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5/12/2018 Repaso_de_fundamentos Terminado - Copia - slidepdf.com

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Cuestionario De Fundamentos De Materiales

Nombre: Carlos Julio Calle.

CAPITULO 5

Movimientos de átomos y iones en los materiales

1.- ¿Qué entiende por difusión de sólidos y de que depende?

- La difusión indica el flujo neto de cualquier especie, como iones, átomos, electrones, vacancias y

moleculas. La difusión es el movimiento de los átomos en un material.

- La magnitud de este flujo depende del gradiente inicial de concentraciones y de la temperatura.

2.- Enumere algunas aplicaciones de la difusión y explique cada una de ellas. (Cementación,

nitruración, difusión de dopantes para dispositivos semiconductores, cerámicos conductores, materiales magnéticos,

fabricación de botellas de plástico y globos de millar)

- Cementación: Aplicación de carbono en la superficie del acero para aumentar la dureza superficial como en

los dientes de un engrane.

-Nitruración: introduce nitrogeno en la superficie de un material metalico.

-Difusión de dopantes para dispositivos semiconductores: Aplicado a la industria microelectronica con

dopantes tipo n y tipo p.

-Ceramicos conductores: comunmente son buenos aislantes pero hay como volverlos superconductores si

son dopados correctamente.

-Materiales magnéticos para discos duros: Bombardeo con haces de iones.

-Fabricación de botellas de plástico para bebidas y de globos de mylar: no siempre es benéfica la difusión,

en ciertos casos es deseable limitar el grado de difusión.

3.- ¿Qué entiende por difusión de vacancias?

En la autodifusión y en la difusión de átomos sustitucionales, un átomo deja su sitio de red y llena una

vacancia cercana.

4.- ¿Qué entiende por difusión intersticial?

Cuando en la estructura cristalina hay un átomo o un ion intersticial pequeño, se mueve de un sitio

intersticial a otro.

5.- ¿Qué es la energía de activación y la velocidad de difusión?



Energia de activación: Un átomo que se difunde debe oprimir o forzar a los átomos que lo rodean en su

paso para alcanzar un nuevo sitio.

Velocidad de difusión: La velocidad con que se difunden los átomos, iones, partículas en un material se

puede medir con el flujo J.

6.- Defina qué es el gradiente de concentración en un material.

Indica la forma en que la composición del material varía en función de la distancia.

7.- ¿Cuáles son los factores que afectan la difusión?

Temperatura y coeficiente de difusión: La cinética del proceso de difusión depende de la temperatura. El

coeficiente de difusión D se relaciona con la temperatura, de acuerdo con una ecuación de tipo Arrhenius.

D= D0exp(-Q/RT)

Q= es la energía de activación (en cal/mol)

D= coeficiente de difusión

R=Constante universal de los gases

T=Temperatura absoluta (K)

8.- Enumere las diferentes clases de difusión y explique cada una de ellas.

-Difusión volumétrica: Los átomos se mueven a través del cristal, de un sitio regular o intersticial a otro. A

causa de los átomos vecinos, la energía de activación es grande y la velocidad de difusión relativamente eslenta.

-Difusión en límite de grano: Difusión en el límite de grano porque el empaquetamiento de átomos es malo

en esas zonas y puede abrirse con mayor facilidad, la energía de activación es baja.

-Difusión superficial: Es la más fácil, porque en la superficie hay menores restricciones para los átomos que

se difunden.

9.- ¿Qué entiende por dopado y dopante en diferentes materiales?

Dopado: Proceso para introducir átomos de dopante en semiconductores como el silicio.

Dopante: Elemento o compuesto que se agrega en forma deliberada, por lo general, en concentraciones

conocidas y en lugares conocidos, para tener un efecto positivo sobre las propiedades de un material.

10.- Explique cómo se efectúa el crecimiento de grano por difusión.



El resultado es que los granos pequeños se encogen y desaparecen, y otros granos se agrandan, de forma

parecida a como las burbujas en la espuma de jabon se agrandan a expensas de las mas pequeñas.

11.- Defina. Coeficiente de difusión.

Coeficiente que depende de la temperatura; se relaciona con la rapidez con que se difunden atomos, iones u

otras especies. El coeficiente de difusión depende de la temperatura, la composición y la microestructura

del material anfitrión y también de la concentración de la especie que se difunde.

12.- Que relaciona la primera Ley de Fick.

