Solucionario Askeland- Ing. de materiales capitulo 13

7/23/2019 Solucionario Askeland- Ing. de materiales capitulo 13

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13.1 En algunas cosas, podríamos estar más interesados en el costo por unidad de volumen que en el costo por unidad de peso. Vuelva a elaborar latabla 13-1 para mostrar el costo en función $cm3. !"o anterior cambia oaltera la relación entre los diferentes metales#

Podemos encontrar la densidad (en g / cm3) de cada metal del Apéndice A.Podemos convertir el costo en $ / lb a $ / g (utilizando 454 g / lb) y luego multiplicar el costo en $ / g por la densidad dando $ / cm3. !l lado iz"uierdo de la tablamuestra los resultados de estas conversiones con los metales clasi#icados enorden de costo por volumen. ientras "ue el lado derec%o de la tabla muestra elcosto por libra.

& lb ' 454 g

( Costo

Volumen )=( $ CostoXdensidad delmaterial

Volumen )

!emplo para el aluminio

( CostoVolumen )=[ $0.60 (2.699g /cm3 )454 g ]=$0.0036/cm3



aterial %ostovolumen &ango %ostolibras &ango

aceros $*.**&+/cm3 & ,e $*.&* & Al $*.**3-/cm3 Pb $*.45 g $*.**5+/cm3 3 n $*.4* 3n $*.**-3/cm3 4 Al $*.-* 4Pb $*.*&&3/cm3 5 0u $*.+& 50u $*.*&4/cm3 - g $&.5* -1i $*.*4/cm3 + 2i $4.&* 2i $*.**4/cm3 1i $4.** + $*.&-/cm3 $4.** +6e $&.4-/cm3 &* 6e $35*.** &*

7e cambia la relaci8n9 por eemplo el aluminio est: en el puesto n;mero cuarto encosto por libra pero segundo sobre el costo por volumen. !l titanio es m:s caro"ue el n<"uel sobre una base de peso pero menos costoso "ue el n<"uel sobreuna base de volumen.

13.' (uponiendo que no se modifica la densidad, compara la resistenciaespecifica de la aleación de aluminio ')*)-+ con la de una relación dealuminio fundida a presión 3-. (i se tuvo en consideración la densidadreal. !/iensa usted que las diferencias entre las resistencias especificasaumentarían o disminuirían# E0plique.

Resistenciaespecífica= Resistencia del material Densidad delmaterial

**=1- 17' **** psi

Resistenciaespecífica= (80000 psi ) (454 g /lb )

(2.7g /cm3 ) (2.54 cm/¿ )3

=8.2 X 105∈¿

443>, 17 ' 33*** psi

Resistenciaespecífica= (33000 psi ) (454 g /lb )(2.7g /cm3 ) (2.54 cm/¿ )3

=3.39 X 105∈¿

Ambos deben aumentar ya "ue ambos ?i y 7i (los principales elementos dealeaci8n) son menos densos "ue Al.

13.3 E0plique por qu no se utili2an aleaciones de aluminio con más de



apro0imadamente 14 g

0uando se a@ade m:s de &5 de g a Al un eutéctico de microelementos seproduce durante la solidi#icaci8n. !ste eutéctica contiene.

β Eut = 35−14.9

35.5−14.9=97.6

?a mayor parte de la mezcla eutéctica es del compuesto intermet:lico duro y #r:gilB. ?a eutéctica "uebradiza "ue es de microelementos continuos %ar: "ue todala aleaci8n sea #r:gil.

13. E0plique la manera en que se convierte la al5mina en aluminio metálicoutili2ando el proceso de 6all-6eroult

!s un proceso en el "ue la al;mina se convierte en un material conocido comocriolita #undida (2a3Al,-). !ntonces en una celda electrol<tica ocurren lassiguientes reacciones

−¿→Al ( fundido )(enel cátododecarganegativa) Al

+3 (enla fundición)+3e¿

−¿(en el ánodo de carga positiva)2

−2 (enla fundición)+C ( sólido en el ánodo ) →C2 (g )+4e

¿

!n el 0:todo se #orma aluminio #undido. !l :nodo %ec%o de gra#ito se consumedurante la reacci8n.

