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Modelo ANombre: __________________________________ 25/01/2011-2012 Examen de Supuestos Prácticos MODELO: AGraduado en Ingeniería de Diseño y Desarrollo de Productos E.T.S.I. U.P. Valencia Esta prueba, contabiliza el 25% de la nota final de la asignatura.Los resultados deben expresarse en las unidade...

Description

Nombre: __________________________________

2011-2012 Examen de Supuestos Prácticos Graduado en Ingeniería de Diseño y Desarrollo de Productos E.T.S.I.D. Esta prueba, contabiliza el 25% de la nota final de la asignatura.

25/01/2012

MODELO: A U.P.V. Valencia

Los resultados deben expresarse en las unidades del Sistema Internacional.

Problema 1: Calcula el número de átomos por centímetro cubico del plomo. (1 Punto) Datos: NA=6,023*1023 átomos/mol; Densidad 11340 kg/m3; Peso atómico = 207,2 g/mol; Radio medio= 180 pm

ModeloA 

Problema 2: Sabiendo que el polonio (Po) cristaliza en el sistema cubico simple, y que su densidad y peso atómico son respectivamente 9,196 g/cm3 y 208.98 g/mol. Calcular el parámetro de red (1 punto)

ModeloA 

Problema 3: Los siguientes datos fueron obtenidos a partir del ensayo normalizado de tracción en una probeta de 1,3 cm de diámetro de una aleación de cobre:

Ensayodetracción 60000 50000 Carga(N)

Carga Longitud calibrada (N) (cm) 0 5,08 13350 5,0842 26700 5,0884 33360 5,0905 40000 5,1028 46700 5,1816 53400 5,7405 55150 6,35 50700 7,67

40000 30000 20000 10000 0 0

0,5

1 1,5 2 Incrementodelongitud(cm)

2,5

Después de la rotura, la longitud calibrada de la muestra es de 7,65 cm y su diámetro de 0,95 cm. a)

Calcular la resistencia a la tracción (1 punto)

ModeloA 

3

Problema 4: Dibuja en la celdilla cubica la dirección y el plano: (1 puntos)  21󰇜 󰇟01 2󰇠; 󰇛1

ModeloA 

Problema 5: A la vista del diagrama de fases Cu-Zn indica:

a) Que reacción ocurre a la temperatura de 560ºC, indicando la composición de la reacción (1punto) b) Composición de las fases y porcentaje de las mismas a 600ºC y 60%Cu. (1 punto).

ModeloA 

Problema 6: Una pieza de un motor de níquel está recubierta con ZrO2 para obtener una buena resistencia a la corrosión a altas temperaturas. Si a 20ºC la pieza no presenta ninguna tensión residual, determine las tensiones térmicas que se desarrollarán cuando sea calentada a 1000ºC, indicando que le ha sucedido al recubrimiento. (1 punto) Material

Densidad (g/cm3)

ZrO2 Ni

5,8 8,90

Resistencia tracción (MPa) 448 483

Resistencia flexión (MPa) 690

Resistencia compresión (MPa) 1862

Modulo de Young (GPa) 207 214

Coeficiente lineal dilatación térmica (ºC)-1x10-6 10,9 13,0

Formulas α= dL / L dT

ModeloA 

LT = LTo (1 + a [T-T0]) Q = k dT/dx

ε = α ΔT

Problema 7: Una lamina de cobre está expuesta al oxigeno a 950ºC. Después de 250 horas a perdido 0,389 g/cm2, después de 2500 horas a perdido 1,23 g/cm2. Sabiendo que la ley de oxidación sigue una tendencia parabólica, y que la densidad del cobre es 8,93 g/cm3. Calcular el tiempo necesario para que una lámina de cobre de 1 mm de espesor, que se oxida por igual en todas sus caras expuestas, esté completamente oxidada. (1 puntos)

ModeloA 

Problema 8: Queremos fabricar un compuesto, con un 30% de fibras unidireccionales continuas, de fibra de carbono y matriz epoxi. Para realizar cálculos de diseño necesitamos conocer: a) La densidad del compuesto. (1 punto) b) La tensión de rotura del compuesto en condiciones de isodeformación. (1 punto) Formulas

