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BOLETÍN 1. ESTRUCTURA INTERNA DE LOS MATERIALES EJERCICIO 1 Indica los nombres de cada una de las siguientes zonas del diagrama de equilibrio siguiente.

EJERCICIO 2 Una aleación Fe-C con un porcentaje del 6,5% de C recibe el nombre de: a) Acero c) Fundición b) Hierro d) Perlita EJERCICIO 3 La temperatura más baja de solidificación en el diagrama de equilibrio de una aleación, le corresponde a una aleación: a) homogénea c) eutéctica b) hipoeutéctica d) hipereutéctica EJERCICIO 4 En la zona comprendida entre las líneas de sólidus y de líquidus de un diagrama de equilibrio: a) Coexisten dos fases y la concentración varía según la temperatura

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b) Coexisten dos fases, manteniéndose la concentración que le corresponde a cada composición. c) Lo único que varía es la fluidez. d) Hay solamente una fase. EJERCICIO 5 Una aleación férrica con un 1% de carbono se considera: a) fundición c) acero b) latón d) alpaca EJERCICIO 6 Características del enlace metálico. EJERCICIO 7 ¿Qué diferencia existe entre un acero y una fundición? EJERCICIO 8 El número atómico (Z) de un elemento es: a) El número de protones que posee en el núcleo. b) El número de neutrones del núcleo. c) El número de protones más neutrones del núcleo. d) La suma de electrones más neutrones. EJERCICIO 9 El factor de empaquetamiento atómico en una estructura cristalina es: a) La fracción de espacio ocupado por sus átomos. b) El número de átomos que rodean al átomo de la celda unidad. c) El radio atómico de la celda unidad. d) La arista del cubo de la celda unidad. EJERCICIO 10 La estructura cristalina FCC se caracteriza porque los átomos: a) se colocan en los vértices del cubo cuya arista es aproximada al diámetro del átomo. b) se colocan en los vértices de los cubos y además en los centros geométricos de las caras de los mismos. c) ocupan los vértices de los cubos y el centro geométrico de los mismos. d) se colocan en los vértices de un prisma hexagonal, en los centros de los hexágonos bases y en un plano equidistante de las dos bases. EJERCICIO 11

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La cristalización es: a) Un proceso mediante el cual los átomos, iones, moléculas o conjunto de moléculas se ordenan para formar una red cristalina. b) Variar la temperatura de los átomos para desplazarlos de sus posiciones de equilibrio. c) Una elaboración mecánica realizada en frío para romper los cristales. d) Proceso de regeneración del grano para reconstruir la estructura cristalina original. EJERCICIO 12 Dos de los estados alotrópicos del hierro cristalizan en el sistema BCC. ¿Cuáles son?: a) α y β

c) β y ϒ

b) α y ϒ

d) α y δ

EJERCICIO 13 Calcular el factor de empaquetamiento atómico para un material que cristalice en la red BCC, suponiendo que los átomos son esferas macizas. (Sol: FEA = 0,68) EJERCICIO 14 a) Si en una red cúbica, el número total de átomos en la celda unitaria es de 2. ¿Qué tipo de estructura tiene? b) Si el número total de átomos en la celda unitaria es de 4. ¿Qué tipo de estructura tiene? c) Defina el concepto de constante reticular. d) Calcule la constante reticular para una red cúbica centrada en el cuerpo y una red cúbica centrada en las caras en función del radio atómico. EJERCICIO 15 El plomo cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras, tiene un radio atómico de 174,9 pm y una densidad de 11340 Kg/m 3. Determinar: a) Su constante reticular (a). b) El número de átomos por celda. c) Su masa atómica. EJERCICIO 16 Observa el diagrama de fases de la aleación Cu-Ni de la siguiente figura y contesta a las siguientes cuestiones:

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a) Indica de qué tipo de aleación se trata y calcula el número de fases, la composición de cada una y las cantidades relativas de cada fase, para una aleación de 55% de Ni a 1300 ºC. b) ¿Cuál será la composición de los cristales que se forman cuando comienza a solidificar una aleación del 30% de Cu y a qué temperatura comienza a solidificar?

EJERCICIO 17 Una fundición férrica con 3% de C se encuentra en equilibrio a la temperatura ambiente. Se sabe que la solubilidad de C en Fe α a la temperatura ambiente es de 0,008%. Determina: a) Fases presentes en su composición. b) Cantidades relativas de cada fase. EJERCICIO 18 Utilizando el diagrama de equilibrio del sistema Ag-Cu, determina: a) Las fases presentes en las distintas regiones. b) Composición y relación de fases en la eutéctica. c) Transformaciones que experimenta una aleación con un 20% de Cu, calculando el porcentaje de los constituyentes estructurales y fases a 780 ºC, 778 ºC y 500 ºC. 4


EJERCICIO 19 En el diagrama de la figura adjunta, y para una aleación de composición 60% componente A y 40% componente B, y a 1350 ºC de temperatura, calcular: a) El número de fases que coexisten. b) Las cantidades relativas de líquido y sólido.

