NOTA: Al final de la relación se incluyen los DF

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CURSO 2006/07
Tema 7 Diagramas de Fase– PROBLEMAS BÁSICOS
NOTA: Al final de la relación se incluyen los DF necesarios para la
resolución de los problemas
1)
Una aleación 30% en peso de Ni-70% en peso de Cu se calienta hasta la
región en que coexisten la fase sólida α y la fase líquida. Si la composición
de la fase α es 40% en peso de Ni, determinar, haciendo uso del diagrama
Cu-Ni:
a) Temperatura de la aleación
b) Composición de la fase líquida
c) Fracciones de las dos fases
(SOL: a) 1233ºC, b) 28% Ni, c) Wα=0.17, WL=0.83)
2)
Una aleación Cu-Ni con un 60% en peso de Ni se enfría lentamente desde
1400ºC hasta 1200ºC.
a) ¿A qué temperatura empieza a formarse sólido?
b) ¿Cuál es la composición de esa fase sólida?
c) ¿A qué temperatura solidifica el último líquido?
d) ¿Cuál es la composición de esa última fracción líquida?
(SOL. a) 1350ºC, b) 70% Ni, c) 1310ºC, d) 48% Ni)
3)
A partir de las curvas de enfriamiento de aleaciones Cu-Au de diferente
composición, se determinan las siguientes temperaturas de líquidus y
sólidus:
% en peso de Au
Temp. sólidus (ºC)
Temp. líquidus (ºC)
0
1085
1085
20
1019
1042
40
972
996
60
934
946
80
911
911
90
928
942
95
974
984
100
1064
1064
A partir de esos datos, y sabiendo que el sistema Cu-Au presenta
solubilidad total en estado sólido, representar el diagrama de fases,
nombrando cada región.
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4)
La tabla a continuación recoge las temperaturas de sólidus y líquidus para
el sistema germanio-silicio.
% en peso de Si
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Temp. de sólidus (ºC)
938
1005
1065
1123
1178
1232
1282
1326
1359
1390
1414
Temp. de líquidus (ºC)
938
1147
1226
1278
1315
1346
1367
1385
1397
1408
1414
a) Representar el diagrama a partir de ellas y nombrar cada región.
b) Describir cualitativamente el desarrollo microestructural de una
aleación Ge-Si con un 25% en peso de Si, durante el enfriamiento
desde 1350ºC hasta 1000ºC. Indicar la temperatura a la que aparece
el primer sólido, su composición, la temperatura a la que desaparece
el último resto de líquido y su composición. Indicar, así mismo, las
fases presentes y su proporción, en % en peso, a 1150ºC
5)
Una aleación Cu-Ag con un 90% en peso de Ag se calienta hasta una
temperatura en la que coexisten la fase β y la fase líquida. Si la
composición de la fase líquida es del 85% en peso de Ag, determinar:
a) La temperatura de la aleación
b) La composición de la fase β
c) Las proporciones en peso de cada fase
(SOL. a) 840ºC, b) 95% Ag, c) WL=Wβ=0.5)
6)
A partir del diagrama de fases Cu-Ag, describir cualitativamente el
desarrollo microestructural del enfriamiento de una aleación al 40% en
peso de Ag, desde 1100ºC hasta 700ºC. Incluir la curva de enfriamiento
correspondiente. Indicar las fases presentes, su proporción y composición
en % en peso a 850ºC, y justo por encima y por debajo de 780ºC
(780ºC+y 780ºC-).
Calcular la densidad de la aleación, justo cuando solidifica completamente,
es decir, a 780ºC-. Considerar para ello la densidad de la Ag 10.5 g/cm3 y
la del Cu 8.96 g/cm3.
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7)
A partir del diagrama de fases Ag-Pt, describir cualitativamente el
desarrollo microestructural del enfriamiento de una aleación al 70% en
peso de Pt, desde 1700ºC hasta 1100ºC. Contestar a las siguientes
cuestiones:
a) ¿A qué temperatura aparece la primera fase sólida?
b) ¿Cuál es su composición?
c) ¿A qué temperatura desaparece el último resto de líquido?
d) ¿Cuál era la composición de ese líquido?
