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Permutación
240033-Materiales. Examen Final
(17/01/12)
Grupo / Profesor:
Nombre:
1)
o
La siguiente tabla muestra las temperaturas de fusión de cuatro materiales. Identifique el tipo de enlace
atómico principal de estos materiales. (0,4 p)
a)
Acero de bajo carbono, TI= 1530°C.
b)
Polietileno de baja densidad, T¡=1OO°C.
e)
Cloruro de Magnesio, T1=714°C.
d)
Argón, TI= -189°C.
Escriba en los recuadros en blanco de la siguiente tabla sus respuestas.
1_I_ó_n_ic_o
2)
• A)
• B)
I_c
1 Metálico
lA
IB__
----'-I_v_a_n_d_e_r_w_a_a_ls_......LI.l>~
__
Seleccionar el tipo de constituyente, fase o estado de agregación
material, a temperatura ambiente: (1,2p)
Solución sólida substitucional
Compuesto intermedio
'.
• C) Polímero amorfo vítreo
• O) Aleación heterogénea (mezcla eutéctica)
• E) Pollrnero sernicristalino vítreo
Respuesta
Material
Poliestireno (Tg = 100°C)
Ledeburita
Latón (aleación Cu-Zn)
Martensita
Polibutileno (Tg = -70°C)
Hormigón armado
3)
~ Covalente
e
b,
A
F
H
.¡
•
•
•
••
que corresponde
a cada
F) Solución sólida intersticial
G) Aleación heterogénea (mezcla eutectoide)
H) Polímero amorfo gomoso
1)
Polímero semicristalino flexible
J) Material compuesto
Material
Respuesta
Madera
Perlita
•
PET (Tg=50°C, Tm =254°C)
Cementita
Austenita
PP (Tg = 5°C, Tm = 166°C)
.¡
(;r.
E
B
t:
T
Se pretende escoger un sistema formado por los elementos A y B cuyas aleaciones sean endurecibles
por precipitación (maduración). ¿Cuál de los sistemas propuestos seleccionaría? Marque con una "x"
su selección. (0,1p)
A Y B parcialmente solubles en el estado sólido cuyo diagrama de fases posee un solo punto
eutéctico.
A y B totalmente solubles en el estado sólido
A y B totalmente insolubles en el estado sólido cuyo diagrama de fases en equilibrio posee un solo
punto eutéctico
A y B totalmente insolubles en el estado sólido cuyo diagrama de fases en equilibrio exhibe un
compuesto intermedio.
4)
Se pretende fabricar un sistema de filtrado selectivo de gases utilizando una membrana polimérica
flexible a temperatura ambiente, Se requiere que la difusión del gas a través de la membrana sea
elevada, ¿Cuál de los siguientes mater.iales escogería para fabricar dicha membrana? Marque con una
"x" su selección, (0,1 p)
Termoestable enfriado a 50°C/min
Termoplástico semicristalino enfriado a 1°C/min
Termoplástico semicristalino enfriado a 100°C/min
Termoestable enfriado a 100°C/min
.
,
Permutación
5)
Compare el valor relativo de las propiedades que se enumeran en la tabla adjunta entre el Fe y el
Fe304 de acuerdo a los conceptos vistos en clase, marcando con una X en el recuadro adecuado. (0,8p)
Pr.opiedad
Conductividad térmica
Coeficiente de dilatación térmica
Capacidad calorífica (por mol)
Resistividad eléctrica
Módulo elástico
Ductilidad
Dureza
Densidad
6)
o
Fe~4>.Fe
Fe304 =Fé
Fe'304 < Fe
Esquematice gráficamente la dependencia de la propiedad eléctrica referida con la temperatura para el
grupo de materiales que se Indica en cada caso. (O,6p)
a) Cu recocido
b) Aleación 70Cu:30Zn recocida
c) Aleación 70Cu:30Zn con 30% CW
a) Si
b) Si + 0,001 %at de B
e) Si + 0,010 %at de B
Temperatura,
T (OC)
Temperatura,
T (0C)
.7)
La perlita está formada por lÉ~f?i7/L y .?lfI1.é.)OiZíl, donde la cornposrcion quirruca del
segundo de estos constituyentes permanece constante durante el enfriamiento en equilibrio hasta
temperatura ambiente (0,2p).