EJERCICIO 20 Dado el diagrama de fases Cu-Ni, determinar: a) La temperatura de inicio y fin del proceso de solidificación para las siguientes composiciones: 20% de Cu, 50% de Cu y 20% de Ni. b) La temperatura mínima en que encontraremos la aleación en estado líquido, para cualquier composición. c) El porcentaje en Cu a partir del cual una aleación estaría totalmente líquida a 1300 ºC. Ídem, sólida. d) El número de fases, la composición de cada una y las cantidades relativas de cada fase para una aleación del 50% de Cu a 1300 ºC.

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EJERCICIO 21 Dado el diagrama de fases de la figura, determinar los grados de libertad en los puntos 1, 2 y 3.

EJERCICIO 22 Dibuja la celda unitaria de cada uno de los tipos de estructura cristalina que conozcas y calcula los diferentes parรกmetros.

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EJERCICIO 23 Responde a las siguientes cuestiones sobre estructuras cristalinas: a) ¿Cuáles son las propiedades de cada tipo de estructura cristalina? b) Indica diferentes elementos que cristalicen en cada una de las estructuras cristalinas que conozcas. c) Enumera diferentes elementos que puedan cristalizar en diferentes estructuras cristalinas. EJERCICIO 24 Con los datos de la tabla siguiente, en la que se encuentran las estructuras cristalinas y el radio atómico de dos elementos, halla: Metal cromo níquel

Estructura cristalina Cúbica centrada en el cuerpo Cúbica centrada en las caras 1nm = 10-9m

Radio atómico (nm) 0,1249 0,1246

1nm = 10 Å

a) El volumen de la celda unitaria de cromo. b) El volumen de la celda unitaria de níquel. EJERCICIO 25 El diagrama de equilibrio adjunto representa a una aleación de dos componentes con solubilidad total en los estados sólido y líquido. Construye una tabla con las temperaturas, las concentraciones y los porcentajes de sólido y líquido correspondientes a los puntos señalados.

EJERCICIO 26 El diagrama de equilibrio de aleaciones de dos metales A y B tiene las siguientes características:

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• • • • • •

Temperatura de fusión de A = 900 ºC Temperatura de fusión de B = 700 ºC Temperatura eutéctica = 500 ºC Composición eutéctica: 50% de A y 50% de B. Son totalmente solubles en estado líquido. Son totalmente insolubles en estado sólido.

a) Dibuja el diagrama de equilibrio. b) Define líneas y zonas monofásicas y bifásicas. c) Estudia la solidificación y el enfriamiento de la aleación con composición 90% A y 10% B hasta bajar a 400 ºC, explica la formación de las diferentes fases y halla su proporción final. EJERCICIO 27 Calcula la composición porcentual en masa que tiene una aleación con 220 Kg. de Ti, 14,5 Kg. de Al y 9,5 Kg. de V. (SOL: 90,164% de Ti, 5,943% de Al y 3,893% de V). EJERCICIO 28 a. Defina brevemente: aleación, soluto y disolvente. b. Diferencias entre solución por sustitución y por inserción. EJERCICIO 29 En el diagrama adjunto de equilibrio Fe-C: a) Identifica las fases simbolizadas como A, B y C, indicando sus características. b) Identifica los puntos M y N, indicando sus características. c) Sitúa en el diagrama los constituyentes de aleaciones conocidos como ferrita y cementita, indicando sus características. d) Define las zonas correspondientes a hierros y fundiciones.

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EJERCICIO 30

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Determinar cuantitativamente los constituyentes a temperatura ambiente de los siguientes aceros: a) Acero de 0.1% de C b) Acero de 0.2% de C c) Acero de 0.5% de C d) Acero de 1.5% de C a) Feα (0.00 % de C) = 98,5% Fe3C (6.67 % C) = 1,5 % b) Feα (0.00 % de C) = 97,0% Fe3C (6.67 % C) = 3,0 % c) Feα (0.00 % de C) = 92,5% Fe3C (6.67 % C) = 7,5 % d) Feα (0.00 % de C) = 77,6% Fe3C (6.67 % C) = 22,4 % EJERCICIO 31 Calcula la constante reticular (arista de la celda unitaria, a) de un material cuyos átomos tienen un radio atómico de 0,127 nm que cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC). (Solución: a = 0,359 nm) EJERCICIO 32

El hierro a temperatura ambiente tiene una red cúbica centrada en el cuerpo y la constante reticular de su celdilla es de 2,86.10 -10 m. Calcula: a) El número de átomos que hay en la celda. b) El radio del átomo de hierro. c) El factor de empaquetamiento. (Soluciones: a) n = 2; b) r = 1,24A10-10 m; c) FPA =68%) EJERCICIO 33 Calcula la concentración de carbono en un acero que tiene 1200 Kg. de hierro puro y 8,5 Kg. de carbono. (Solución: 0,70% de C) EJERCICIO 34

Con el diagrama de equilibrio Cu-Ni que se adjunta, describir el enfriamiento lento de una aleación del 30% de Ni y determinar su composición a 1200ºC.

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EJERCICIO 35 a) ¿En qué se diferencia una reacción eutéctica de una eutectoide? b) Ambas transformaciones, ¿se dan a una sola composición? ¿Y a una sola temperatura? ¿Pueden darse en determinados intervalos de composición y/o temperatura?

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actividades materiales