La primera ley de Fick explica el flujo neto de átomos:

J=-D(dc/dx)

Donde J es el flujo, D es la difusidad o coeficiente de difusión(cm2/seg) y dc/dx es el gradiente de

concentración (átomos/cm3xcm)

13.- En el tratamiento de cementación para aceros ¿Cuáles son las especies que se

difunden?

Las especies que se difunden son los carbonos.

14.- ¿Por qué se usa plástico PET para fabricar botellas para bebidas carbonatadas?

Se usa plástico PET para fabricar botellas que aseguren que las bebidas carbonatadas que contienen no

pierdan su presión durante un tiempo razonable.

15.- ¿Por qué el aluminio que se oxida con mayor facilidad que el hierro, se considera

normalmente que no se oxida?

El oxido de aluminio, forma una capa muy protectora, pero delgada, sobre la superficie de aluminio,

impidiendo la difusión del oxigeno e inhibiendo la posterior oxidación del aluminio en el interior. La capa de

oxido no tiene olor y es delgada, por consiguiente es invisible; por lo cual se considera que el aluminio no se

oxida.

16.- ¿Qué es el galvanizado, cincado, niquelado, cromado, y sus posibles aplicaciones?

Galvanizado: protege la superficie de algún metal, y es el proceso por el cual se puede cubrir un metal con

otro, El galvanizado más común consiste en depositar una capa de zinc (Zn) sobre hierro (Fe). Mayormente

en tuberías.

Cincado: Es la aplicación de un revestimiento de zinc sobre el acero. Las piezas de acero se colocan en una

solución de sales de zinc. Bajo la influencia de una corriente continua, se deposita una capa de zinc en la

superficie del acero.

Niquelado.- El niquelado es un recubrimiento metálico de níquel, realizado mediante baño electrolítico, que

se da a los metales, para aumentar su resistencia a la oxidación y a la corrosión y mejorar su aspecto, usado

mayormente en elementos ornamentales.



Cromado.- es obtenido por la deposición electrolítica de cromo sobre un acero con bajo contenido de

carbono. Se forma una película de cromo metálico y óxidos de cromo en ambas caras. Se utiliza

principalmente en metalurgia para aportar resistencia a la corrosión y un acabado brillante.

CAPITULO 6

Propiedades y comportamiento mecánico

1.- ¿De que dependen las propiedades mecánicas de los materiales?

Las propiedades mecanicas de los materiales dependen de su composición y de su microestructura,

naturaleza de sus enlaces, estructura cristalina, y defectos (dislocaciones y tamaños de grano) de un

material.

2.- ¿Cuáles son las propiedades mecánicas de los materiales y explicar cada una de ellas?

ELASTICIDAD.- Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha

desaparecido la fuerza que los deformaba.

PLASTICIDAD.- Habilidad de un material para conservar su nueva forma una vez deformado. Es opuesto a la

elasticidad.

DUCTILIDAD.- Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos (por ejemplo, cobre, oro,

aluminio, etcétera).

MALEABILIDAD.- Aptitud de un material para extenderse en láminas sin romperse (por ejemplo, aluminio,

oro, etc.).

DUREZA.- Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro o, lo que es igual, la

resistencia al desgaste.

FRAGILIDAD.- Es opuesta a la resiliencia. El material se rompe en añicos cuando una fuerza impacta sobre él.

TENACIDAD.- Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de

deformación.

FATIGA.- Deformación (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables, inferiores a

la de rotura, cuando actúan un cierto tiempo o un número de veces.

MAQUINABILIDAD.- Facilidad que tiene un cuerpo a dejarse cortar por arranque de viruta.

ACRITUD.- Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la

deformación en frío.

COLABILIDAD.- Aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde.

RESILIENCIA.- Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos.



3.- ¿Qué entiende por rigidez y tenacidad?

Rigidez: es una medida cualitativa de la deformación elástica producida en un material.

Tenacidad: es la medida cualitativa de la energía necesaria para causar la ruptura de un material

4.- Defina “módulo de elasticidad”

Es una medida de la rigidez de un material, depende de las fuerzas de los enlaces interatómicos y de la

composición, no depende mucho de la microestructura.