Tensión Vc= Vm V m + Vf Vf Vc= Vm = Vf

Deformación H c= H m Vm + H f Vf H c= H m = H f

V m + Vf = 1

Material Fibra de Carbono HS Fibra de Vidrio E Fibra Kevlar Resina Epoxi Resina Poliester

ModeloA 

Densidad (g/cm3) 1,7 2,54 1,5 1,25 1,28

Resistencia a Tracción (MPa) 5000 1500 3000 103 90

Módulo Ec=EmVm+EfVf

Ec

Em E f VmE f  V f E m

Módulo de Elasticidad (GPa) 200 72 140 3,5 4,5

Departament d’Enginyeria Mecànica i de Materials

Universitat Politècnica de València Graduado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Productos Curso 2013-2014 Segundo Parcial Materiales-10273

20 de Enero de 2014 Duración 90 minutos

Todos los resultados deberán expresarse en el Sistema Internacional. Nombre: DNI:___________________________

HOJA DE ANOTACIONES

PROBLEMA1:Despuésdedeterminarlaconductividadeléctricadelcobaltoa0°C,se decidióduplicardichaconductividad.¿Aquétemperaturasedeberásituarelmetal?¿Es estoposible? Datos:ρ25°C=6,24x10‐6ohm.cm;α=0,006ohm.cm/°C;Tfusión:1495°C   Formulas:                     °󰇛∆󰇜       

Problema2:Lossiguientesdatossehanobtenidodeunmetalsometidoauncampo magnético: H(amperios/m) B/weber/m2) 0 0 4x105 0,50668 a) Calcúleselapermeabilidadrelativadeestemetal b) ¿Quétipodemagnetismopresenta? μ0=4πx10‐7henrio/m Formulas:    

      󰇛  󰇜  

  



 



  

    1

PROBLEMA3:Enunamatrizdealuminioseincorporanfibrasdealúminade2cmde largo.Suponiendounabuenauniónentrelasfibrascerámicasyelaluminio,estimelas tensionestérmicasqueactúansobrelafibracuandolatemperaturadelcompuestose incrementaen250°C.¿Seránlastensionesenlafibraatracciónoacompresión? Datos:αAl=25x10‐6;αalúmina=6,7x10‐6;1MPa=145psi;1MPa√m=910psi√in

Formulas:      

  

     



  ∆

  ∆      é    ∆

Problema4:Unabarradesuperaleacióndeníquelestátrabajandoatracción,soportando 100kNa800°C.Lasdimensionesson1mdelongitudylaseccióncuadradade2x2cm.En estascondicionessufreunaoxidacióncuyosdatossetabulanacontinuación. Determinar: w(mg/cm2) Tiempo(min.) a) RelacióndePilling‐Bedworth.¿Cómoclasificaríasel 1,54 10 óxido? 23,24 150 b) ¿Quélehabrápasadoalabarracuandolleve1añode 95,37 620 servicio?Justifícalo. Datos: Pesoatómico:Ni(58,71g/mol),O(16g/mol) Densidad:Ni(8,9g/cm3),NiO(6,67g/cm3) Propiedadesmecánicas:Le(450MPa),R(900MPa),A(60%) ReaccióndeOxidación:NiNi2++2e‐ ‐0,250V  Formulas:  óá         á Cinéticasdecorrosión: x w  kt x w  √kt x w  k ln 󰇛  1󰇜  

Departament d’Enginyeria Mecànica i de Materials

Universitat Politècnica de València Graduado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Productos Curso 2013-2014 Primer Parcial Materiales-10273

Nombre: DNI:___________________________

HOJA DE ANOTACIONES

18 de Noviembre de 20123 Duración 90 minutos

PROBLEMA 1: El titanio puro presenta estructura HC a temperatura ambiente y CC por encima de 882°C. Si enfriamos bruscamente una muestra de Ti desde 1000°C hasta temperatura ambiente. Datos: Masa atómica: 47,9 g/mol, Parámetros de red: HC) a=2,9503 Å c=4,6831 Å CC) a=3.31 Å Calcular la variación volumétrica porcentual que sufre durante el enfriamiento. (1 punto)

Problema 2: Un haz difractado de rayos X correspondiente a los planos (220) del hierro es observado a un ángulo 2θ de 99,1°, cuando la longitud de onda de los rayos es 0,15418 nm. Calcule el parámetro de red del hierro. (1 punto)