13. !%uáles son las aplicaciones principales del aluminio 7 sus aleaciones#



!l aluminio puro es blando y #r:gil pero sus aleaciones con pe"ue@as cantidadesde cobre manganeso silicio magnesio y otros elementos presentan una granvariedad de caracter<sticas adecuadas a las m:s diversas aplicaciones. !stas

aleaciones constituyen el componente principal de multitud de componentes de losaviones y co%etes en los "ue el peso es un #actor cr<tico.

0uando se evapora aluminio en el vac<o #orma un revestimiento "ue re#lea tantola luz visible como la in#rarroa9 adem:s la capa de 8Cido "ue se #orma impide eldeterioro del recubrimiento por esta raz8n se %a empleado para revestir losespeos de telescopios en sustituci8n de la plata.

Dada su gran reactividad "u<mica #inamente pulverizado se usa como combustibles8lido de co%etes y para aumentar la potencia de eCplosi8n como :nodo desacri#icio y en procesos de aluminotermia (termita) para la obtenci8n de metales.

E 1ransporte como material estructural en aviones autom8viles tan"uessuperestructuras de bu"ues blindaes etc.E !structuras portantes de aluminio en edi#iciosE !mbalae9 papel de aluminio latas tetrabriFs etc.E 0onstrucci8n9 ventanas puertas per#iles estructurales etc.E 6ienes de uso9 utensilios de cocina %erramientas etc.E 1ransmisi8n eléctrica.E Gecipientes criogénicos (%asta >** H0)E ?os %idruros compleos de aluminio son reductores valiosos en s<ntesis org:nica.E ?os %aluros de aluminio tienen caracter<sticas de :cido ?eIis y son utilizadoscomo tales como catalizadores o reactivos auCiliares.E ?os aluminosilicatos son una clase importante de minerales. ,orman parte de lasarcillas y son la base de muc%as cer:micas.E Aditivos de 8Cido de aluminio o aluminosilicatos a vidrios var<an lascaracter<sticas térmicas mec:nicas y 8pticas de los vidrios.E !l corundo (AlJ3) es utilizado como abrasivo

13. E0plique porque el aluminio puede ser reciclado de manera venta8osa.

K !l aluminio no cambia sus caracter<sticas "u<micas durante el reciclado. !lproceso se puede repetir inde#inidamente y los obetos de aluminio se pueden#abricar enteramente con material reciclado. uc%os desec%os de aluminio comolas latas se pueden prensar #:cilmente reduciendo su volumen y #acilitando sualmacenamiento y transporte las latas usadas de aluminio tienen el valor m:s altode todos los residuos de envases y embalaes lo anterior es un incentivo para surecuperaci8n.K Al utilizar aluminio recuperado en el proceso de #abricaci8n de nuevos productoseCiste un a%orro de energ<a del 5 respecto a si se utilizara materia prima virgen(bauCita).K Ln residuo de aluminio es #:cil de manear es ligero no se rompe no arde y no



se oCida por lo mismo es también #:cil de transportar.K 2o es t8Cico y se puede reciclar con tan s8lo el 5 de la energ<a "ue #uenecesaria para su #abricaci8n (a partir de la al;mina).

13.9 !Esperaría usted que una aleación de aluminio ')'-+* sea más

resistente o más dbil que una aleación ')'-+# E0plique?a aleaci8n de aluminio *4>1 se encuentra endurecida por enveecimiento(arti#icialmente) tratada por soluci8n y trabaada en #r<o. ientras "ue la aleaci8nde aluminio *4>1- es tratada por soluci8n y enveecida arti#icialmente.

M como sabemos el aluminio a baas temperaturas no presenta una transici8n ded;ctil a #r:gil. Adem:s el aluminio muestra una buena respuesta a los mecanismosde endurecimiento. Por lo tanto podemos decir "ue la aleaci8n de aluminio *4>1 ser: m:s resistente "ue la aleaci8n *4>1-.

