c. Su factor de empaquetamiento atómico 15. El Fe a temperatura ambiente tiene estructura Cúbica Centrada en el Cuerpo: a. Cuántos átomos rodean a

Transcripción

1 1. Qué energía debe desprender un átomo para dar lugar a un fotón de longitud de onda 630 nm? h=6,624x10-34 J s c=3x10 8 m/s 2. Indique cuales son los n os cuánticos y qué representan. Enuncie el principio de exclusión de Pauli Justifique razonadamente qué sucede en un átomo cuando un electrón pasa de un nivel energético superior a otro nivel energético inferior 3. Defina los conceptos de electronegatividad y de energía de ionización 4. La sustancias sólidas pueden encontrarse en estado cristalino o en estado amorfo. Conteste: a. Qué diferencia principal existe entre esos dos estados? b. Si la sustancia es un metal puro, puede encontrarse formando cristales diferentes a distintas temperaturas? 5. Describa las características del enlace metálico 6. El peso atómico del cobre es 53,5 gr. Calcula: a. la masa de un átomo de cobre b. Cuántos átomos de cobre hay en 1 gr. de cobre? 7. Indica en los siguientes casos: a. nº de electrones b. nº de protones c. nº de neutrones 8. Indica qué tipo de átomos (metálicos o no metálicos) unen los siguientes enlaces: iónico, covalente, metálico 9. Indique el tipo de enlace que se produce en cada uno de los siguientes compuestos: metano (CH 4 ), plomo (Pb), oxígeno (O 2 ), cloruro de sodio (NaCl) Al 63 Cu 55 Fe a. Razone cómo es la conductividad de los materiales formados por enlaces covalentes. b. Razone cómo es la fragilidad de los materiales formados por enlaces iónicos. c. Razone cómo es la resistencia mecánica de los materiales formados por enlaces metálicos. d. Justifique qué tipo de enlace presentan los materiales ClNa, NH El hierro a 20ºC cristaliza en una red BCC. Calcula la constante de red para el cubo de la celda unidad sabiendo que el radio atómico del hierro es 0,124 nm. 12. La constante de red del Ni, de estructura cristalina FCC a 20ºC vale 352,58 pm y su densidad es de 8,9gr/cm 3 a. Dibujar la celdilla elemental de la red e indica el número de átomos/celdilla y el nº de coordinación de la red. b. Determinar el valor de su masa atómica c. Determinar el valor de su radio atómico d. Calcular el % de espacio vacío en la red de Ni 13. Calcula el cambio teórico de volumen asociado a una transformación alotrópica en un metal puro desde una red FCC a una red BCC 14. El Mo posee una estructura BCC y una densidad de 10,2 gr/cm 3. Se pide: a. Calcular el nº de coordinación y el nº de átomos en cada celdilla elemental b. Su radio atómico 1