PROBLEMA 3: Las siguientes tensiones reales producen las siguientes deformaciones plásticas reales para una aleación de latón: σT(psi) εT Formulas: 60000 0,15      󰇛1  󰇜   󰇛1  󰇜 70000 0,25 ¿Qué tensión real es necesaria para producir una deformación plástica real de 0,30? (2 puntos)

Problema 4: Un cable de acero de 3,17 cm de diámetro y de 15,24 m de largo debe levantar una carga de 20 toneladas. ¿Cuál será el diámetro del cable durante el levantamiento? El módulo de elasticidad del acero es 200 GPa, y el Coeficiente de Poisson 0,27. (2 puntos)

PROBLEMA 5: El diámetro medio del grano de un latón fue medido en función del tiempo a 650ºC, y los resultados para dos tiempos distintos son: Tiempo Diámetro del a) ¿Cuál era el diámetro del grano original? (1 punto) (min) grano (mm) b) ¿Cuál será el tamaño del grano después de 200 min a 650ºC? (1 punto) 5,6 x 10-2 40 El diámetro del grano d varía con el tiempo t de acuerdo con la 100 8,0 x 10-2 relación: d n  d 0n Kt

Problema 6: En las figuras se dispone del diagrama de equilibrio del Fe-C y el diagrama de enfriamiento isotermo de una aleación de Fe-1,13%C. Determinar: a) Fases presentes, composición, cantidad y distribución de estas para una aleación de Fe1,13%C a 726°C (1 punto) b) Describe el ciclo del tratamiento isotermo que aplicarías para obtener una estructura con un 25% de fase proeutectoide, 25% de perlita, 25% de bainita y 25% de martensita. (1

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Nombre: DNI:___________________________

HOJA DE ANOTACIONES

18 de Noviembre de 20123 Duración 90 minutos

PROBLEMA 1: El titanio puro presenta estructura HC a temperatura ambiente y CC por encima de 882°C. Si enfriamos bruscamente una muestra de Ti desde 1000°C hasta temperatura ambiente. Datos: Masa atómica: 47,9 g/mol, Parámetros de red: HC) a=2,9503 Å c=4,6831 Å CC) a=3.31 Å ¿Qué sufre una contracción o una dilatación? (1 punto)

Problema 2: Se observa un haz difractado de rayos X correspondiente a los planos (311) del aluminio a un ángulo 2θ de 78,3°, cuando la longitud de onda de los rayos es 0,15418 nm. Calcule el parámetro de red del aluminio. (1 punto)

PROBLEMA 3: Para el latón, las siguientes tensiones nominales producen, antes de la estricción, las deformaciones plásticas nominales que se indican: Tensión nominal Deformación Formulas: (MPa) nominal 315 0,105       󰇛1  󰇜   󰇛1  󰇜 340 0,220 Basándole en esta información, calcule la tensión real necesaria para producir una deformación real del 0,28. (2 puntos)

Problema 4: Un cable de acero de 3,17 cm de diámetro y de 15,24 m de largo debe levantar una carga de 20 toneladas. ¿Cuál será la longitud del cable durante el levantamiento? El módulo de elasticidad del acero es 200 GPa, y el Coeficiente de Poisson 0,27. (2 puntos)

PROBLEMA 5: El límite elástico del hierro con un diámetro medio de grano de 1x10-2 mm es 230 MPa. Para un tamaño de grano de 6,0x10-3 mm, el límite elástico aumenta hasta 275 MPa 

Relación de Hall-Petch.        a) Cuánto vale la tensión de inicio del movimiento de las dislocaciones σ0. (1 punto) b) ¿Para qué tamaño de grano el límite elástico será 310 MPa? (1 punto)

Problema 6: En las figuras se dispone del diagrama de equilibrio del Fe-C y el diagrama de enfriamiento isotermo de una aleación de Fe-0,5%C. Determinar: a) Fases presentes, composición, cantidad y distribución de estas para una aleación de Fe0,5%C a temperatura ambiente°C (1 punto) b) Describe el ciclo del tratamiento isotermo que aplicarías para obtener una estructura con un 25% de fase proeutectoide, 25% de perlita, 25% de bainita y 25% de martensita. (1 punto)

