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Ejercicios Tema II (Aleaciones y diagramas de equilibrio) Tecnología Industrial II

1.

Observa el diagrama de fases de la aleación Pb-Sn y responde a las siguientes cuestiones: a) En una aleación de composición 40 % de Sn, ¿cuál es la temperatura mientras dura el proceso de solidificación?; b) ¿Cuál es la composición de la aleación de punto de fusión más bajo? ¿Qué nombre recibe? ¿Qué sucede con la temperatura durante el proceso de solidificación de esta aleación?; c) Calcula el número de fases y su composición para una aleación 35% de Sn y 65% de Pb a las temperaturas de 150 ºC y 250 ºC.

2.

Calcula las cantidades relativas y composiciones de las fases en una aleación Fe-C de 1% de carbono y 726 ºC de temperatura. Utiliza el diagrama de la figura.

3.

Explica el proceso de solidificación de dos aleaciones de Fe y C cuyo porcentaje de C es menor y mayor de 0,89%.

4.

Observa l diagrama de fases Cu-Ni de la figura y responde a las siguientes preguntas: a) ¿Cuál es 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) ¿Cuál es la temperatura mínima en que encontraremos la aleación es estado líquido para cualquier composición?; c) ¿A partir de qué tanto por ciento de Cu una aleación estaría totalmente líquida a 1300ºC? ¿Y sólida?; d) Calcula el número de fases, composición de cada una y cantidades relativas de cada fase para una aleación del 50% de Cu a 1300 ºC.

5.

Realiza un análisis de fases de solidificación en el equilibrio de aleaciones Cu-Ag, según la gráfica para las siguientes composiciones y temperaturas. a) Composición eutéctica a 780 ºC; b) 40% de plata a 1000 ºC; c) 30% de plata a 900 ºC; d) 50% de plata a 700ºC. Nota un análisis de fases consta de los siguientes apartados: fases presentes en el equilibrio, composición de las fases y cantidades relativas de las fases.

6.

Calcula las cantidades de ferrita y cementita que están presentes en la perlita, sabiendo que la perlita debe contener 0,77% de C. Utiliza el diagrama de Fe y C mostrado anteriormente.

7.

El diagrama de equilibrio de la figura corresponde a la aleación binaria Cu-Ni; utilizando el diagrama, determinar para una aleación con 50% de Au y 50% de Ni: a)

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curva de enfriamiento, intervalo de solidificación y fases presentes; b) grado de libertad en las fases anteriores, utilizando la Ley de Gibbs; c) composición y porcentaje de las fases en equilibrio a 1250 ºC.

8.

El bismuto (punto de fusión 280 ºC) y el cadmio (punto de fusión 320 ºC) son completamente solubles en estado líquido y totalmente insolubles en estado sólido. Sabiendo que forman una mezcla eutéctica a los 140 ºC que contiene 60 % de Bi, se pide: a) representar el diagrama de equilibrio del sistema Bi-Cd, suponiendo que todas las líneas son rectas; b) construir la curva de enfriamiento para una aleación con el 25 % de Bi; c) en la aleación indicada (25% de Bi), determinar las fases presentes en el equilibrio a la temperatura de 200 ºC, la composición y las masas relativas de las mismas.

9.

El diagrama de la figura que se muestra a continuación corresponde a una aleación totalmente soluble en estado sólido y en estado líquido, formada por los metales A y B. Disponemos de una aleación con 38% de metal B que se corresponde con el diagrama. Se pide: a) hallar el punto y la temperatura de comienzo de la solidificación; b) hallar el punto y la temperatura de fin de la solidificación; c) calcular, a la temperatura de 665 ºC, el porcentaje de sólido y de líquido con relación al total de la aleación.

10.

El diagrama de la figura corresponde a una aleación formada por los metales A y B, totalmente solubles en estado líquido y totalmente insolubles en estado sólido. SI disponemos de 3000 kg de aleación con 50% de metal A, calcúlese a atravesar la temperatura eutéctica: a) la masa de líquido que solidifica; b) la masa de metal A y de metal B dentro del sólido formado.

11.

Los metales A y B son completamente solubles en estado líquido e insolubles en estado sólido. Sabiendo que los valores de la temperatura inicial (Ti) y de la temperatura final (Tf) de cristalización, que han sido obtenidas experimentalmente, son los que aparecen en la tabla, se pide: a) construir el diagrama de equilibrio; b) construir la curva de enfriamiento para una aleación de composición 90% de A y 10% de B; c) identificar las fases y las

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temperaturas de transformación en una aleación de composición eutéctica; d) hallar el porcentaje de las fases sólida y líquida en una aleación de composición 80% de A y 20% de B a la temperatura de 300 ºC; e) calcular el grado de libertad en una aleación 70 % A y 30% B a la temperatura de 300 ºC.

12.

En el diagrama de equilibrio adjunto, identificar las fases que están presentes, a las temperaturas indicadas, en cada una de las aleaciones siguientes: a) 20% de Sn y 80 % de Pb a 100 ºC (%atómico); b) 1,25 kg de Sn y 14 kg de Pb a 200 ºC. De esas mismas aleaciones, determinar las composiciones y las cantidades relativas de cada una de las fases presentes.

