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• Maria Aquise

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA

RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE MATERIALES DE INGENIERÍA PROFESOR: Mg. Luna Hernández Manuel Jesús Grupo: 7 Alumno(s): ● ● ● ●

Código(s):

Saavedra Carrasco, Paul Martin Saldaña Torres, Guillermo Orlando Sanchez Sigueñas, Joe Cristian Sánchez Chamana, Kerem Yemina

Lima-Perú 2020-I

18070132 18070042 18070117 18070130

SEMANA 3 A EJERCICIO 5-66 Cuando una válvula colada que contiene cobre y níquel se solidifica bajo condiciones sin equilibrio, se encuentra que la composición de la aleación varia de manera sustancial sobre una distancia de 0.005 cm. Por lo regular es posible eliminar esta diferencia en las concentraciones calentando la aleación durante 8 h a 1200 °C, sin embargo, en ocasiones este tratamiento ocasiona que la aleación comience a fusionarse, destruyendo la parte. Diseñe un tratamiento térmico que elimine la no uniformidad sin fusión. Suponga que el costo de la operación del horno por hora se duplica por cada incremento de 100 °C en la temperatura. SOLUCIÓN El tratamiento que se necesitaría implementar es el enlazamiento por difusión, es un método utilizado par a unir materiales que se lleva a cabo en tres etapas. La primera etapa une las dos superficies entre si a una temperatura y presiones altas, aplanando la superficie, fragmentando las impurezas y produciendo un área de alto contacto átomo-átomo. A medida que las superficies permanecen presionadas entre si a altas temperaturas, los átomos se difunden a lo largo de los limites de los granos a los vacíos restantes; los átomos se condensan y reducen el tamaño de cualquier tamaño en el interfaz. Debido a que la difusión por limite de los granos es rápida, esta segunda etapa puede llevarse a cabo de manera muy rápida. Sin embargo, con el tiempo el crecimiento de granos aísla los vacíos restantes de los límites de los granos. Para la tercera etapa, eliminación final de los vacíos, debe llevarse a cabo una difusión por volumen. El cual es comparativamente lenta. El proceso de enlazamiento por difusión se utiliza con frecuencia para unir metales reactivos tales como el litio, para unir metales y materiales disimiles y para unir cerámicas. Se presenta una imagen del enlazamiento por difusión

FIGURA 1.

SEMANA 3B

EJERCICIO 8-66 Dé ejemplos de dos materiales metálicos para los cuales la deformación mecánica a 900°C significará “trabajo en frío”. Solución: Existe un límite para determinar si un metal está siendo deformado por trabajo en frio (llamado también endurecimiento por deformación) y este es la temperatura de cristalización. Por definición se considera un trabajo en frío cuando este se realiza a condiciones por debajo de la temperatura de cristalización. Para temperaturas con puntos de fusión altos el proceso de cristalización se convierte en proceso de recristalización. Este tipo de proceso es un proceso controlado por difusión, por lo tanto, la temperatura de recristalización es casi proporcional(aprox.) a: 0.4*Tfusión (Kelvin). Los siguientes metales cumplen con la condición del problema:

METALES

Tf (Kelvin)

Tcristalización(°C) =0.4Tf(k) - 273

Tántalo

3290 k

1040°C

Tungsteno

3683 k

1200°C

A partir de la definición mencionada anteriormente podríamos mencionar que tanto el Tántalo como el Tungsteno son materiales metálicos en la cual la deformación mecánica a 900°C significará “trabajo en frío”. EJERCICIO 8-67 Considere las curvas de esfuerzo-deformación a la tensión en la figura 8-21 etiquetadas 1 y 2 y responda las siguientes preguntas. Estos diagramas son típicos de metales. Considere cada inciso como una pregunta por separado que no tiene relación con los incisos anteriores a la pregunta.

a) ¿Cuál de los dos materiales representados por las muestras 1 y 2 pueden laminarse en frío en mayor grado? El material que puede laminarse en mayor grado por el trabajo en frío es la muestra 2, ya que si aplicamos un esfuerzo S1, la deformación ocasionada en la muestra 2 será mayor que la deformación ocasionada en la muestra 1, sin embargo, el grado de endurecimiento de la muestra 2 será menor ya que nos muestra una pendiente baja(exponente de endurecimiento por deformación) respecto a la pendiente de la muestra 1, por lo tanto el endurecimiento por deformación de la muestra 2 será menor que la 1.

b) Las muestras 1 y 2 tienen la misma composición y se procesaron de manera idéntica, a excepción de que una de ellas se trabajó en frío más que la otra. Las curvas de esfuerzo deformación se obtuvieron después que se trabajaron en frío las muestras.¿Cuál muestra tiene la temperatura más baja: 1 o 2?¿Cómo lo sabe? EL que posee una temperatura de recristalización más baja es la muestra 1, ya que la cantidad de trabajo en frío a realizar en la muestra 1 respecto a un esfuerzo, es relativamente mayor que la muestra 2. Cantidades mayores de trabajo en frío hacen al metal menos estable, y propician la nucleación de los granos recristalizados.

c) Las muestras 1 y 2 son idénticas a excepción de que se recocieron a temperaturas distintas por el mismo periodo.¿Cuál muestra se recoció a la temperatura más alta: 1 o 2?¿Cómo lo sabe? Para un mismo periodo de tiempo, la muestra que se recoció a una temperatura más alta es la 2 ya que este presenta menor cantidad de trabajo en frío por realizar, por lo que su resistencia a la tensión es baja.

d) Las muestras 1 y 2 son idénticas a excepción de que se recocieron a la misma temperatura por períodos distintos.¿Cuál muestra se recoció por un periodo de tiempo menor: 1 o 2?¿Cómo lo sabe? Si las muestras se sometieron a una misma temperatura de recocido, el que posea menor endurecimiento por deformación presentará un periodo de recocido menor ya que estará más próximo al alivio por esfuerzo. Por lo tanto, el que presenta menor periodo de recocido es la muestra 2.