2 c. Su factor de empaquetamiento atómico 15. El Fe a temperatura ambiente tiene estructura Cúbica Centrada en el Cuerpo: a. Cuántos átomos rodean a cada átomo (índice de coordinación)? b. Cuántos átomos hay en cada celda unitaria? c. Cuál es el lado de la arista de la celda si el radio atómico del Fe es 0,124 nm? d. Qué significa que el Fe presenta estados alotrópicos a altas temperaturas? 16. Conteste brevemente a las siguientes cuestiones: a. Qué es una red cúbica centrada y una red cúbica centrada en las caras? b. Determine el número de átomos situados en el interior de la celdilla de una red cúbica centrada en el cuerpo y una red cúbica centrada en las caras c. Defina el concepto de constante reticular y calcule dicha constante para una red cúbica centrada y una red cúbica centrada en las caras suponiendo el radio atómico de 0,15 nm. 17. Indicar cuáles son las estructuras cristalinas más frecuentes en los metales. Dibujar la celdilla unidad de cada una de ellas indicando en cada caso el número de átomos por celdilla y el índice de coordinación 18. Defina la velocidad de nucleación en un proceso de cristalización de metales Defina la velocidad lineal de cristalización en un proceso de cristalización de metales 19. Explique qué se entiende por alotropía 20. Defina brevemente: aleación, soluto y disolvente. Explique las diferencias entre las soluciones por sustitución y por inserción 21. Defina brevemente las siguientes propiedades: a. Elasticidad b. Plasticidad c. Ductilidad d. Dureza 22. Describa qué es la resiliencia y como se realiza el ensayo para medirla Describa qué es la dureza y como se realizan los ensayos Brinell y Vickers para medirla Describa en qué consiste el fenómeno de fatiga de un material 23. En relación con el ensayo de tracción, explique: a. Qué representan el límite de fluencia y el límite elástico del material ensayado? b. Qué razones hay para que los materiales que se utilizan en los diseños de ingeniería se calculen para que trabajen con valores inferiores a los límites citados? 24. Al someter una probeta de aluminio (tensión de rotura 1000 Kp/cm 2 ) de sección rectangular (2 x 4 cm) y 30 cm de longitud a una fuerza de tracción de 1000 Kp, se mide un alargamiento de 5,3x10-3 cm. Sabiendo que ha tenido comportamiento elástico, se pide: a. Tensión y deformación unitaria en el momento de aplicar la fuerza y cuando deje de aplicarse dicha fuerza. b. Módulo de elasticidad del aluminio c. Fuerza que debe aplicarse para que al deformación unitaria sea de 1x10-4 d. Coeficiente de seguridad en el momento de la carga máxima. 25. A la probeta de la figura, con secciones circulares y los diámetros indicados, se la somete a una fuerza de tracción de N. El acero tiene un módulo de elasticidad de 2x107 N/cm 2 y una tensión límite elástica de N/cm 2. Calcule: 2

3 a. Tensiones que se producen en las secciones de las zonas AB y BC b. Alargamiento experimentado por la probeta c. Fuerza máxima que se puede aplicar manteniendo un comportamiento elástico. d. Alargamiento que se ha producido en la probeta cuando empiezan a aparecer deformaciones plásticas. 26. En el ensayo de tracción de una barra de aluminio, de longitud inicial entre marcas 5 cm y diámetro inicial 1,30 cm, se registra una gráfica de tracción en la que se obtiene para el límite elástico los valores F=3180 Kp y l= 0,0175 cm. Si la distancia entre las marcas calibradas después de la rotura es de 5,65 cm y el diámetro final de la sección de fractura es 1,05 cm, calcula: a. la tensión correspondiente al límite elástico y el módulo de elasticidad. b. El alargamiento y la estricción en la rotura c. La longitud que alcanzaría una barra de 125 cm al aplicársele una tensión de 200 MPa. 27. Se dispone de una serie de barras de distintos diámetros fabricadas con un acero especial cuyo límite elástico alcanza los 500MPa y cuyo módulo de elasticidad es de 21x10 4 MPa. Se desea fabricar una pieza de 600 mm de longitud que va a estar cargada longitudinalmente hasta alcanzar los 70x10 3 N. a. Qué diámetro deberá tener la pieza para que no se alargue más de 0,4 mm? b. Suponga que se ha elegido una barra de 10 mm de diámetro; explique si tras eliminar la carga mencionada la barra quedará deformada. c. Suponga que entre las barras almacenadas hay una de aluminio con una sección de 300 mm 2 y una longitud de 60 mm. Sometida esta barra a la carga de 70x10 3 N, experimenta un alargamiento completamente elástico de 2 mm. Determine el módulo de elasticidad de este aluminio 28. a. Se dispone de una varilla metálica de 1 m de longitud y una sección de 17,14 mm 2 a la que se somete a una carga de 200 N experimentando un alargamiento de 3 mm Cuánto valdrá el módulo de elasticidad del material de la varilla? b. Con qué fuerza habrá que traccionar un alambre de latón de 0,8 mm de diámetro y 1,1 m de longitud para que se alargue hasta alcanzar 1,102 m, siendo E = N/mm 2? 29. Dibuje un diagrama de tracción de un material dúctil y el correspondiente a un material frágil, justificando las diferencias existentes. Sobre el diagrama del material dúctil, indique las diferentes zonas existentes, así como los puntos característicos del diagrama, describiendo lo que representan. 30. a. Dado el diagrama característico de tracción del acero de la figura indique las zonas o puntos característicos. b. Enuncie la ley de comportamiento elástico y diga en qué parte del diagrama es válida dicha ley. 3

