MATERIA: TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II SOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SÓLIDO Y EN ESTADO LÍQUIDO
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- Rosario Alvarado Lucero
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1 IES PABLO RUIZ PICASSO- DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA RELACIÓN DE ACTIVIDADES MATERIA: TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II SOLUBILIDAD SOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SÓLIDO Y EN ESTADO LÍQUIDO 1.- A partir del diagrama de equilibrio de una aleación de dos metales A y B totalmente solubles tanto en estado líquido como sólido. Para una aleación de concentración Co=50% de A, realiza un análisis de número de fases, concentración de las fases y cantidades relativas a las temperaturas:1000ºc, 900ºC y 800ºC. Sol: Para T = 1000 ºC, F = 1 (líquido); Co = 50% A Para T = 900 ºC, F = 2 (líquido+sólido); Cs = 30% A, Cl = 61% A; ωs = 35,5 %, ωl = 64,5 % Para T = 800 ºC, F = 1 (sólido); Co = 50% A.
2 2.- A partir del diagrama de equilibrio de una aleación de dos metales A y B de totalmente solubles tanto en estado líquido como sólido. Una aleación de Co=40% de A, se calienta hasta que se encuentra en la zona bifásica. La composición de la fase sólida resulta ser CS=30% de A. Calcular: a) A qué temperatura se encuentra la aleación y cuál es la composición de la fase líquida. b) Cantidades de cada una de las fases. a) T = 900 ºC; Cl = 62 % de A. b) ωs = 63 %, ωl = 37 % SOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO LÍQUIDO E INSOLUBILIDAD TOTAL EN ESTADO SÓLIDO 1.- El bismuto y el cadmio se supone que son totalmente solubles en estado liquido y totalmente insolubles en el estado sólido, formando un eutéctico a 143,3 ºC con un contenido en Cd de un 40%. Se pide a) Dibujar a escala el diagrama de equilibrio de este sistema, indicando sobre él los nombres de todos los puntos, líneas y zonas. b) Dada una aleación compuesta de un 70% de Cd, indicar: la temperatura inicial de solidificación, temperatura final de solidificación, composición química y las cantidades relativas de las fases presentes a una temperatura 40 ºC por debajo de la temperatura inicial de solidificación y dibujar la curva de enfriamiento. Nota: Dibujar el diagrama de equilibrio suponiendo rectas todas las líneas DATOS: Punto de fusión Bi = 271 ºC Punto de fusión Cd = 321 ºC
3 a) b) Tis = 230 ºC, Tif = 143,3 ºC, % L = 75 % y Cd = 25 %. 2.- Ejercicio PAU 2004/2005 En la figura adjunta se muestran las curvas de enfriamiento para una aleación de metales A-B completamente soluble en estado líquido e insoluble en estado sólido. Determine: a) La composición del eutéctico y temperatura a la que solidifica. b) El diagrama de fases, indicando las fases existentes en cada una de las áreas en que se subdivide el diagrama. c) La proporción de los constituyentes (A-eutéctico) de una aleación con 80 % de A y 20 % de B a temperatura ambiente.
4 a) La aleación eutéctica es aquella que sólo tiene una temperatura de solidificción y no un intervalo. Y además es la aleación de menor temperatura de fusión o solidificación. Por tanto la aleación eutéctica es la aleación III (40%A - 60%B) y su temperatura de solidificación es 600ºC b) c) Primero hayamos las cantidades totales de A y B, en el punto : 80% de A y 20% de B. Luego calculamos las cantidades en el eutéctico: 40% de A y 60% de B Y comparamos las cantidades que corresponden al eutéctico. En el punto c se compara la cantidad de B, puesto que es todo de procedencia eutéctica. Resolviendo la cantidad de A eutéctico es X = 13,3 %
5 SOLUBILIDAD TOTAL EN ESTO LÍQUIDO Y SOLUBILIDAD PARCIAL EN ESTADO SÓLIDO 1.- Sea el siguiente diagrama de fases de la aleación de los metales A-B. Comente los estados por los que pasa cuando se enfría desde el estado líquido hasta temperatura ambiente, indicando, para una aleación del 40 % de B: a) Número de fases, composición de cada fase y cantidad o proporción de cada fase en el punto a. b) Número de fases, composición de cada fase y cantidad o proporción de cada fase en el punto b. c) Número de fases, composición de cada fase y cantidad o proporción de cada fase en el punto c. a) F = 1 (líquido); Líquido (60% A; 40 % B); Wl = 100 %. b) F = 2 (líquido + α); Líquido (50% A; 50 % B), Sólido (97% A; 3% B) ;Wl = 78,7 %, Ws = 21,3 %. c) F = 2 (sólido α + sólido (α + β)); sólido α (95% A; 5 % B), Sólido β (8% A; 92% B) ;Wα = 59,8 %, W β= 40,2 %; Wα(eutéctico) = 36,1 %, Wβ (eutéctico) = 63,9 %; Wα(proeutéctico) = 37,01 %. W(α+ β) eutéctico = 62,72% 2.- Los puntos de fusión del plomo y del estaño son 326,6 ºC y 232,2 ºC respectivamente. Cuando la aleación contiene un 60 % de Sn forma un eutéctico que solidifica a 182,2 ºC. La solubilidad máxima en estado sólido, a esta temperatura del Sn en el Pb es del 19 % y del Pb en el Sn del 2,5 %. Suponiendo que la solubilidad mutua a la temperatura ambiente es despreciable. Se pide: a) Dibujar el diagrama.