13.1) :etermine la cantidad de g';l3 <=> que se espera que se forme en unaaleación de aluminio 1?'-@

7e puedeobservar "uese trata deuna aleaci8n

Al>g recocida(J).Para estetipo de aleaci8n el porcentae de magnesio es 4.5 g por lo tanto el porcentaede g Al3 (6) se calcula

!β=4.5−1

35−1=

3.5

34=0.10294117=10.294117

13.11 %on base en los diagramas de fases, !cuál de las siguientesaleaciones sería la más adecuada para el ti0ovaciado# E0plique su respuesta

;> ;l-1'4(i => ;l-14 %u %> ;l-1)4 g

!l tiCovaciado es un proceso de #undici8n en el cual el material se agita durante la



solidi#icaci8n lo "ue produce una estructura parcialmente l<"uida y parcialmentes8lida "ue se comporta como un s8lido cuando no se le aplica ninguna #uerzaeCterna y a pesar de lo anterior #luye como un l<"uido bao presi8n.

Gecordemos "ue las aleaciones se solidi#ican dentro de un intervalo detemperaturas entre las de l<"uido (temperatura a la "ue comienza a #ormarse el

primer s8lido durante la solidi#icaci8n) y s8lido (temperatura debao de la cual todoel l<"uido se %a solidi#icado por completo). ?a di#erencia de temperaturas entre lade l<"uido y s8lido es el intervalo de solidi#icaci8n de la aleaci8n. Dentro de eseintervalo coeCisten #ases l<"uida y s8lida.Por lo tanto podemos deducir "ue necesitamos "ue la aleaci8n tenga un intervalode solidi#icaci8n lo su#icientemente amplio para "ue esta inter#ace coeCista.



;"E;%ABC +E/E&;+D&;"ADA:D(

+E/E&;+D&;(@"A:D(

AC+E&V;"@ :E(@"A:AA%;%ABC

Al>& 7i K K K Al>& 0u -5+H0 -4H0 -5+H0>-4H0'&5H0 Al>&* g -*5H0 45H0 -*5H0>45H0'&&*H0

K ?a aleaci8n Al>&7i es una aleaci8n eutéctica es decir se #orman dos soluciones s8lidas B y Ndurante la reacci8n eutéctica. !s la composici8n para la cual no %ay intervalo de solidi#icaci8n.

0omo podemos observar en la tabla anterior la aleaci8n Al>&* g tiene unintervalo mayor de solidi#icaci8n por lo tanto la aleaci8n "ue debe utilizarse parael tiCovaciado es la del inciso 0.

13.1'.- ; partir de los datos de la tabla 13., estime la relación en el cual sepuede incrementar la resistencia de cedencia del magnesio mediantealeación 7 tratamiento trmico, 7 compárela con las aleaciones de aluminio

?os valores eCactos variar:n en #unci8n de las aleaciones "ue seleccionamos paracomparaci8n. !l #ortalecimiento de g es s8lo alrededor &* tan e#icaz como en1

Al.

13.13 (uponga que una barra redonda de ' pulgadas de largo debe soportar una carga de )) libras sin deformación permanente. %alcule el diámetromínimo de la barra si está FecFa deG

a> aleación de magnesio ;H?);-+ 7b> aleación de aluminio )1-+.

%alcule en cada caso el peso de la barra 7 el costo apro0imado <con base de;l 7 puros>

!s#uerzo ' ,uerza (0arga)/Orea (1ransversal) 9 A',/!s#uerzo(M)

Para a)

A*A>15 M7 ' 4*si

A ' 4**/4**** ' *.*& in

d ' (4A/Pi)&/ ' *.&&3inPeso (4in) (*.*&in) (*.*-lb/in3) ' *.*&5& lb.0osto ($&.4/lb) (*.*&5& lb) ' $*.*&Para b)

-*-&>1- M7 ' 4*si A ' *.*&in3 d ' *.&&3in



Peso ' (4in) (*.*&in3) (*.*+ lb/in3) '*.*33 lb0osto ' ($*.-*/lb) (*.*33 lb) ' $*.*&4

13.1 Dna varilla de ). cm de diámetro 7 1) metros de largo no debe sufrir un alargamiento ma7or de 'mm ba8o carga. :etermine la fuer2a má0ima que

puede aplicarse si la varilla está FecFa deGa> ;luminio b> agnesio c> =erilio

E="

# 9" =

A0

9 #=l f −l

0

l0

= E A0

#

1lb=4.448 %

1∈¿2.54 cm

A0=(

0.5

2

2.54)2

& =0.0304342397 ¿2

#=10.002−10

10=0.002

a) Para Al

E Al=10 X 106

$ Al= (10 X 106 psi ) (0.0304342397 ¿2 )(0.0002)