4 c. Indique qué es la fluencia y en qué parte del diagrama se produce. 31. En relación con el ensayo de tracción, conteste: a. Qué es el módulo elástico de un material y en qué unidades se mide en el S.I.? b. Qué representa geométricamente dicho módulo en el gráfico tensióndeformación? 32. a. Indique brevemente las principales características y aplicaciones del titanio. b. Indique brevemente las principales características y aplicaciones del aluminio. c. Determine el alargamiento que experimenta una barra de aluminio de 1 cm 2 de sección y 1 m de longitud cuando se somete a una fuerza de N. (Módulo de elasticidad del aluminio E= Pa.) 33. Indique cuándo y qué tipo de productos estaría indicado efectuar en un ensayo de defectos, no destructivo. Cite al menos dos ensayos no destructivos. 34. Ensayo Rockwell: objetivo, fundamentos y operativa del método 35. Defina: fluencia, tenacidad, fragilidad, rigidez Ensayos de plegado y embutición 36. En un ensayo de dureza Brinell se ha aplicado una carga de 3000Kp. El diámetro de la bola es 10mm y el de la huella obtenida es de 4,5mm. Se pide: a. El valor de la dureza Brinell b. Indicar la carga que habría que aplicar a una probeta del mismo material si de quiere reducir la dimensión de la bola a 5mm. c. Indicar el tamaño de la huella en el caso del apartado b) 37. Se desea medir la dureza Brinell de una probeta de acero y de otra de aluminio cuyas constantes de ensayo K son 30 y 5 respectivamente. Se dispone únicamente de penetradores de 5 y 2,5 mm de diámetro, y el durómetro sólo puede cargarse con 125; 187,5 o 250 Kg. a. Para el acero, qué carga y qué penetrador se podría utilizar? Razone con los cálculos correspondientes si es posible utilizar los dos penetradores b. Responda a las mismas cuestiones para el caso de la pieza de aluminio 38. El resultado de un ensayo de dureza Brinell es 300 HB Comente el significado de la expresión, indicando las unidades en que se miden. 4

5 39. Tras someter a una pieza a ensayo Vickers, con una carga de 20 Kp se obtiene una huella en la que cada uno de los triángulos que la componen tienen una altura de 0,20mm y una base de 0,37mm a. Indique las dimensiones de la huella b. Calcule la superficie lateral de la huella c. Determine la dureza Vickers de la pieza d. Qué ventajas presenta este ensayo frente al Brinell? 40. Al realizar el ensayo Vickers sobre un acero se ha obtenido una huella cuyas diagonales miden 0,152mm y 0,154mm. La fuerza aplicada ha sido de 980N. Determina la dureza de dicho acero. 41. En un ensayo de resiliencia se utiliza un péndulo Charpy provisto de un martillo de 20 Kg que se deja caer desde una altura de 1m. Después de romper una probeta de 4cm 2 de sección, sube hasta una altura de 45cm. Cuál es la resiliencia del material de ensayo? 42. Una probeta de sección cuadrada de 15mm de lado está fabricada con un material que tiene una resiliencia de 38 J/cm 2. Si el péndulo de 30Kg cae desde 1m, qué altura alcanzará después de romper la probeta? 43. En un ensayo de dureza Rockwell cono, al aplicar una carga de 10Kg, el penetrador avanza 4µm. Al aplicar la carga de 140 Kg avanza una longitud adicional de 45µm, y al retirar los 140 Kg retrocede 6µm. Calcula la dureza HRC del ensayo. 44. Enuncie la regla de las fases de Gibbs. Mediante la aplicación de la regla de las fases de Gibbs deduzca los grados de liberta del pinto triple en el diagrama de equilibrio P-T para el agua pura. Qué consecuencias se derivan de dicho resultado? 45. Defina brevemente a. Solución sólida metálica b. Tipos de soluciones sólidas metálicas c. Línea de líquidus y línea de solidus d. Regla de las fases de Gibbs 46. Relacionado con metales totalmente solubles en estado sólido indique qué es una solución sólida y describa los tipos de soluciones sólidas existentes. Dibuje un diagrama de equilibrio (indicando las fases existentes). Relacionado con el diagrama dibuje la curva de enfriamiento desde el estado líquido al sólido de una aleación dada estableciendo la diferencia fundamental que presenta con respecto a la curva de enfriamiento de un metal en estado puro 47. Dibuje la curva de enfriamiento, temperatura frente a tiempo, para un metal puro que se enfría a presión constante en condiciones de equilibrio, desde el estado líquido, para los siguientes casos: a. El metal solidifica a 450ºC y posteriormente se enfría hasta la temperatura ambiente. b. El metal solidifica a 800ºC dando una estructura cristalina cúbica que posteriormente se transforma a 500ºC en otra hexagonal que permanece hasta la temperatura ambiente. c. Aplicar la regla de las fases de Gibbs en el caso del apartado a) para las temperaturas de 500 y 450ºC, y en el caso del apartado b) para 800 y 500ºC. 5