6 b) Composición química y cantidades relativas de las fases presentes de una aleación del 40 % de Sn a 200 y 182 ºC. c) Dibujar la curva de enfriamiento de esta aleación. d) Representar la microestructura de dicha aleación, a temperatura ambiente, con indicación de las fases y constituyentes estructurales. a) b) 40 % de Sn a 200 y 182 ºC. A 200 ºC : L (53 % Sn) + α (17 % Sn) W% α = 36,11 % W% L = % A 182 ºC : α (19 % Sn) + β (97.5 % Sn) % α = 73,25 % % β = 26,75 % c) curva enfriamiento 40 % Sn
7 d) Solución sólida α ( 0% Sn, es decir 100% Pb) y solución sólida β ( 100 % Sn) W% α = 60 % W% β = 40 % W% eutéctico = 66,67 % W% α libre = 33,33 % DIAGRAMA HIERRO-CARBONO 1.- Del diagrama hierro-carbono que se adjunta, se pueden extraer los siguientes datos: - A 960 ºC el carbono puede disolverse en austenita hasta un 1,5 %. - A 600 º C el carbono puede disolverse en ferrita hasta un 0,067 %. Se desea saber las fases presentes y su composición: a) En una aleación con un 1% de carbono, a las temperaturas de 600 y 960 ºC. b) En una aleación con un 2% de carbono, a la temperatura de 960 ºC. a) A 600 ºC: Hierro α y cementita. % Feα = 85,87 % % Fe3C= 14,13 % A 960 ºC: 100% austenita puro. b) A960 ºC: Austenita y cementita. % Austenita = 90,33 % % Cementita = 9,67 %
8 2.- Un acero de composición eutectoide (0,77%C) se enfría lentemente desde 750 ºC hasta una temperatura justo por debajo de la eutectoide (727 ºC ΔT). Determinar las fracciones de los constituyentes que se formarán. Nota: considérese que la composición eutectoide es del 0,77% de carbono y el límite de solubilidad del carbono en α-ferrita es para una composición del 0,022% de carbono. Wcementita = 11,25%; Wα = 88,75%; capas alternadas de cementita y ferrita llamada perlita. 3.- Un acero hipoeutectoide con una composición del 0,5% de carbono, se enfría lentamente desde 950 ºC hasta la temperatura ambiental. Determinar: a) Las fracciones de austenita y ferrita proeutectoide que contendrá el acero cuando se halle a una temperatura justo por encima de la eutectoide (727ºC + ΔT). b) Las fracciones de ferrita y cementita que contendrá el acero cuando se encuentre a una temperatura justo por debajo de la temperatura eutectoide (727 ºC ΔT). c) Las cantidades relativas de ferrita eutectoide y ferrita proeutectoide que tendrá el acero a una temperatura justo por debajo de la eutectoide (727 ºC ΔT). Nota: considérese que la composición eutectoide es del 0,77% de carbono y el límite de solubilidad del carbono en α-ferrita es para una composición del 0,022% de carbono. a) Wγ = 64%; Wα = 36 %. b) Wα = 92,72%(total); Wcementita = 7,22%. c) Wαp = 36%; WαE = 56,78%; Wperlita = 64%. 4.- Un acero hipereutectoide con una composición del 1,2% de carbono, se enfría lentamente desde 950 ºC hasta la temperatura ambiental. Determinar: a) Las fracciones de austenita y cementita proeutectoide que contendrá el acero cuando se halle a una temperatura justo por encima de la eutectoide (727ºC + ΔT). b) Las fracciones de ferrita y cementita que contendrá el acero cuando se encuentre a una temperatura justo por debajo de la temperatura eutectoide (727 ºC ΔT). c) Las cantidades relativas de cementita eutectoide y cementita proeutectoide que tendrá el acero a una temperatura justo por debajo de la eutectoide (727 ºC ΔT). Nota: considérese que la composición eutectoide es del 0,77% de carbono y el límite de solubilidad del carbono en α-ferrita es para una composición del 0,022% de carbono.
9 a) Wγ = 92,71%; Wcementita =7,29% b) Wα = 82,28%(total); Wcementita = 17,72% (total). c) Wcementitapro = 7,29%; WcementitaE = 10,47%; Wperlita = 92,71%. 5.- Una fundición de composición eutéctica (4,30%C) se enfría muy lentamente desde 1200 ºC hasta la temperatura ambiental. Empleando el diagrama Fe-C propuesto, determinar: a) Las fracciones de austenita y cementita que contendrá la aleación cuando se halle a una temperatura justo por debajo de la eutéctica (1148 ºC ΔT). b) Las cantidades relativas de austenita y las distintas clases de cementita que contrendrá la fundición a una temperatura justo por encima de la eutectoide (727 ºC + ΔT). a) Wγ = 51,97%; Wcementita =48,03% b) Wγ = 40,17%; Wcementita (total) =59,83%; Wcementita etutéctica = 48,03% y un 11,80% de cementita proeutectoide.
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