¿60.8684795 lb '+*.+4-4 2

b) Para g

E 'g=6.5 X 106 psi

$ 'g=(6.5 X 106

psi ) (0.0304342397 ¿2 )(0.0002)

¿39.56451161lb=175.9829476 %



c) Para 6e

E(e=42 X 106 psi

$ (e=(42 X 10

6

psi ) (0.0304342397 ¿2

)(0.0002)¿255.6476135 lb=1137.120585 %

13-1 a> E0plique la forma en que se obtiene el cobre. b> !%uáles sonalgunas de las propiedades importantes del cobre# %> !u es el latón# d>!u es el bronce# e> !/or qu la estatua de la libertad es de color verde#

ena ineral usado como materia prima para la eCtracci8n de alg;n metal.

!l cobre est: presente en la corteza terrestre principalmente en #orma deminerales sul#urados como la calcopirita (0u,e7) bornita (0u5,e74) y calcosina

(0u7). !l contenido en cobre de estos minerales es bao alrededor de un *.5en minas a cielo abierto y %asta un en minas subterr:neas.

!l cobre también se presenta en #orma de minerales con oC<geno comocarbonatos 8Cidos silicatos y sul#atos pero en menor concentraci8n.

7eg;n sea la mena el proceso de eCtracci8n del cobre ser: di#erente as<tenemos !Ctracci8n de cobre a partir de menas sul#uradas (pirometalurgia) !Ctracci8n de cobre a partir de menas de 8Cido (%idrometalurgia)!Ctracci8n de cobre a partir de menas sul#uradas

Alrededor del * del cobre "ue se produce en el mundo proviene de losminerales de sul#uro. ?a eCtracci8n tiene cuatro etapas 0oncentraci8n por #lotaci8n!l método m:s e#ectivo de concentraci8n es la concentraci8n por #lotaci8n "uere"uiere un proceso previo de trituraci8n y molienda 1ostaci8n?a tostaci8n es una oCidaci8n parcial de los concentrados de sul#uro de cobre conaire y la eliminaci8n parcial del sul#uro en #orma de 7J. ?os obetivos de latostaci8n son dos

• Ltilizar el calor de la tostaci8n para secar y calentar la carga antes de ser introducida al %orno de #undici8n.

• Aumentar la concentraci8n de cobre en el producto de #undici8n es deciren la mata l<"uida.

,usi8n de mata!l obetivo de la #undici8n de mata es #ormar dos #ases l<"uidas inmiscibles una#ase l<"uida de sul#uro (mata) "ue contiene todo el cobre de la carga y una #asel<"uida de escoria sin cobre. ?a mata tiene un contenido en cobre de entre un 35 aun -5. ?a escoria #undida se desec%a directamente o después de una etapa de



recuperaci8n de cobre. ?a gran desventaa de este método es la contaminaci8n dela atm8s#era con el gas 7J.

A#ino!l cobre bl<ster se re#ina electro"u<micamente para obtener cobre cat8dico de una

gran pureza superior al ..Previamente a la re#inaci8n electro"u<mica es necesario llevar a cabo unare#inaci8n térmica para evitar as< la #ormaci8n de ampollas de 7J. !stasampollas se #orman cuando solidi#ican pe"ue@as cantidades de azu#re y #os#oro"ue todav<a contiene el cobre bl<ster en #orma residual. ?a aparici8n de ampollasconllevar<a a la debilitaci8n de los :nodos y a la aparici8n de una super#icie :sperade espesor irregular

!Ctracci8n de cobre a partir de las menas de 8Cido %idrometalurgia

Aun"ue el cobre se presenta m:s #recuentemente en la #orma de sul#uros tambiénse presenta en #orma oCidada como carbonatos 8Cidos silicatos y sul#atosparticularmente en O#rica. !stos minerales oCidados cuando est:n presentes encantidad su#iciente en la mena puede ser reducidos directamente a cobre impuroen el alto %orno como se %ac<a en el pasado. Pero en la actualidad las menas "uese eCplotan tienen una concentraci8n muy baa de cobre por lo "ue es necesariorecurrir a otras técnicas como la liCiviaci8n mediante :cido sul#;rico seguida por laprecipitaci8n o por la electr8lisis del cobre de la soluci8n.