6 48. El diagrama de equilibrio de la figura corresponde al sistema de aleaciones de dos metales A y B total mente solubles en estado líquido y en estado sólido. a. Indique las diferentes fases que aparecen en el diagrama. b. Indique las temperaturas de fusión de los metales A y B. c. Es posible que exista en el diagrama que presente alguna eutéctica como constituyente? Justifique la respuesta. d. Para la aleación del 40% de metal B indique el porcentaje de fases existentes y su composición a 800ºC. e. Dibuje la curva de enfriamiento de dicha aleación (represéntala tomando como referencia las líneas del diagrama de equilibrio. 49. En la figura adjunta se muestran las curvas de enfriamiento para una aleación de dos metales A-B completamente soluble en estado sólido. Determine: a. La composición del eutéctico y la temperatura a la que solidifica b. El diagrama de fases indicando las fases en cada una de las áreas en que se subdivide el diagrama c. La proporción de los constituyentes (A-eutéctico) de una aleación 80% de A y 20% de B a temperatura ambiente I: metal A puro II: 70% A 30% B III: 40% A 60% B IV: 20% A 80% B V: metal B puro 50. Un metal A funde a la temperatura de 800ºC y otro metal B lo hace a 900ºC. En estado líquido ambos son completamente solubles. En el estado sólido B es parcialmente soluble en A mientras que A es totalmente insoluble en B, formando un eutéctico a 500ºC, que contiene un 30% de A. La máxima solubilidad de B en A es del 10% y se da a 500ºC, disminuyendo hasta el 0% a la temperatura ambiente. Se pide: a. Dibuje su diagrama de equilibrio, incluyendo las fases presentes en cada zona. b. Determine la temperatura a la que empieza a solidificar una aleación con el 70% de B, y la que tendrá cuando termine, de acuerdo con el diagrama dibujado. Trace la curva de enfriamiento de dicha aleación y también la de otra aleación con el 50% de A c. Cuáles son las fases de una aleación con el 15% de A a la temperatura de 200ºC? Determine su composición y cantidades relativas. 51. Para una aleación A-B con el diagrama de fases mostrado, se pide: 6

7 a. Temperaturas de solidificación de los metales puros A y B b. Porcentaje de metales A y B que tiene el eutéctico c. Porcentaje de las fases (α-β) de las que se compone el eutéctico a 900ºC y a temperatura ambiente d. Para una aleación del 65% de B y 35% de A, porcentaje de sus constituyentes (β-eutéctico) 52. En la figura adjunta se representa el diagrama de fases de la aleación de dos metales A-B. a. Determine la composición del eutéctico y la temperatura a la que solidifica. b. Indique los diferentes estados por los que pasa al enfriar desde el estado líquido al estado sólido, las temperaturas a las que se produce el cambio y las composiciones de las fases líquida y sólida, en los siguientes casos: c. Metal B puro d. Aleación con 80% de A y 20% de B 53. El diagrama de equilibrio de la figura corresponde a una aleación de dos metales con solubilidad total en estado líquido y con insolubilidad total en estado sólido. Construye una tabla con la temperaturas, las composiciones y los porcentajes de fases correspondientes a los puntos señalados. 54. Suponiendo el diagrama simplificado Fe-C de la figura, se pide: a. Porcentaje máximo de solubilidad de carbono en Feγ (austenita) y en Feα (ferrita) y temperaturas a las que existe esta máxima solubilidad. b. Temperatura de solidificación del Fe puro y de transformación del Feγ en Feα. c. Porcentajes de Fe y C en el eutéctico. Indique la temperatura a la que se forma este eutéctico. 7

