Fundamentos de Metalurgia y Materiales Serie 4 2015-2

1. Calcular el número de vacancias en 5 cm3 de aluminio en equilibrio a 500 º C, 750 º C y a 1000 º C. La energía de activación para la formación de vacancias es de 0.75 eV, el peso atómico del Al es 26.98 g/mol y la densidad es 2.699 g/cm3. Concluya en función de los datos usados (Variables) y los datos obtenidos Constante de boltzmann, k = 8.62 X 10-5

eV/oK

2. Determine la Tº necesaria para aumentar la concentración volumétrica de vacancias para el Cu 1000 veces desde la Tº ambiente (298K). Considere que la energía necesaria para producir un mol de vacancias es de 20000 cal.

3 . Si la densidad real de un alambre de cobre, de 100 m de largo y 1 cm de diámetro, es 8,93 g/cm3, determine:

a) El porcentaje de vacancias por cada celda unitaria b) La cantidad de vacancias contenidas en el alambre c) La cantidad de átomos de cobre en el alambre

Datos: masa atómica = 63,54 g/mol Radio atómico = 0,1278 nmLas siguientes condiciones favorecen una gran solubilidad sustitucional de un elemento en otro, en soluciones metálicas:

a) Los diámetros de los átomos de los elementos no deben diferir en mucho más de un 15 %, aproximadamente.

b) Las estructuras cristalinas de los dos elementos por separado tienen que ser las mismas. (Condición necesaria para que haya solubilidad total, al 100%)

c) No debe haber diferencias apreciables en electronegatividades de los dos elementos, para evitar que se formen compuestos definidos con facilidad.

d) Los dos elementos deben tener la misma valencia.4. Explicar porque el Mg tiene una solubilidad del 100% en Cd y porque tiene un 0% en SB

5. De los siguientes elementos.

Tabla 1. Datos de interés, de metales y no metales, para la solubilidad sustitucionalElemento Radio atómico [nm] Red cristalina Electronegatividad Valencia

Cobre 0,128 CCC 1,8 +2Níque1 0,125 CCC 1,8 +2

Zinc 0,133 HC 1,7 +2Aluminio 0,143 CCC 1,5 +3

Plomo 0,175 CCC 1,6 +2, +4Carbono 0,077 Cúbica diamante 2,5 +4Silicio 0,117 Cúbica diamante 1,8 +4

Germanio 0,139 Cúbica diamante 2,0 +4

a) ¿Cuál par de elementos formaría una solución sólida sustitucional al 100%? Fundamentar la respuesta

b) ¿Cuál par de elementos no podrían formar una solución sólida sustitucional? Fundamentar la respuesta

6. Indicar cuál es una solución sólida sustitucional y cuál es una solución sólida intersticial. Indicar el nombre que reciben estas aleaciones.

a) b)7. Se adjunta el peso atómico y el radio atómico de tres hipotéticas aleaciones. Determinar para cada una de ellas si su estructura es fcc, bcc o cúbica simple y justificarlo.

Aleación Peso atómico Densidad Radio atómico (g/mol) (g/cm3 ) (nm)

A 43.1 6.4 0.122 B 184.4 12.3 0.146 C 91.6 9.6 0.137