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Universitat Politècnica de València Graduado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Productos Curso 2013-2014 Segundo Parcial Materiales-10273

20 de Enero de 2014 Duración 90 minutos

Todos los resultados deberán expresarse en el Sistema Internacional. Nombre: DNI:___________________________

HOJA DE ANOTACIONES

PROBLEMA1:Laresistividadeléctricadecromopuroesde18x10‐6ohms.cm.Estimela temperaturaalacualseefectuóestamedidaderesistividad.¿Esestoposible? Datos:ρ25°C=12,9x10‐6ohm.cm;α=0,0030ohm.cm/°C;Tfusión:1875°C   Formulas:                     °󰇛∆󰇜      

Problema2:Lossiguientesdatossehanobtenidodeunmetalsometidoauncampo magnético: H B (amperios/m) /weber/m2) 0 0 5 4x10  0,50263 a) Calcúleselapermeabilidadrelativadeestemetal b) ¿Quétipodemagnetismopresenta? μ0=4πx10‐7henrio/m Formulas:    

     󰇛   󰇜  

 



 



      1 

PROBLEMA3:UnapiezadeunmotordeníquelestárecubiertaconSiCparaobteneruna buenaresistenciaalacorrosiónaaltastemperaturas.Sia20°Clapiezanopresentaninguna tensiónresidual,determinelastensionestérmicasquesedesarrollaráncuandosea calentadaa1000°C.¿Seránlastensionesenlafibraatracciónoacompresión? Datos:αNi=13x10‐6;αSiC=4,3x10‐6;1MPa=145psi;1MPa√m=910psi√in

Formulas:     

  

     



  ∆

∆     ∆

 é 

   

Problema4:Unabarradesuperaleacióndeníquelestátrabajandoatracción,soportando 100kNa800°C.Lasdimensionesson1mdelongitudylaseccióncuadradade2x2cm.En estascondicionessufreunaoxidacióncuyosdatossetabulanacontinuación. Determinar: w(mg/cm2) Tiempo(min.) a) RelacióndePilling‐Bedworth.¿Cómoclasificaríasel 0,527 10 óxido? 0,857 30 b) ¿Cuándotiempotardaralabarraenentraren 1,526 100 fluencia? Datos: Pesoatómico:Ni(58,71g/mol),O(16g/mol) Densidad:Ni(8,9g/cm3),NiO(6,67g/cm3) Propiedadesmecánicas:Le(450MPa),R(900MPa),A(60%) ReaccióndeOxidación:Ni=Ni2++2e‐ ‐0,250V  Formulas:  óá         á Cinéticasdecorrosión: x w  kt x w  √kt x w  k ln 󰇛  1󰇜  

Departament d’Enginyeria Mecànica i de Materials Universitat Politècnica de València Graduado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Productos Curso 2014-2015 27 de Enero de 2015 Segundo Parcial Materiales-10273 Duración 120 minutos Todos los resultados deberán expresarse en el Sistema Internacional, y con notación científica en múltiplos de 3. Criterios de corrección: Resultado correcto, Valor y unidades (1 punto), resultado no en sistema internacional (0,7 puntos); valor correcto sin unidades (0,3 puntos), valor incorrecto (0 puntos) Nombre: Problema 1: Un análisis metalográfico de los constituyentes de un acero, desvelaron que la cantidad de Fe-α proeutectoide presente era del 75%. ¿Cuál es el porcentaje de carbono de este acero?

Resultado (1)

Problema 2: El hierro presenta alotropía a 910°C, siendo su estructura cristalina por debajo de esta temperatura C.C. y por encima C.C.C.. Determinar el coeficiente de difusión, D, a 800°C para un acero de composición eutectoide.

Soluto C C

Disolvente Fe (C.C.) Fe (C.C.C.)

