PROPIEDADES ESTRUCTURALES I SEMINARIO Nº 1: SOLIDIFICACION DE ALEACIONES y DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO

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Josefina Muñoz Ríos
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1 PROPIEDADES ESTRUCTURALES I SEMINARIO Nº 1: SOLIDIFICACION DE ALEACIONES y DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO Problema 1 En el diagrama de equilíbrio Al-Cu pueden identificarse las siguientes temperaturas y concentraciones características: Tm(Al)=660 o C, TE=548 o C, Xmax=5.65%, XE=33% en peso de Cu. Se sabe que el coeficiente de difusión de Cu en el líquido es DL= m 2 /s. Empleando estos datos y líneas rectas construya una versión simplificada del lado rico en Al del diagrama Cu-Al. Si se solidifica una aleación con 0.5% de Cu sin convección y con un frente plano a una velocidad de 5 m/s: a) Cuál es la temperatura de la intercara en el estado estacionario? b) Cuál es el espesor de la capa de difusión? c) Qué gradiente de temperatura en el líquido es necesario para mantener un frente plano? d) Responda los puntos anteriores para una aleación con 2% de Cu. Problema 2 a) Usando los datos del problema anterior, grafique, para una aleación con 2% de Cu, la variación de la concentración de Cu a lo largo de una barra solidificada unidireccionalmente, suponiendo que no existe difusión con el sólido y que el líquido está perfectamente mezclado en todo momento. b) Qué fracción de la barra solidificará con estructura eutéctica? c) Cuánta mezcla eutéctica se formaría al solidificar una aleación Al-Cu con 0.5% de Cu bajo las mismas condiciones? Problema 3 Suponga que una aleación de Ni con 2% de Al en peso se cuela dentro de un molde, dejando que solidifique dentro del mismo. Posteriormente, mediante examen metalográfico, se observa un espaciamiento medio de ramas dendríticas secundarias de 50 m. Se determina también, mediante una microsonda, que la concentración media de Al en el centro de una rama secundaria es de 1,4%, mientras que en el punto medio entre dos ramificaciones es de 2,6%. Calcule, por una metodología aproximada, el tiempo de recocido necesario para reducir la diferencia de concentración de Al entre ambas posiciones, a 0,2%. Considere que empleará temperaturas de recocido de 900, 1100 y 1400ºC. Realice un análisis crítico de la validez de sus cálculos, y del significado tecnológico de los resultados obtenidos.

2 Problema 4 Trabajando sobre el siguiente diagrama de equilibrio grafique las curvas de enfriamiento para el elemento puro A y para la aleación X1. Dibuje las correspondientes microestructuras a T1 y a temperatura ambiente, T0. Indique a qué corresponde cada uno de los cambios de pendiente en las curvas de enfriamiento. Problema 5 De acuerdo al diagrama de equilibrio del problema 4) al producirse la solidificación de la aleación X1, se observa que tanto el líquido como el sólido se enriquecen en soluto, siguiendo las líneas de líquidus y sólidus, respectivamente. Cómo explica este fenómeno si la cantidad total de soluto permanece constante? Problema 6 Busque en un manual, un diagrama de equilibrio de alguna aleación que presente transformación peritéctica y describa el enfriamiento de una aleación hipo y una hiper peritéctica. Represente además la microestructura esperable a diferentes temperaturas, indicando la composición química de las fases y su cantidad relativa. Problema 7 Trazar las curvas de energía libre vs concentración correspondientes al diagrama de equilibrio de la aleación Pb-Sn de la figura, para las siguientes temperaturas: T1 = 400 C; T2 = 327 C; T3 = 250 C; T4 = 232 C; T5 = 183 C; T6 = 100 C.

3 Problema 8 En el siguiente diagrama de equilibrio identifique: a) Las fases y compuestos químicos que hubiera. b) Las reacciones invariantes (descríbalas). c) Los puntos de fusión congruentes. d) Las temperaturas de puntos de fusión y cambios alotrópicos.

4 Problema 9 Ubique en el diagrama de equilibrio las temperaturas correspondientes a las curvas de energía libre que se observan en las figuras respectivas.

5 Problema 10: Represente esquemáticamente la macroestructura de un cordón de soldadura de una sola pasada. Compare con la macroestructura de un lingote y fundamente las diferencias. Problema 11: Desarrolle una expresión aproximada que muestre la variación del especiado interlaminar de un eutéctico (laminar) en función de la velocidad de avance o del subenfriamiento.

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Problemas de diagramas de equilibrio PROBEMA 1 os puntos de fusión del bismuto y antimonio son 271 ºC y 62,2 ºC respectivamente. Una aleación con un 5% de SB comienza a solidificar a 52 ºC formándose cristales con un contenido en Sb de un