EXAMEN DE METALOTECNIA (E.T.S.I.I.) 1ª PRUEBA PERSONAL, SEPTIEMBRE DE 2001 SOLUCIONES 7 = 0.5 A

Transcripción

1 EXAMEN DE METAOTECNIA (E.T.S.I.I.) 1ª PRUEBA PERSONA, SEPTIEMBRE DE 2001 SOUCIONES 1) En su estado fundamental, un átomo posee cierto número de electrones, protones y neutrones. Qué tipo de partícula es la que, al variar su número, da lugar a isótopos de dicho átomo?. Qué tipo de partículas son las que, al variar su número, dan lugar a distintos estados de ionización de dicho átomo?. 0.5 puntos. El neutrón es la partícula, cuya variación de su número da lugar a isótopos. El electrón es la partícula, cuya variación de su número en la capa atómica externa da lugar a distintos estados de ionización atómicos. 2) Determinar los valores de la intersección con los ejes x, y, z, de un plano cuyos índices de Miller son (3, 6, 2). Suponiendo que dicho plano pertenezca a una estructura cristalina cúbica de parámetro de red igual a 3.5 Å, calcular la distancia interplanar. 1 punto. i) se calculan los inversos de los índices de Miller (1/3, 1/6, 1/2) ii) a partir del mínimo común múltiplo de estas fracciones (que es 6) se calculan los enteros más pequeños que guarden la misma relación (6/3, 6/6, 6/2) (2, 1, 3). Por tanto la intersección con los ejes x, y, z serían 2, 1, 3 respectivamente. iii) Al tratarse de una estructura cúbica la distancia interplanar viene dada por: d = a h 2 + k 2 + l 2 = = = 0.5 A 3) Cómo se define el plano de deslizamiento de una dislocación?. Cuántos planos de deslizamiento tienen las dislocaciones en arista y helicoidales? Por qué?. 0.5 puntos. El plano de deslizamiento de una dislocación es el definido por la línea de dislocación y el vector de Burgers. En el caso de una dislocación en arista, al ser el vector de Burgers normal a la línea de dislocación, el plano de deslizamiento es único. En el caso de una dislocación helicoidal, al ser el vector de Burgers paralelo a la línea de dislocación, el plano de deslizamiento no es único, ya que el número de planos que contienen a la línea de dislocación y/o al vector de Burgers es infinito. 4) Un material se somete a un esfuerzo de tracción constante F durante un tiempo t comprendido entre t = 0 y t = t 0, de manera que para t > t 0 se suprime instantáneamente la carga F. Representar la gráfica de la evolución de la deformación ( ) con el tiempo (t) en el caso de un material que se comporta de manera mixta, con componentes elástica, y viscoelástica. Señalar sobre la gráfica la magnitud de cada una de estas dos componentes. 1 punto.

2 D C B A 0 to as componentes de la deformación sobre el eje de ordenadas son: AB = DC: componente elástica. Se recupera instantáneamente al desaparecer la carga. BD = AC: componente viscoelástica. No se recupera instantáneamente al desaparecer la carga. t 5) Reforzamiento por solución sólida. 1 punto. Ver apartado 7.4 6) El diagrama de fases del sistema binario A-B presenta una transformación isoterma a 1200ºC cuyo producto resultante es una fase terminal, la cual posee una máxima solubilidad de B en A del 55% y una mínima solubilidad de B en A del 45% a 800ºC, siendo la temperatura de fusión del metal A de 950ºC

3 T A composición % B a) Completar el diagrama de fases del sistema, definiendo las curvas y transformaciones características 1800 así como las fases presentes en cada región del mismo. b) Estudiar las transformaciones, desde el estado líquido hasta 800ºC, de la aleación con un 50%B, 1700 indicando las fases y cantidades relativas a las temperaturas de 1202, 1198, 1100 y 800ºC. c) Esquematizar las microestructuras más significativas del sistema SOUCIÓN EJERCICIO 1 a) Diagrama, 1400 curvas, transformaciones y fases del sistema T β

4 A composición % B Curvas del sistema Curva de líquidos: Curva de sólidos: Curva de solvus: Fases del sistema: = solución líquida homogénea de A y B α = solución sólida terminal de B en A, producto de la transformación peritéctica, con solubilidad máxima del 55% a la temperatura peritéctica y mínima del 45% a 800ºC. β = solución sólida terminal de A en B con solubilidad máxima de 10% a la temperatura peritéctica y mínima del 5% a 800ºC. Transformaciones características A 1200ºC, se produce una transformación peritéctica cuyo resultado es la formación de una fase terminal (solución sólida terminal α): +β α b) Estudio de la aleación del 50% a aleación del 50% de B a la temperatura de 1600ºC se encuentra en estado líquido formando una solución líquida ya que ambos metales son solubles entre si. En el enfriamiento de la misma, a 1520ºC comienza la solidificación con la aparición de los primeros núcleos sólidos de la fase β. Desde esta temperatura hasta 1201ºC progresa el crecimiento dendrítico de la fase sólida β.. A 1200ºC se produce la transformación peritéctica a temperatura constante, reaccionando parte de la fase líquida con la totalidad de la fase sólida β. para formar una nueva fase sólida α, diferente de la anterior. Desde ésta temperatura hasta la curva de sólidos progresa la solidificación del líquido a fase α. Una vez completada la solidificación, la aleación es monofásica, con la particularidad que en el enfriamiento posterior se produce una variación de la solubilidad mostrada por la curva de solvus, de forma que a 800ºC la aleación está formada por dos fases, la fase α y la fase β segregada como consecuencia del cambio de solubilidad. a descripción anterior corresponde al enfriamiento en equilibrio según el diagrama. Ahora bien, la transformación peritéctica se produce alrededor de los granos de la fases β primaria en contacto con el líquido, formando a su vez una película de fase α como producto de la transformación. a progresión de la transformación necesita de la difusión de la fase β primaria a través de la capa de fase α para ponerse en contacto con más líquido y continuar la reacción.por esto la transformación peritéctica es lenta y rara vez se completa, por lo que las microestructuras obtenidas pueden alejarse de las previstas por el diagrama de equilibrio. fase β primaria

5 fases α A 1202ºC B(s) b aleación β A 1198ºC B a aleación α A 1100ºC Una sola fase α A 800ºC α B β α aleación β

6 Aplicando la regla de la palanca y realizando los cálculos, los resultados se muestran en la siguiente tabla: Aleación 50%B Temperatura Fases Composición Cantidad relativa 1202ºC 32%B 69% 68%A β 90%B 31% 10%A 1198ºC 30%B 20% 70%A α 55%B 80% 45%A 1100ºC α 50%B 100% 50%A 800ºC α 45%B 90% 55%A β 95%B 5%A 10% d) Microestructuras Zona I: Zona II: Zona III

7 Zona IV Zona V