b> !s de color roizo y de brillo met:lico y después de la plata es el elemento conmayor conductividad eléctrica y térmica. !s un material abundante en lanaturaleza9 tiene un precio ase"uible y se recicla de #orma inde#inida9 #ormaaleaciones para meorar las prestaciones mec:nicas y es resistente a la corrosi8ny oCidaci8n. c>

!l latón es una aleaci8n de 0obre y inc "ue se realiza en crisoles o en unForno de reverbero a una temperatura de #undici8n de unos * H0. ?asproporciones de 0obre y inc pueden ser variadas para crear un rango de latonescon propiedades variables

d>

=ronce es toda aleación metálica de cobre 7 estaIo en la "ue el primeroconstituye su base y el segundo aparece en una proporci8n de entre el 3 y el *.

A partir de éste la aleaci8n con otros metales como plomo o aluminio permitevariar sensiblemente las caracter<sticas mec:nicas de los mismos



e>

QJriginalmente era cobriza pero ad"uiri8 el color verde por razones an:logas a las"ue causan "ue la carrocer<a de un autom8vil poco a poco se torne ca#éR dice

Amos S. Gosent%al doctor en 0iencias del Tnstituto ,ederal de 1ecnolog<a de

;ric%. Q!st: recubierta con l:minas de cobre "ue reacciona con el oC<geno de laatm8s#era para #ormar 8Cido de cobre reaccionando con el di8Cido de carbono y elagua presentes en el aire para #ormar carbonato e %idr8Cidos de cobre. !stamezcla de color verde eCplica la apariencia de la estatuaR.3-1.- :ecimos que un cobre puede contener Fasta )4 Hn o *4 ;l 7 ser monofásico. !%ómo e0plicamos lo anterior a la lu2 de los diagramas defases de la figura 13-#

!sto es posible debido a "ue la cinética de reacci8n es tan lenta "ue el precipitadono llega a #ormarse esto "uiere decir "ue al ser un s8lido la velocidad tiende a ser m:s baa ya "ue el movimiento entre las moléculas reaccionantes est: muyrestringido y por lo tanto rara vez entran en contacto o incluso no llegan a untarse(colisionar). Adem:s a baas temperaturas la cinética de reacci8n es también muylenta.

13-19.- %ompare los incrementos porcentuales de las resistencias decedencias del aluminio, magnesio 7 cobre recocidos, comercialmente purosdespus de aplicarles endurecimiento por deformación. E0plique lasdiferencias que se observen.

)s=)ield strengt*

Aluminio)s+ Al+endurecido

)s + Al+ recocido =22,000 psi

5.000 psi ,100=440

agnesio)s + 'g+ endurecido

)s + 'g+ recocido =

17,000 psi

13.000 psi , 100=130

0obre)s+Cu+endurecido

)s +Cu +recocido =

53,000 psi

4.800 psi , 100=1100

1anto el cobre como el aluminio "ue tienen estructura ,00 tienen coe#icientesaltos de endurecimiento por de#ormaci8n por lo tanto puede trabaarse en #r<o unagran cantidad de éstos debido a su buena ductilidad. !l magnesio tiene estructuraU0P un coe#iciente bao de endurecimiento por de#ormaci8n y una limitada%abilidad para ser trabaado en #r<o.

13.1? :esearíamos producir un bronce al aluminio templado 7 revenido quecontenga 134 ;l. &ecomiende un tratamiento trmico, inclu7endo lastemperaturas apropiadas, calcule la cantidad de cada fase despus de cadauno de los pasos del tratamiento.



?a temperatura eutéctica de la aleaci8n es de 5-5 H0. Por lo tanto nuestrotratamiento térmico recomendado es calentar por encima de **H0 para obtener el

&** de β . Lna temperatura adecuada es 4**H0 lo "ue #orma

- 2=13−9.4

16−9.4.100=54.54 -

2:16!Al / 0 :9.4 Al

13.1* Varias aleaciones para fundición contienen cantidades elevadas deplomoJ sin embargo, el contenido de /b en las aleaciones para for8a escomparativamente ba8o. !/or qu ra2ón no se les agrega más plomo a lasaleaciones de for8a# !u precauciones deben tomarse cuando una aleaciónpara for8a con plomo se traba8a en caliente o se le da un tratamientotrmico#

?a #ase rica plomo puede #undirse durante el trabao en caliente. Debemos estar seguros de "ue la temperatura sea lo su#icientemente baa para evitar la #usi8n dela #ase principal.