5.- Explicar el diagrama esfuerzo – deformación

El diseño de elementos estructurales implica determinar la resistencia y rigidez del material estructural,

estas propiedades se pueden relacionar si se evalúa una barra sometida a una fuerza axial para la cual se

registra simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento producido. Estos valores permiten determinar

el esfuerzo y la deformación que al graficar originan el denominado diagrama de esfuerzo y deformación.

CAPITULO 7

Endurecimiento por deformación y recocido

1.- Realizar un cuadro sinóptico de las diferentes técnicas de endurecimiento en los

materiales.

- Aumento de la densidad de las dislocaciones

- Disminución del tamaño de grano

Técnicas - Adición de elementos aleantes

de - Dopado de elementos (cementados)

Endurecimiento - Cambio de estructuras

- Trabajo en frío o deformación

- Trabajo en caliente

- Tratamiento térmico entre ellos el recocido

2.- ¿Qué es el endurecimiento por deformación o trabajado?

Es el endurecimiento que se debe o se obtiene durante el trabajo en frío como el doblado, estampado,

embutido, rolado, perfilado, etc. Esto se debe al aumento de densidad de dislocaciones o al aumento de

dislocaciones presentadas por los diferentes esfuerzos aplicados durante los diferentes procesos.



3.- Explique el principio físico del endurecimiento por deformación y cite algunos

ejemplos.

Principio Físico: Se debe entender el concepto de esfuerzo – deformación unitaria de un material dúctil.

(Capacidad de un material para formar hilos y de estirarse)

Sigma y: Resistencia a la cedencia. El material resiste a un esfuerzo aplicado y este regresa a su forma

original. Dentro de la zona elástica.

Sigma 1: El esfuerzo máximo aplicado para vencer la resistencia a la cedencia. (Límite en que el material

puede regresar a su forma inicial). Desde aquí empieza la zona plástica.

Sigma 2: El esfuerzo máximo para sobrepasar la zona plástica.

Esfuerzo de fluencia: Es el esfuerzo en cada una de las zonas marcadas por los esfuerzos máximos

permisibles de cada material.

Cada vez que se aplique un esfuerzo mayor, el esfuerzo de fluencia y la resistencia (máxima) a la tensión

aumentan, y la ductibilidad disminuye. Al final el material metálico se fortalece hasta que el esfuerzo de

fluencia y las resistencias (máximas) a la tensión y a la rotura son iguales, y no hay ductibilidad. En este

punto el material metálico ya no se puede deformar plásticamente.

4.- ¿Qué es el recocido?

Es un tratamiento térmico para eliminar algunos o todos los efectos del trabajo en

frio. Se puede usar el recocido a baja temperatura para eliminar los esfuerzos

residuales que se producen durante el trabajo en frio, sin afectar las propiedades

mecánicas de la parte terminada; también se puede usar para eliminar por

completo el endurecimiento por deformación que se desarrolla durante el trabajo

en frio. Es este caso, la parte obtenida es suave y dúctil pero sigue teniendo un

buen acabado superficial y exactitud dimensional. Después de recocer, podría

hacerse mas trabajo en frio, porque se restituye la ductilidad.

Para los vidrios es un tratamiento térmico que hace desaparecer esfuerzos

inducidos térmicamente.

5.- ¿Cuáles son las variables a considerar en el proceso de recocido?

La temperatura de recristalización

Es la temperatura a la que los granos de la microestructura trabajada en frío

comienza a transformarse en nuevos granos equiáxicos y sin dislocaciones. Esta



temperatura no es fija, está influida por una diversa de variables de

procesamiento:

La temperatura de recristalización disminuye cuando aumenta la cantidad de

trabajo en frío.

Un menor tamaño de grano original trabajado en frío reduce la temperatura.

Los metales puros se recristalizan a menores temperaturas.

Al aumentar el tiempo de recocido se reduce la temperatura de recristalización.

El tamaño de los granos recristalizados.

Varios factores influyen sobre el tamaño de los granos recristalizados.

- Al reducir la temperatura de recocido el tiempo necesario para llegar a ella, o

el tiempo de recocido, se reduce el tamaño de grano, porque se minimiza la

oportunidad de que crezca el grano.

- Si se aumenta el trabajo en frio inicial también se reduce el tamaño final del

grano, porque se proporciona mayor cantidad de sitios para nuclear nuevos

granos.

- La presencia de una segunda fase en la microestructura ayuda a evitar el

crecimiento de los granos y mantiene pequeño el tamaño del grano

recristalizado.

6.- ¿Qué es el trabajo en caliente?

