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Título del control Propiedades térmicas de los materiales Nombre Alumno: gfbdtbdv Nombre Asignatura: Resistencia de los

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Título del control Propiedades térmicas de los materiales Nombre Alumno: gfbdtbdv Nombre Asignatura: Resistencia de los Materiales Instituto IACC 7 de Octubre de 2019

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. a) Determine la longitud aproximada de la pieza que el maestro tornero logró soldar. La longitud inicial de la pieza de acero es de 1,5714 metros con una longitud de dilatación de 0,93 metros. *Para resolver el ejercicio debemos tomar la cuenta la fórmula de Dilatación Lineal, la cual es: ΔL = L * α * ΔT Lf - Li = Li * α * ΔT Donde: Li : longitud inicial, Lf: Longitud Final, Lf = 2,5 m α : coeficiente de dilatación del acero, α = 3.67*10⁻³ ΔT; variación de la temperatura. ΔT = T2 - T1 = 8(23 °C) - 23 ° C = 161 °C Despejando y Sustituyendo en la fórmula: Li = Lf / 1 + α * ΔT Li = 2,5m / 1 + 3.67*10⁻³ (161 °C) Li = 2,5m / 1.59087 Li = 1,5714 metros *Esta es la longitud inicial de la pieza de acero. Mientras que el valor de la longitud de dilatación es : ΔL = Lf - Li = 2,5 - 1,5714 = 0.93 metros.

2- Calcule el flujo de carbono a través de una placa que sufre procesos de carbonización y descarburación 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/cm²) y 0,8*10-2(g/cm²) respectivamente. Suponga D=3*10-7(cm²/s).

*Con los datos entregados tendremos lo siguiente: Sabemos que el flujo se puede expresar como: 𝐽 = −𝐷

𝑑𝑐 𝑑𝑥

Reemplazando queda de la siguiente manera: 𝑔 𝑔 𝐶𝑎 − 𝐶𝑏 𝑐𝑚2 1,7 ∗ 10 − 2 𝑐𝑚3 − 0,8 ∗ 10 − 2 𝑐𝑚3 𝐽 = −𝐷 = −3 ∗ 10 − 7 ∗( ) 𝑋𝑎 − 𝑋𝑏 𝑠 0,5 𝑐𝑚 − 0,8 𝑐𝑚 Lo que nos da como resultado: 𝐽 = 9 ∗ 10−9

𝑔 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.

*Mecanismo de difusión Intersticial: La difusión intersticial de los átomos en las redes cristalinas se presenta cuando éstos se mueven de un intersticio a otro contiguo sin mover permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz de la red cristalina. Para que el mecanismo intersticial sea seguro, el porte de los átomos que se difunden debe ser medianamente pequeño comparado con los de la red; por ejemplo, , oxigeno, nitrógeno, hidrógeno y carbono pueden propagar intersticialmente en la mayoría de las redes cristalinas metálicas, un caso de este tipo tenemos es en la carbonización de metales de acero, para darle endurecimiento y fuerza, por ejemplo, las cremalleras, estas se someten a una elevada temperatura, para que mediante la temperatura del engrane se dilate o expande y se deje entrar los átomos de carbono y rellenando espacios los átomos de hierro.

*Mecanismo de difusión por Vacancia: El proceso de soldadura por difusión, este es un proceso de soldadura que utiliza las propiedades de limpieza del hidrogeno en alta pureza, esto para mejorar las características de flujo de aleación de soldadura fuerte. Se utiliza la electricidad para este propósito, donde presenta una diferencia de potencial en la unión de estos dos metales que hace que se genere una elevación de temperatura en ese punto que hace que los átomos se muevan de un punto a una vacante desde un metal a otro, produciendo como resultado que estos dos metales se unan.

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.

*Ejemplo 1: Producción de cátodos de cobre: Para realizar este cátodo de cobre, se produce atreves de una inyección de corriente continua variable que atraves del ánodo con carga negativa, produce una atracción de partículas de cobre hacia la placa de ánodo, en este proceso pasa por varias etapas, donde va pasando el material por distintos estados. En el proceso pasa por una fase líquida a fase gaseosa, y sólida teniendo como resultado un cátodo de cobre.

*Ejemplo 2: La fabricación de bolones de aceros para la minería, en una industria siderúrgica, se mezcla de todos los materiales necesarios para la generación del acero puro y firme es necesarios que éstos se fundan a alta temperatura y con esto conseguir el cambio de fase solido a líquido, para posterior mente ingresar a moldes requeridos, gracias a esta fundición es más fácil retirar las impurezas del material entre otras ventajas.

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.

Desarrollo A)

2.200°C (color negro )

Fase líquida, 15%MgO Fase Sólida: 37%MgO B)

2.400°C (color verde)

Fase líquida, 35%MgO Fase Sólida: 61%MgO C)

2.600°C (color rojo )

Fase líquida, 62%MgO Fase Sólida: 81%MgO

Bibliografía

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

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Material de apoyo semana 4 Iacc

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Libro R.C. Hibbeler, mecánica de materiales sexta edición.