13.') !Esperaría usted que la tenacidad a la fractura de un bronce alaluminio templado 7 revenido sea alta o ba8a# !E0iste alguna diferencia en laresistencia de aleación a la nucleación de grietas en comparación con elcrecimiento de las mismas# E0plique.

!stas aleaciones tienen una meor resistencia a la #atiga #luencia y el desgaste"ue los de aluminio y magnesio. uc%as de estas aleaciones tienen una eCcelente

ductilidad resistencia a la corrosi8n conductividad eléctrica y térmica y lamayor<a pueden ser #:cilmente unidas o #abricadas.

13.'1 %on base en la microfotografía de la figura 13-?<a>, !Esperaría ustedque el precipitado K o los carburos proporcionen un efecto deendurecimiento ma7or en las supe aleaciones a ba8as temperaturas#E0plique.

!l precipitado V es m:s numeroso y también m:s uni#orme y estrec%amente



espaciado por consiguiente el precipitado V proporciona un e#ecto deendurecimiento mayor en las supe aleaciones a baas temperaturas

13.'' "a densidad del Ci3;l es de 9 gm3. (uponga que una aleación de Ci-4 de peso ;l se trata trmicamente de modo que todo el aluminio reacciona

con el níquel para producir Ci3;l. :etermine el porcenta8e volumtrico delprecipitado Ci3;l en la matri2 de níquel

7upongamos "ue la densidad de la aleaci8n de 2i>Al 5 es el mismo "ue el de 2ipuro (* g / cm) en &** gramos de aleaci8n el total de :tomos presentes son

atomos= (95 g/¿) % A58.71 g/mol

+ (5g / Al ) % A26.981g /mol

¿1.6181 % A+0.1803 % A=1.803 % A

% A= %umero de avogadro

7i todo el Al reacciona a partir de 2i3 Al entonces el n;mero de :tomos del

compuesto es *&5* % A de Al y (3) (*.&53 % A ) ' *555 % A de 2i

!l peso de la 2i3 Al es

0.5559 % A de∋¿¿

(58.71

g

mol

)¿

1eso=(0.1853 % A de Al )(26.981 g

mol ) % A

+¿

1eso=37.64 g de¿3 Al

!l peso de la matriz de 2i es pues -3- g. el volumétrico 2i3 Al es pues

!vol ¿3 Al=

37.64g

6.56 g /cm3

37.64 g

6.56 g /cm3+

62.36g

8.902g/cm3

,100=45



13.'3 "a figura 13-?<b> muestra una superlación de níquel que contieneprecipitados K de dos tamaIos. !u precipitado posiblemente se formóprimero# !u precipitado se formó a la temperatura más elevada# !usugiere nuestra posibilidad de reali2ar este tratamiento en relación con elefecto de a temperatura sobre la solubilidad del ;l 7 del +i en el níquel#

E0plique.

?as #ormas m:s grandes de precipitado son las primeras en aparecer y se #ormana las temperaturas m:s altas

?a solubilidad del Al y 1i en 2i disminuye a medida "ue disminuye la temperatura9a una temperatura alta el Al y 1i #orman la K pero algunos Al y 1i todav<apermanecen en soluci8n en la matriz. A medida "ue la temperatura disminuye lasolubilidad disminuye a medida "ue m:s bien y de la M puede #ormar

13.' %uando se une el acero mediante soldadura elctrica, solo debeprotegerse la 2ona de fusión líquida con un gas o un fundente. (in embargoal soldar el titanio, es necesario proteger tanto los lados delanteros comotraseros del metal. !/or qu debe tomarse esta medida adicional al soldar eltitanio#

!l titanio puede estar contaminada o #ragilizada en cual"uier momento cuando latemperatura est: por encima de aproCimadamente 535W0. Por tanto el titaniodebe ser protegido %asta "ue el metal se en#r<a por debao de esta temperaturacr<tica. Dado "ue ambos lados de la placa de titanio se calentar:n por el procesode soldadura las disposiciones especiales deben %acerse para proteger a todoslos lados del titanio %asta "ue el metal se en#r<e lo su#iciente.