D0(m2/s) Q(kJ/mol) 142 2,0x10-5 22,0x10-5 122

Formula

Resultado (2)



   ∗

Problema 3: Se desea realizar un componente con un material compuesto de matriz polimérica, siendo el contenido de fibras de refuerzo es del 40% en volumen. Para ello se utilizan fibras de kevlar continuas y alineadas en una matriz epoxi. Calcula la resistencia a rotura en la dirección de las fibras. Las propiedades de fibra y matriz se dan a continuación: Fibra Resina

Tensión de rotura, Vm 3620 MPa 50 MPa

Módulo elástico, E 124 GPa 2,5 GPa

Problema 4: Una probeta de latón no trabajada en frío de tamaño de grano medio de 0,01 mm tiene un límite elástico de 150 MPa. Estimar el limite elástico de esta aleación después de ser calentada a 500°C durante 1000s, se sabe que el valor de σ 0=25 MPa. Formulas 



     

%     100  

LE (0,2%) (MPa) 275

Resultado (4)

      

Problema 5: Un poste de un pantalán, de 4 metros de longitud, 20 cm de diámetro exterior y 10 mm de espesor de pared, soporta una carga de 20000kg. Este poste esta clavado en el fondo y la parte aérea es de 1,5 m. Determinar cuándo habrá que reemplazarlo, si la velocidad de corrosión es de 50 mg/dm 2·dia. Densidad (g/cm3) 7,87

Resultado (3)

R (MPa) 430

A% 25

Resultado (5)

Problema 6: El diagrama de transformación isotérmica de un acero aleado es el representado en la figura siguiente, describir la microestructura final, indicando los constituyentes, de una probeta sometida al siguientes tratamiento: tras la austenización, enfriar rápidamente hasta los 550°C, manteniendo 2 horas y 45 minutos, posteriormente enfriar de posteriormente enfriar de nuevo rápidamente hasta 400°C manteniendo durante 200 s y finalmente enfriar hasta temperatura ambiente

Resultado (6)

Problema 7: Una lámina de Cobalto está Resultado (7) sumergida en una disolución 1,5M de sus iones (Co+2), y conectada eléctricamente a una lámina de níquel también en una solución 0,01M de sus iones (Ni+2). Ambas soluciones están separadas por una membrana semipermeable y se encuentran a 25°C. ¿Hasta qué temperatura habría que enfriar el sistema para que se detuviera la corrosión? F=96500C/mol.

Ni2+ + 2e- →Ni Co2+ + 2e- →Co

Potencial estándar de electrodo (V0), voltios a 25°C -0,250 -0,277

Formulas

∆     

   󰇟󰇠 ln    󰇟 󰇠

Problema 8: Se sabe que una aleación de 90% en peso Cu – 10% en peso Ni tiene una resistividad eléctrica de 1,90x10-7 Ω·m a temperatura de 25°C. Calcular la composición de una aleación de cobre-níquel que tiene una resistividad, a la misma temperatura, de 1,35x10-7 Ω·m. Cu Ni

Conductividad eléctrica [(Ω·m)-1] 6,0x107 1,46x107

Coeficiente térmico de la resistividad (K-1) 0,0068 0,0069

Formulas    󰇛1  ∆󰇜







Problema 9: ¿A qué tanto por ciento en volumen de porosidad el módulo de elasticidad del MgO será igual a 17,9x104 MPa? MgO Tensión de rotura Vm (MPa) Módulo elástico E (MPa) Porosidad

Formulas    󰇛1  1,9  0,9 󰇜

105

     󰇛󰇜

21 x104 5%



Fibra Resina

Formula

Ucuerpo

Paire U agua Paire  Pagua



 

Resultado (9)

   

Problema 10: Una muestra de material compuesto vidrio/epoxi pesaba 2g. y su peso sumergido en agua (densidad 1 g/cm3) era 0,908 g. Al eliminar la resina mediante tostación a 600ºC, el peso de la fibra restante era de 1,323 g. Calcúlense la densidad, volumen de fibra y poros de este material. Densidad (g/cm3) 2,54 1,3

Resultado (8)

Resultado (10)

Departament d’Enginyeria Mecànica i de Materials Universitat Politècnica de València Graduado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Productos Curso 2015-2016 Primer Parcial Materiales-10273

29 de Octubre de 2015 Duración 180 minutos

Todos los resultados se expresaran en el Sistema Internacional, y con notación científica en múltiplos de 3. Criterios de corrección: desarrollo, resultado y unidades correctas (1 punto); desarrollo, resultado no en sistema internacional (0,6 puntos); desarrollo y resultado correcto sin unidades (0,2 puntos); desarrollo incorrecto (0 puntos) Hay 9 ejercicios, todos los problemas valen 1 punto, total 9 p...