8)
El parámetro mecánico a tracción conocido como ~iM])"
unidad de volumen de material necesario para romperlo. (0,1 p)
9)
La "enfermedad o peste del estaño" se debe a la(el)
cuantifica la cantidad de energía por
.t.ffP..TM,1!0" ""
que presenta el estaño. (0,1p)
!bLJ l'falfis}fO
10) La dureza de un acero hipoeutectoide suele ser
.JlI~li();e""que
la de uno hipereutectoide
(0,1p)
11) Los polímeros termoestables y los polímeros éL.ASttfNt./.!Zl5. se caracterizan por presentar una
arquitectura mqlecular t!ttrJl..E.c/u)M}JA . Los primeros presentan una mayor proporción de
~é71(;R.w.f.q.di(.que los segundos. (0,3p)
---------,
----
-----
J}(=
IP~
.])1::: 11. II ~
Permutación
2)0 ::: I~ 35~~
o
I
12) Mediante un proceso de trefilado (conformado por deformación plástica) se obtiene una barra de 10,0
mm de diámetro a partir de una barra inicial de diámetro~que
se encuentra en estado de recocido. La
secuencia de conformado consiste en 2 etapas de deformación en frio (Etapa 1: Do->D1; Etapa 2:
D1->DI)' En cada etapa el diámetro sufre una reducción relativa del 10%. El material de partida tiene un
módulo elástico de E=11 O GPa y su límite elástico (alE) varía con el porcentaje de trabajo en frio (%CW)
según la ecuación:
.
alE (%CW)= -0,0353 (%CW)2 + 4,091 (%CW) + 60 [en MPaJ
Por criterios de diseño y el tipo de servicio a la que estará sometida la barra al final del proceso (DI) se sabe
que la misma no puede presentar más de un 35 % de CW.
~~=O
•
a)
b)
e)
d)
e)
f)
¿Cuál será la fuerza necesaria para iniciar el proceso de conformado plástico con la barra de
diámetro Do? (0.3p)
¿Qué fuerza hay que aplicar para empezar a deformar plásticamente la barra de diámetro DI? (0.4p)
Suponga que la Etapa 1 se realiza en caliente y que la Etapa 2 se realiza en frío, ¿Qué cantidad de
trabajo en frio tendrá la barra al final del proceso? (0.4p)
¿Qué porcentaje de deformación presentará la barra del apartado anterior (c)) si se le aplica una
carga axial de 100 MPa? (0.2p)
¿Qué porcentaje de deformación presentará la barra al dejar de aplicar este valor de carga?
Justifique su respuesta. (0.1 p)
La temperatura de recristalización del material de la barra acabada (DI), respecto a la de partida,
¿habrá aumentado o disminuido? (0.1p)
OBSERVACiÓN:
necesario
.
Todas la respuestas
numéricas
han de estar justificadas
mediante cálculos donde sea
a) ~ (i«Al'::o);- 60 NI:.
.Ir;- 111.2,
J¡ )¡ ~
:t;-J, 1<11
J
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•
Ir»"
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3'1.39%1
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J)
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I
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%1
.
= ofoJ
*
Permutación
o
13) Teniendo en cuenta el diagrama de fases que se adjunta responda a las siguientes preguntas:
13.1) . Identificar las fases (en el diagrama) y las reacciones invariantes (rellene la tabla adjunta). (O,7p)
Composición química de las fases que intervienen
13.2) . Se tiene una aleación hipoeutectoide con un 20% de B, y se calienta hasta 1200°C en una atmósfera
rica en B hasta disolver la máxima cantidad posible de B. A continuación, se enfría' lentamente hasta
temperatura ambiente. La aleación final está formada por las si-guientes fases y en las proporciones que se
indican (marque la opción correcta) (O.3p):
100 % de una solución sólida (45%B)
58% solución sólida (5%8) y 42%
B puro.
84% solución sólida (5%B), y 16% de B
puro.
61 % solución sólida (10%8) Y 39% de B
puro.
~
de
B
13.3) Se tiene una aleación que a 600°C está formada por un constituyente eutectoide y B proeutectoide. Se
calienta y se observa que a 1AOO°C comienza a fundir. La composición química de la aleación es: (marque
la opción correcta) (O.2p)
45%deB~
D
75% de B
O%deB
D
40% de B
D
13.4) Se tiene una aleación que a 1600°C + l'.T contiene un 80% de líquido. Calcular la cantidad de líquido
que quedará después de que tenga lugar la reacción peritéctica. (O.3p)
o%D
53% ~
47%D
V
OBSERVACiÓN: Todas la respuestas' numéricas han de estar jusfificadas
necesario
~
~
1~v
J,Ja)
"
'"
5t" <,
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1CCo
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~
~
•
~
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ó
~
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I
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6CO
mediante cálculos donde sea
~
~
~+
./
~
13.:2
--
D
Ninguna de las opciones
B
¡;-~
~-A""Jr""-"""';
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/11
-i"~
tL -=
,,1-"0
~-
4ft>
'~/OO =?
j¿-;:::.