e) Fases presentes, composición y proporción, en % en peso, en el material
justo después de solidificarse completamente
(SOL. a) 1550ºC, b) 94% Pt, c) 1164ºC, d) 31.3% Pt, e) ss Pt en Ag (55.3 % Pt), 0.55
% en peso, y ss Ag en Pt (88.4% Pt), 0.45% en peso)
8)
A partir del diagrama de fases Mg-Si, describir cualitativamente el
desarrollo microestructural del enfriamiento de una aleación que contiene
un 80% en peso de Si, desde 1300ºC hasta 700ºC. Contestar a las
siguientes cuestiones:
a) Determinar las fracciones en peso de las fases presentes a 700ºC
b) Determinar las fracciones en peso de Si primario y constituyente
eutéctico
c) Determinar la fracción de Si eutéctico
(SOL. a) WSi=0.68, WMg2Si=0.32, b) WSi prim=0.53; WEut=0.47, c) WSi Eut=0.15)
9)
A partir del diagrama de fases Cu-Mg, describir cualitativamente el
desarrollo microestructural del enfriamiento de una aleación al 30% en
peso de Mg, desde 900ºC hasta 500ºC, incluyendo la curva de
enfriamiento. Contestar a las siguientes cuestiones:
a) ¿A qué temperatura aparece la primera fase sólida? ¿Cuál es su composición?
b) ¿A qué temperatura desaparece el último resto de líquido?
c) Fases presentes, proporción y composición en % en peso, en ese momento
en que desaparece todo el líquido
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10) Dos metales A y B, con temperaturas de fusión de 340ºC y 250ºC
respectivamente, forman un sistema binario que presenta solubilidad total
en estado líquido e insolubilidad total en estado sólido, con una
transformación isotérmica a 144ºC. La aleación cuya composición en peso
es de 40% B-60% A está formada por una sola fase líquida
inmediatamente por encima de 144ºC, mientras que por debajo de esta
temperatura presenta dos fases íntimamente unidas. Se pide:
a) Construir el diagrama de fases del sistema binario A-B
b) Definir las fases presentes para la aleación 40%
B-60%
microestructura a Temp. ambiente y calcular la densidad de la misma
c) Estudiar la curva de enfriamiento, las fases, composición, proporción
y constituyentes estructurales a las temperaturas de 250 y 20ºC
aleación de composición 80% en peso de B
d) Repetir el apartado anterior para una aleación del 10% en peso de
temperaturas de 200 y 20ºC
e) Analizar la diferencias entre ambas aleaciones
A,
su
relativa
para la
B a las
11) El metal A funde a la temperatura de 340ºC y el metal B a 250ºC. A
200ºC ambos forman un eutéctico cuya composición es de 62% en peso
de B. El metal B se disuelve en A formando una solución sólida terminal
con una máxima solubilidad del 19% en peso. Así mismo, el A forma una
solución sólida terminal con el B con una solubilidad máxima del 3% en
peso de A. Ambas soluciones sólidas presentan una máxima solubilidad a
temperatura ambiente del 1% en peso
a) Construir el correspondiente diagrama de fases del sistema A-B
b) Describir la solidificación mediante la curva de enfriamiento para una
aleación del 50% en peso de B, indicando las fases en cada etapa.
c) Determinar la densidad de esa aleación al 50% en peso de B, a temperatura
ambiente, partiendo de las densidades de los metales puros: ρA=11 g/cm3,
ρB=7 g/cm3 .
d) Estudiar las fases y constituyentes estructurales a 20ºC, dibujando la
microestructura para las aleaciones siguientes: la eutéctica del sistema, la
aleación hipoeutéctica cuya relación entre fases es 0.42 y la aleación
hipereutéctica cuya relación entre constituyentes estructurales es 1
12) Un metal A con temperatura de fusión de 1700ºC, disuelve a 1200ºC un
20% en peso de otro metal B (cuya temperatura de fusión es de 800ºC)
formando una solución sólida α. La composición de la fase líquida en
equilibrio a esta temperatura es el 70% en peso de B, la cual reacciona
con la fase sólida, formando una nueva fase sólida β, cuya composición es
del 55% en peso de A. La solubilidad a 600ºC de B en A es del 10% en
peso, y la de A en B del 40%
Se pide:
a) Construir el diagrama de fases del sistema A-B entre 1900ºC y 600ºC
b) Estudiar la aleación del 50% en peso de B: curva de enfriamiento, fases y
cantidades relativas a 1400, 1200+, 1200-, 1100 y 600ºC, esquematizando
la microestructura en equilibrio.
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Cu-Ni
Cu-Ag
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β
α
Cu-Mg
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