8 d. Porcentaje de constituyentes (cementita-perlita) de un acero con el 2% de C a temperatura ambiente. 55. Suponiendo el diagrama simplificado Fe-C de la figura, se pide: a. Temperaturas de solidificación del hierro puro y de la ledeburita b. Porcentaje de fases que componen el eutectoide. Indique la temperatura a la que se forma el eutectoide. c. Porcentaje de constituyentes (ferrita-perlita) de un acero con el 0,5% de C a temperatura ambiente. 56. En el diagrama Fe-C simplificado de la figura adjunta, determine: a. Porcentaje máximo de solubilidad de C en Fe (austenita) y temperatura a la que existe esa máxima solubilidad. b. Temperaturas de solidificación del hierro puro y de la ledeburita (eutéctico). c. Porcentaje de fases (ferrita-cementita) que componen el eutectoide (perlita). Indique la temperatura a la que se forma el eutectoide. d. Porcentaje de constituyentes (ferrita-perlita) de un acero con el 0,5 % de C a temperatura ambiente. 57. Una fundición ferrítica con 3% de C se encuentra en equilibrio a la temperatura ambiente. Se sabe que la solubilidad del carbono en Feα a la temperatura ambiente es de 0,008%. Determine: a. Fases presentes en su composición b. Cantidades relativas de cada una de ellas 58. Una aleación de hierro y carbono que contenga un 3,5 % de carbono, se trata de un acero hipereutectoide o de una fundición hipoeutéctica? Razone la respuesta y describa las fases o los constituyentes que se podrían encontrar en dicha aleación a la temperatura ambiente. 59. Desde los puntos de vista de sus microestructuras y sus propiedades mecánicas, qué diferencias más importantes destacaría entre las fundiciones blanca y gris? 60. En la microestructura de una fundición gris ferrítica con un 3% de C, se observa ferrita y grafito. Se pide: a. Dibujar un esquema de cómo se vería al microscopio. b. Si se dispone de un kg de esta fundición, determine la masa total presente de cada una de sus fases. c. Comentar las aplicaciones industriales que tienen estos tipos de aleaciones. 61. Cómo debería enfriarse un acero calentado a 900ºC para que el tratamiento térmico realizado sea considerado: a. Recocido b. Temple c. Normalizado 62. a. Describa brevemente en qué consiste el tratamiento térmico del temple del acero indicando las propiedades que se consiguen. 8

9 b. Describa brevemente como se realiza el ensayo Jominy de templabilidad. 63. Las superficies exteriores de dos láminas de acero se encuentran recubiertas con Zn y Sn, respectivamente. Explique en cada caso cómo actúan ambos metales en la protección contra la corrosión del acero. Qué ocurriría en dichas láminas si, encontrándose en un medio corrosivo, se interrumpe el recubrimiento superficial en una pequeña zona del mismo? 64. Responda a las siguientes preguntas: a. Qué objeto tiene realizar un tratamiento térmico en una aleación? b. Concretamente en un acero, qué objeto tiene llevar a cabo un temple? 65. Definir oxidación directa y corrosión electroquímica. Explicar en qué consiste la protección anódica y la protección catódica 66. Indique que finalidad se persigue con los tratamientos de recocido y revenido. Indique brevemente como se realiza el recocido. 67. Si tomamos como referencia un acero hipoeutectoide en estado de recocido, responder: a. Si se desea aumentar en gran medida la dureza del acero mediante un tratamiento térmico, indique qué tratamiento térmico es necesario y en qué consiste. b. Establezca al modificación de constituyentes del acero tras el tratamiento al que se refiere el apartado anterior c. Indique en qué consiste el tratamiento de revenido de los aceros y para qué se realiza 68. En relación con los tratamientos térmicos principales de los aceros: a. Clasifíquelos en función de su velocidad de enfriamiento. b. Explique los principales efectos que se persiguen con cada tratamiento 69. Mecanismo de endurecimiento en metales; cita tres tipos de tratamientos y explica cada uno de ellos. 70. a. Cuál es el fundamento de los tratamientos térmicos a los que se somete el acero? b. Defina brevemente los siguientes constituyentes de los aceros: ferrita, martensita, perlita y cementita. 9