?3.j¡t
Permutación
o
14) Para la construcción
del eje de dirección de un coche de Rally, los ingenieros han fabricado la pieza con
un acero aplicando un temple desde una temperatura ligeramente superior a la temperatura eutectoide
(T Eutectoide + él T). La microestructura resultante contiene un 35% en peso de Ferrita
a) La segunda fase constituyente
de ...65.' .....% en peso. (O,1p)
para este acero es la
.I.IA&TéltsffAy
se encuentra en una proporción
b) Dibuje la microestructura de este acero si hubiese sido enfriado lentamente (en condiciones de equilibrio),
respetando en lo posible las proporciones de fases. Use el recuadro indicado. (O.2p)
e) Para endurecer la superficie de este acero se realiza un proceso de cementación (difusión de carbono) en
una atmósfera con una concentración de C equivalente a la máxima solubilidad de C
a la temperat~r,
de 1148°C. ¿Cuál es el %-en peso de C en la superficie (%Cs) de la pieza? (O,1p)
~
=
en!J
tS.
J.II ~C
d) Sabiendo que a 900°C se produce un endurecimiento óptimo de la pieza al cabo de 140h, ¿Cuánto
tiempo se tardaría en obtener el mismo endurecimiento si el proceso se realiza a 1148°C? (O,4p)
-4. t, = 4 .é.z? -é..2: -tI"
(V
s:
9. -9<:.2- ¡
I Respuesta: I
t.z ';.IP t
d)En este último caso (1148°C) y para el tiempo obtenido en el apartado anterior, ¿Qué proporción de C
tendrá la pieza a una profundidad de 2 mm? (O.5p)
ex -
o.'Ól :: f _ L...J.J( /O-.J
J.~/- o.?'f
(J Vi .1( 't>-/l)(
_)
Ley de Fick:
3tD
)( o
=
1-ferror(
A
Información que puede ser ut~: Á
Según la segunda
'()
ex - eo
c.:c;
t Respuesta:
~)
z-io.
12
de C en Fe (FCC) a 900 y 1148°C toma los valores de 5,9 X10-
Dia rama Fe:.c
--- __ ---------
1200
0.18
727'C
ó
Composición
~, en peso C)
e.zc
G ~ tI l ,% e I
donde cada uno de los parámetros
ferror(z)
significado visto en clase. En el rango de interés se cumple que:
.
I
2
1
tiene el
== z . El coeficiente de difusión
11
m /s y 8,3x10-
m2/s, respectivamente.
Permutación
o
15) Un comerciante vende cilindros de 20 mm de diámetro y 200 mm de longitud fabricados con un material
compuesto por una matriz de polipropileno (Tg=O°C; Tm=164°C) y un 30%-en volumen de una fibra larga
indeterminada y orientada en la dirección axial del cilindro. Un ingeniero quiere saber el tipo de fibra con
el que está fabricada esta pieza pero sólo conoce que el módulo de Young del material compuesto en la
dirección transversal es de 2,14 GPa. De Ios materiales mostrados en esta tabla
~
p (g/cm~)
Material
Fibra de Vidrio
Fibra de Carbono
1.79
el cilindro?
I Respuesta: lE rk. ~Abl
b)
Coste (€/kg)
7.2
72
Polipropileno
0.902
(*) Fibra ensayada en la dirección axial
(**) Fibra ensayada en la dirección transversal
~rE'r=.2.~(" ~
e
a) ¿Con qué fibra estará fabricado
r'2J
1tA-
E (GPa)
76
230 axial (*)
144,36 transv. (**)
1.52
2.54
2.5
Justifique numéricamente.
-L
Ec
=
v;: ~
11'H +
EM
c.¡
¿En qué dirección el módulo de Young de la pieza será máximo?
--L =:!!:-
¡.5.2,
..f.11!