- Trabajo en caliente: Un material es procesado en caliente cuando estamos procesándolo por

encima de la temperatura de recristalización.

Durante el trabajo en caliente los granos anisotrópicos alargados se recristalizan de

inmediato. Si se controla bien la temperatura de trabajo en caliente, el tamaño del grano

trabajado en caliente puede ser muy pequeño.

7.- ¿Cuál es el comportamiento de los tamaños de grano en el recocido como en el trabajo

en caliente?

- Durante el trabajo en caliente los granos anisotrópicos alargados se recristalizan de

inmediato. Si se controla bien la temperatura de trabajo en caliente, el tamaño del grano

trabajado en caliente puede ser muy pequeño.



8.- ¿Qué relación hay que considerar entre los materiales isotrópicos y aniso trópicos en el

recocido?

- Las propiedades finales en las partes trabajadas en caliente no son isotrópicas. Los

rodillos de laminación o los dados, que por lo general están a menor temperatura que el

metal, enfrían la superficie con mas rapidez que el centro de la parte. Entonces, la

superficie tiene un tamaño de grano mas fino que en el centro. Además, se produce una

estructura fibrosa porque las inclusiones y las partículas de segunda fase se alargan en la

dirección del trabajo.

CAPITULO 8

Principios de solidificación

1.- ¿Cuál es el principio de la solidificación?

Durante la solidificación los materiales que cristalizan, el arreglo atomico de los

materiales cristalizados cambia de un orden de corto alcance a uno de largo alcance.

Los materiales se solidifican al enfriarse por debajo de su temperatura de solidificación.

- De todas las técnicas de procesamiento que se usan en la manufactura de materiales, es

posible que la solidificación sea la más importante.

La solidificación en materiales cristalinos requieren dos pasos:

Primero: Se forman en el líquido pequeños cristales ultrafinos, llamados núcleos de la fase

sólida.

Segundo: Los pequeños cristales empiezan a crecer a medida que los átomos en el líquido

se adhieren a los núcleos hasta que ya no queda líquido.

2.- ¿Qué es la nucleación?



- Nucleación: Indica la formación de los primeros cristales de nano tamaño en el material

fundido. Ejemplo: cuando el agua empieza a congelarse primero se forma hielo de nano

tamaño, llamados núcleos. Podemos también considerar en el caso de la condensación, de

vapor a líquido. Después veremos como núcleos de un de un sólido beta de un material

alfa nuclean en la composición.

3.- Hable sobre el refinamiento de grano y la inoculación.

-Refinamiento de grano.- adicion en forma controlada de nucleos heterogéneos para

aumentar la cantidad de granos en una pieza colada.

- inoculación.- adicion de nucleos heterogéneos en forma controlada para aumentar la

cantidad de granos en una pieza vaciada o colada

CAPITULO 9

Soluciones sólidas y equilibrio de fases

1.- ¿Que entiende por fase, en cada uno de los estados de la materia?

- toda porción, que puede incluir a la totalidad de un sistema, que es físicamentehomogénea dentro de si misma y limitada por una superficie , de tal modo que sea

mecánicamente separable de cualquier otra porción.

2.- Existen fases dentro de la fase sólida. Por qué

Si, porque un material puede tener mas de una estructura cristalina, estables a distintas

condiciones de temperatura y presión

3.- ¿Cuáles son las características de una fase?

- tiene la misma estructura o arreglo atomico en su interior.

- aproximadamente, tiene la misma composición y propiedades en su interior.

- tiene una interfaz definida entre esta y las fases que la rodean o están adjuntas.



4.- Hable sobre la regla de las fases o la regla de Gibbs.

- describe la relación entre la cantidad de componentes y la cantidad de fases para

determinado sistema y las condiciones que pueden cambiarse)presión, temperatura, etc)

Tiene la forma general: 2+C = F+P (cuando puede variar la temperatura y la presión a la

vez)

C es la cantidad de componentes químicamente independientes

F cantidad de grados de libertad – cantidad de variables

P cantidad de fases.

- supone que hay equlibrio termodinamico y que las condiciones de equilibrio durante elprocesamiento de materiales no se mantienen.

5.- ¿Qué entiende por solubilidad ilimitada y limitada?

- solubilidad ilimitada.- cuando es ilimitada la cantidad de un material que se disuelve en

un segundo material sin crear una segunda fase.

