamente 1,572 mts.

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 [gr/cm3] y 0,8*10-2[gr/cm3] respectivamente. Suponga D=3*10-7[cm2/s] R.- El flujo se expresa como: 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 = -3*10-7 [𝑐𝑚2/s] * (-0,009 [𝑔/𝑐𝑚3] / 0,3𝑐𝑚) 𝐽 = 9* 10-2 [𝑔/𝑐𝑚-2 ∗ 𝑠] El flujo de carbono es de 9* 10-2 [𝑔/𝑐𝑚-2 ∗ 𝑠] con respecto 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.- La difusión es un proceso donde átomos, moléculas o iones se mueven de un lugar a otro en la misma materia. Éste movimiento de materia se puede dar en estado sólido, liquido o gaseoso, siendo en este último estado más velóz. Existen dos tipos de difusión:  Mecanismo de difusión por vacantes o sustitucional: habiendo suficiente energía de activación los átomos pueden moverse en las redes cristalinas desde una posición a otra si existe una vacancia u otro defecto para que pueda ocupar el espacio. Ejemplo: Cobre en un plano compacto en la estructura cristalina del mismo metal, si un átomo que esté cerca de la vacancia tiene suficiente energía para activarse se podrá mover hacia esa posición.  Mecanismo de sustitución intersticial: tiene lugar cuando los átomos en las redes cristalinas se trasladan de un intersticio a otro contiguo sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz cristalina.

Ejemplo: Los átomos de C se pueden difundir intersticialmente Fe 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. R.- Ejemplos de aplicaciones industriales donde se empleen cambios de fase de los materiales: 1) Placas de cobre: Para la obtención de las placas de cobre a partir de cobre sulfurado es necesario exponer a altísimas temperaturas el concentrado para ser fundido y separar así el cobre de otros minerales e impurezas, luego por electrorrefinación se obtienen los cátodos de cobre. En este ejemplo pasamos de estado sólido (concentrado) a estado líquido al aplicar altas temperaturas, posteriormente a través de electricidad obtendremos los cátodos que es un material en estado sólido nuevamente. Es necesario propiciar el cambio de fase para la obtención del cobre para poder separar los materiales. 2) La soldadura: al aplicar alta temperatura a un metal estos se pueden fusionar para lograr la unión de éstos. En este ejemplo pasamos de estado sólido a estado líquido por la alta temperatura, luego al enfriarse vuelve a estado sólido. Es necesario pasar por estos cambios de fase para unir materiales ya que es la forma más segura y duradera de realizarlo. 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. Considere una aleación NiO-40%

R.- Las composiciones para una aleación NiO-40% a diferentes temperaturas son:

 A 2200ºC en la curva inferior (sólido) se tiene una composición del 80% MgO  A 2200ºC en la curva superior (líquido) se tiene una composición del 20% NiO  A 2400ºC en la curva superior (liquido) se tiene una composición del 60% NiO  A 2400ºC en la curva inferior (sólido), se tiene una composición de 60% MgO  A 2600ºC la aleación está en fase liquida a una composición de 40%MgO y 60% NiO

BIBLIOGRAFIA IACC (2019). Propiedades térmicas de los materiales. Resistencia de los Materiales. Semana 4.