+
tLF
¿Cuál será su valor? (O.3p)
11
Cc-= 1TH'~ r 11;. 'ér =9
Respuesta:
e)
P 3
':f
(O.4p)
¿Cuál será el precio estimado del cilindro? (O.2p)
I f3espuesta: 1...,2. 53
tt
te = 1).11( /.52 +a31(~1)
~
::
10.1 Gf41
d)
Esquematice la curva de tracción ingenieril que presentaría la matriz a temperatura ambiente (20°C)
ya-10°C. Identifique adecuadamente los ejes del gráfico. (O.4p)
e)
Dibuje la curva de fluencia lenta que presentaría a 20°C una pieza fabricada con el material
compuesto y compárela con la que presentaría si estuviera fabricada sólo con Polipropileno. Si a
tiempo t= O, la pieza de polipropileno muestra un valor de deformación unitaria 1':1 al aplicar un cierto
valor de tensión, ¿qué deformación se observaría en la pieza del material compuesto a esa misma
tensión? Identifique adecuadamente los ejes del gráfico. (O.4p)
OW _ C.1
/" / . CT'# _~' '-'2 .,.~
E -
E-
Recuerde que en el caso de materiales compuestos preparados con fibral'fargas y alinead~ entre sí, se
definen dos valores de módulo elástico, dependiendo de la orientación de la fibra respecto a la dirección de
'* ~ =
aplicación de la carga. Sus expresiones son
- ¡j;
E
compuesto
-
fasel V fasel
+
E
v
fase2
fase2
Y
E
1
compuesto
Respuesta d') Curvas,de
tracción in. enieril
_
vfasel
- E
+
vfase2
E
fase I
fase2
Respuesta e). Curvas de
~'----~
.....
él ~( é"t
&.
o
Permutación
240033-Materiales.
Examen
de prácticas
Grupo / Profesor:
Nombre:
(17/01/12)
1) De la siguiente lista de metales, seleccione los que observó en la práctica de metalografía (1 p)
Bronce
Titanio
Cuproaluminio
Aleación
:::><"
Cobre
Aluminio
.::::-=-::::,
de aluminio-silicio
Acero perlítico
:>C:::::.
Acero hipoeutectoide
..><- Acero
Latón
martensítico
2) En la observación
metalográfica que realizó sobre la muestra de fundición se identificaron dos fases
en cuanto a color. De acuerdo al diagrama de fases empleado, estas fueron:
y
(1p)
b~'2 pefinidas
-rii¡¿R-17A
..~F.i-ro
3) Teniendo en cuenta los datos de la siguiente tabla, ¿Qué material utilizaría para fabricar una pieza de
un reactor que estará sometida a un cambio brusco de temperatura, por ejemplo de 500°C a O°C en 1
segundo, sin que presente deterioro? Justifique convenientemente su respuesta. (3p)
k
o.
(OC·1x10·6)
Material
E
Ductilidad
(W/m-K)
(%)
(GPa)
p
3
(g/cm )
Tf
(0e)
A
11,3
5
3
207
7,85
1495
B
10,0
2,0
0,5
152
2500
C
90
0,25
300
60
5,56
2,40
~
7; » 5lXJIIC
= ~ ~ Jc:.,4 §
RESPUEST A JUSTIFICADA:
=> ~
7S~::: C7i. k
k· ot
~~
,t
tT8
7~
r"
'ff-4) o.
*
J(
C/ ~
/
=7
(){..
330
7; ~ 1-.62ó
7i
Oj/B) ~ 7SR.!t-) > /S'~(8)~
e..+
k~
atA
O; ~
a¡
.i2:J
4) Se desea verificar que las composición de una mezcla de un Polietileno de alta densidad (HDPE) (p
HDPE= 0,953 g/cm3) con un 30 % en peso de un elastómero (p elast.= 1,10 g/cm3) sea la correcta
utilizando el método de determinación de densidades empleado en prácticas. Considerando la densidad
que se desea determinar, ¿Cuál de los siguientes líquidos de inmersión emplearía de man...
~a que el
análisis
fuese fiable y lo más barato posible?
I(~~
_
Densidad (g/cm")
Precio (€Ilitro)
A
1,02
12
B
0,95
10
C
0,85
15
Líquido
>'
(3p)
diC«.to
,;UIA-
IPIJ f ~
tí'
~kt
r-.=
::P l/¿
,
.3
:91{=.:!!!- :::.2:f. 021 ~
1J//53
5) En la siguiente
tabla indique las características clave (olor y otra observación) que permite identificar
mediante el ensayo de combustión (ensayo a la llama) de las familias de polímero que se especifican.
(2p)
Familia de polímero
Característica
clave adicional
~
Halogenado (ejm. PVC)
Acrílico (ejm. PMMA)
-
lit
(í) l'l=-.L 11+~
¿"Hf;c.C4+
-,."
1J• .2~ ;
Ir~
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