13.' +anto la aleación +i-14V como la +i-34V se calientan a unatemperatura en donde se forma totalmente β. :espus se templan 7 serecalientan a 3)) L%. :escriba los cambios en microestructuras ocurridosdurante el tratamiento trmico de cada aleación, inclu7endo las cantidadesde cada fase. !%uál es, en cada caso, la matri2 7 cuál es el precipitado#!%uál es un proceso de endurecimiento por enve8ecimiento# !%uál es unproceso de temple 7 revenido#



15%

35%

300°

de Xanadioagregado

1emperatura(H0)

,asespresentes

de cada#ase

&5 3** NYB N'--.-+

B ¿ 33.33

35 3** NYBN

2

*.*B 2 &**

Para &5 X

!0 =47−15

47−5∗100=76.19

β=15−5

47−5∗100=23.81

!n este caso la matriz es el titanio y el precipitado es el vanadio. 0omo esta

aleaci8n pasa por la l<nea 35 al ser en#riada %asta llegar a los 3**H 0 su#re untratamiento de templado y revenido. ?a #ase B se trans#orma en martensita detitanio "ue es una #ase sobresaturada relativamente blanda.

Para 35 X

?a matriz es de vanadio y el precipitado es el titanio. !sta aleaci8n contiene m:svanadio por lo "ue se endurece por enveecimiento. Produce una #ase Bss

sobresaturada en titanio al enveecer N se precipita en una estructuraidmastZtten produciendo una meora en la resistencia mec:nica y la tenacidad ala #ractura.

13.' "a fase en el diagrama de fases +i-n tiene la fórmula n+i. %alculeϴ

la cantidad de M 7 de en el micro constitu7ente eutectoide.ϴ

+emperatur a <L%>

asespresentes

4 de cadafase

55* NYBYƟ N 2 4+.*



B 2 5.

Ɵ 2 *

!Ɵ=19.6−1.5

40−1.5∗100=47.02

!0 =40−19.6

40−1.5∗100=52.98

13.'9 !:e qu manera se fabrica el titaniometálico# E0plique los trminosNbiocompatibleO 7 NbioactivoO en los materiales. !%uáles serían las venta8asdel uso de una aleación +i-4 ;l-4 V en aplicaciones de prótesis decadera# !%uáles serían algunas de las dificultades que se podríanpresentar#

>!l titanio no se encuentra libre en la naturaleza los minerales "ue muestran unamayor concentraci8n de este metal son el rutilo (1iJ) y la ilmenita (,eJE1iJ)adem:s de la anatasa y la brooFita (ambas son también 1iJ). Para obtener titanio puro a partir de los minerales "ue lo contienen se utiliza mayoritariamenteel llamado étodo de roll "ue consiste en la reducci8n de tetracloruro de titaniocon magnesio en una atm8s#era de arg8n "ue impide su oCidaci8n.>6iocompatible aterial "ue no es rec%azado por el cuerpo %umano.>6ioactivo aterial "ue no es rec%azado por el cuerpo %umano y "ue #inalmentellega a #ormar parte del mismo (%idroCiapatita).>!l titanio es un material #erromagnético y es opaco para los rayos [. Adem:s esun material biocompatible y no m:s r<gido "ue los %uesos.>?as aleaciones de titanio no son muy duras por lo "ue se puede desgastar.13.'?.- :etermine la resistencia específica de las aleaciones más resistentesde ;l, g, %u, +i 7 Ci. Dtilice en sus cálculos las densidades de los metalespuros, en lbpulg3. Antente e0plicar su posición relativa.

Resistenciaespecífica=resistencia

densidad

Resistenciaespecífica de Al=83000 psi

0.097

lb

¿3

=855670.10∈¿

Resistenciaespecífica de 'g=55000 psi

0.063 lb

¿3

=873015.87∈¿



Resistenciaespecífica de Cu=190000 psi

0.322lb

¿3

=590092.11∈¿

Resistenciaespecífica de∋¿177000 psi

0.321 lb

¿3

=551401.86∈¿

Resistenciaespecífica de 3i=200000 psi

0.163lb

¿3

=1226993.86∈¿

Podemos observar "ue el magnesio tiene la menos densidad de todos pero aunas< tiene mayor resistencia espec<#ica "ue el aluminio "ue contiene mayor densidad. !l titanio contiene menor densidad "ue el cobre "ue el n<"uel perocontiene mayor resistencia espec<#ica "ue estos.