- solubilidad limitada.- cuando solo se puede disolver una cantidad máxima de un soluto

en un solvente.

6.- ¿Qué son los elementos dependientes e independientes?

- no hay

7.- Defina “Endurecimiento por solución sólida”

- aumento de la resistencia de un material metalico por la formación de una solución

solida.

8.- Realice un análisis entre la resistencia a la cedencia y el porcentaje de elemento

aleante pgn. 421



Grafica.

9.- Aplicación de la regla de palanca. Ejemplos 9-9 y 9-10.

Ejempolos libro . (dijo q eso no toma )

10.- Hable sobre la relación entre propiedades y el diagrama de fases.

- las propiedades mecánicas de una serie de aleaciones cobre - niquel se relacionan con el

diagrama de fases. Cambia por ejemplo la resistencia del cobre aumenta debido al

endurecimiento por solución solida hasta que se le agraga un 60% de Ni. El Ni puro se

endurece al agregarle cobre hasta un 40%. La resistencia máxima se obtiene con una

aleación de niquel con 60% ce cobre. El máximo se acerca mas al lado del niquel puro en

el diagrama de fases, porque el niquel puro es mas resistente que el cobre puro.

CAPITULO 10

Endurecimiento por dispersión y diagramas de fases eutécticas

1.- ¿Qué entiende por endurecimiento por dispersión? Concepto de matriz y precipitado

-aumento de la resistencia de un material al formar mas de una fase. Con un buen control de tamaño , forma, cantidad

y propiedades individuales de las fases, se pueden obtener excelentes combinaciones de propiedades.

- Matriz.- fase solida continua en una microestructura compleja. Se pueden formar partículas de fase solida dispersa

dentro de la matriz.

- Precipitado.- fase solida que se forma en la fase original de la matriz cuando se rebasa el limite de solubilidad.

Frecuentemente usamos el termino precipitado en lugar de partículas de fase dispersa, para las aleaciones formadas

por endurecimiento por precipitación o por envejecimiento.

En la mayoría de los casos tratamos de controlar la formación de partículas precipitadas de segunda fase para obtenerel endurecimiento optimo por dispersión o endurecimiento por envejecimiento.

2.- ¿Qué es una reacción eutéctica?



- reacción invariante de tres fases , en la que una fase liquida se solidifica y produce dos

fases solidas.

3.- Describa las consideraciones generales para determinar cómo las características de la

matriz y la fase dispersa afectan a las propiedades de una aleación.

-la matriz debe ser suave y ductil aunque la fase dispersa debe ser dura y fuerte. Las

partículas de la fase dispersa interfieren con el deslizamiento, mientras que la matriz

proporciona al menos cierta ductilidad a la aleación.

- la fase dispersa dura debe ser discontinua, mientra que la matriz suave y ductil debe ser

continua, si la fase dura y frágil fuera continu, las grietas podrían propagarse por toda la

estructura

- las partículas de la fase dispersa deben ser pequeñas y numerosas para aumentar la

probabilidad de interferir con el proceso de deslizamiento, ya que el área de la interfazentre fases aumenta en foma importante.

- las partículas de la fase dispersa deben ser redondas, y no aciculares o con aristas

agudas, porque es menos probable que la forma redondeada inicie una grieta o que actue

como una muesca.

- mayores concentraciones de la fase dispersa aumentan la resistencia de una aleación.

4.- ¿Qué es un compuesto intermetálico?

- compuesto formado por dos o mas metales, que tiene su composición, estructura y

propiedades propias y únicas.

5.- Que entiende por compuesto intermetálico estequiométrico y no estequiométrico.

- compuesto intermetálico estequiométrico.- fase formada por la combinación de dos

componentes que resulta en un compuesto que tiene estructura y propiedades distintas

de las de cualquiera de los componentes. tienen una relación fija de los componentes.

- compuesto intermetálico no estequiométrico.- fase formada por la combinación de dos

componentes para formar un compuesto que tiene una estructura y unas propiedades



distinta s de las de cualquiera de los componentes. Tiene una relación variable de

componentes. Tiene un intervalo de composiciones.

6.- ¿Cuáles son las cinco reacciones de tres fases más importantes en los diagramas

binarios de fases?

-Eutéctica, peritectica, monotectica (liquido - solido)

-Eutectoide, peritectoide (solido)

ANALISIS DE DIAGARAMAS DE FASES

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