13.'*.- %on base en los diagramas de fases, estime las solubilidades del Ci,Hn, ;l, (n 7 =e en el cobre a temperatura ambiente !son estas solubilidadesesperadas en vista de las condiciones de 6ume-&otFer7 para la solubilidadsólida# E0plique.

7olubilidad !structura Xalencia Di#erencia de tama@o del :tomo

?a condici8n de Uume>Got%ery ayuda a eCplicar las di#erencias registradas en lasolubilidad. ?as solubilidades tienden a disminuir a medida "ue aumenta el tama@odel :tomo.



13.3).- !u es un metal o una aleación refractaria# !u es un metalprecioso#

?os metales re#ractarios tienen una temperatura de #usi8n muy elevadasobrepasando los &5H 0 "ue los vuelve ;tiles para el servicio a altas

temperaturas. 7in embargo tienen una densidad elevada "ue reducen susresistencias espec<#icas adem:s de "ue se contaminan y #ragilizan atemperaturas no muy altas entre ** y 45 H0. Algunos eemplos son eltungsteno molibdeno tantalio y niobio aplicados en #ilamentos de #ocos ygeneradores de energ<a nuclear.

Por su parte los metales preciosos tal como su nombre lo indica son materialespreciosos y caros. Tncluyen el oro la plata y el platino. 7on buenos conductores deelectricidad y resistentes a la corrosi8n.

13.31.- (e aumenta la temperatura de una pie2a de tungsteno recubierto.!u ocurre cuando el recubrimiento protector en una pie2a de tungsteno sedilata más que el tungsteno mismo# !u ocurre cuando el recubrimientoprotector en una pie2a de tungsteno se dilata menos que el tungstenomismo#

7i el recubrimiento se dilata muc%o m:s "ue el tungsteno se puede despegar deltungsteno y si el tungsteno es él "ue se dilata muc%o m:s el recubrimiento secuartear<a y caer<a del tungsteno.

13.3' !%uáles son algunas de las aplicaciones de P#

?as aleaciones #errosas consumen el 4* del tungsteno. 0uando se adiciona al%ierro o al acero el tungsteno meora la dureza y la #uerza a temperaturaselevadas. !l carburo de tungsteno (representa el 3 de todo el ) %areemplazado al diamante en muc%as aplicaciones para tro"ueles y per#oraciones.Jtras aplicaciones son varillas para soldar blancos para rayos [ alambres deplomo c:todos para tubos de poder y pla"uitas de distribuidores de autom8viles yaeronaves.7e usa en los #ilamentos de las l:mparas incandescentes en electrodos noconsumibles de soldaduras en resistencias eléctricas y aleado con el acero en la#abricaci8n de aceros especiales.

13.33 !En qu aplicaciones se utili2an /t, &F, /d 7 ;g#

!stos materiales resisten la corrosi8n y son muy buenos conductores deelectricidad por eso aleaciones de estos materiales a menudo se utilizan comoelectrodos para dispositivos. ?as nanopart<culas de Pt G% Pd también se utilizancomo catalizadores en los autom8viles.1ambién se utilizan como catalizadores en la re#inaci8n de petr8leo.

13.3.- !u metales se utili2an como catali2adores para los convertidores



catalíticos en los automóviles# !%uáles son las reacciones en las que estosmetales sirven de catali2adores#

7e suelen utilizar materiales raros los gases "ue produce la combusti8n pasan através del convertidor y sobre el sustrato cer:mico recubierto con metales raros

tales como platino paladio y rodio. 0omo catalizadores estos metales aceleran lareacci8n "u<mica "ue convierte los subproductos de la combusti8n nocivos aemisiones m:s seguras pero "ue no se utilizan en este proceso. !stoscatalizadores sirven en la oCidaci8n a 0J del 0J y de restos de %idrocarburossin "uemar y la descomposici8n en 2 y J de los 8Cidos de nitr8geno evitandolanzar gases muy t8Cicos a la atm8s#era.



UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LA

MIXTECA

INGENIERIA DE MATERIALES

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Solucionario Askeland- Ing. de materiales capitulo 13