13.

En el diagrama de fases CuNi de la figura, para una aleación del 25 % de níquel, calcular: a) fases presentes en las zonas I, II y III; b) Composición y porcentaje de las fases a 1450º C, a 1300º C y a 1000ºC; c) Explica las solubilidades relativas del Cobre y el Níquel.

14.

En el diagrama de fases Cu-Ag de la figura: a) explicar las solubilidades relativas del Cobre y la Plata; b) calcular las fases presentes, su composición y porcentaje de cada una para una aleación eutéctica a 850ºC, a la temperatura del punto eutéctico y a 700ºC; c) ídem para una aleación del 80% de Cu, a 1000ºC, a 900ºC, a la temperatura del punto eutéctico y a 600ºC.

15.

a) Defina brevemente aleación, soluto y disolvente; b) diferencias entre solución por sustitución y por inserción (Junio de 2001)

16.

Suponiendo el diagrama de Fe-C simplificado de la figura, se pide: a) porcentaje máximo de solubilidad de C en Fe-γ (austenita) y temperatura a la que existe esa máxima solubilidad; b) temperaturas de solidificación del hierro puro y de la ledeburita (eutéctico); c) porcentaje de fases (ferrita-cementita) que componen el eutectoide (perlita); d)

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porcentaje de constituyentes (ferrita-perlita) de un acero con el 0,5% de C a temperatura ambiente. (Junio de 2001)

17.

Para una aleación A-B con el diagrama de fases mostrado, se pide: a) porcentaje de las fases (α-β) de las que se compone el eutéctico; b) para una aleación del 40% de B y 60% de A, indique las transformaciones que ocurren al enfriar y a qué temperaturas; c) para la aleación anterior (40% de B y 60% de A), porcentaje de sus constituyentes (α-eutéctico) a temperatura ambiente. (Septiembre de 2001)

18.

Suponiendo el diagrama de Fe-C simplificado de la figura del ejercicio 16, se pide: a) porcentaje máximo de solubilidad de C en Fe-α (ferrita) y temperaturas a la que existe esa máxima solubilidad; b) temperaturas de solidificación del hierro puro y de transformación del hierro puro Fe-γ (austenita) en Fe-α (ferrita); c) porcentajes de hierro y carbono en el eutéctico (ledeburita), indicando la temperatura a la que se forma este eutéctico; d) porcentaje de constituyentes (cementita-perlita(eutectoide)) de un acero con el 2% de C a temperatura ambiente. (Junio de 2002)

19.

Suponiendo el diagrama Fe-C simplificado de la figura del problema 16, se pretende obtener el compuesto eutectoide. Se pide: a) porcentaje de hierro y carbono; b) temperatura a la que empezaría a solidificar la solución líquida y temperatura a la que terminaría y en qué constituyente se transforma al terminar la solidificación; c) ¿qué transformación se produce cuando la temperatura desciende por debajo de 700 ºC?; d) ¿qué constituyentes existen a temperatura ambiente y cuál es su proporción? (Septiembre de 2002)

20.

a) Indique brevemente las principales propiedades del cobre. Indique dos aleaciones comunes del cobre y sus componentes principales. b) Indique brevemente qué es la austenita, la ferrita, la cementita y la perlita (máximo dos líneas cada uno). (Modelo de 2003)

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21.

Para una aleación A-B con el diagrama de fases mostrado, se pide: a) temperaturas de solidificación de los metales puros A y B; b) porcentaje de metales A y B que tiene el eutéctico; c) porcentaje de fases (α-β) de las que se compone el eutéctico a 900 ºC y a temperatura ambiente; d) para una aleación del 65% de B y el 35% de A, porcentaje de sus constituyentes (βeutéctico). (Modelo de 2003)

22.

Para el diagrama de fases de la aleación Cu-Ag: a) composiciones en tanto por ciento de Cu y Ag y de los constituyentes (α-β) del punto eutéctico; b) para una aleación de 36 % de Ag, indique las transformaciones que ocurren al enfriarse hasta la temperatura ambiente especificando fases que se forman y temperaturas a las que ocurren los cambios; c) defina “curva de enfriamiento” de una aleación. (Junio de 2004)

23.

Defina brevemente: a) solución sólida metálica; b) tipos de soluciones sólidas metálicas; c) línea de líquidus y línea de sólidus; d) regla de las fases de Gibbs. (Modelo de 2004)

24.

A la vista del diagrama de Fe-C de la figura del problema 16: a) indique qué porcentajes de carbono pueden tener los aceros y las fundiciones de hierro; b) ¿cómo se denominan los componentes estructurales eutectoide y eutéctico y cuál es su porcentaje de carbono en cada caso?; c) indique cómo se clasifican los aceros y las fundiciones que tienen porcentajes de carbono diferentes a los indicados en el apartado b); d) para el compuesto eutéctico, determine la temperatura a la que ocurre la solidificación y la proporción de sus constituyentes al término de dicha solidificación. (Modelo de 2004)

25.

En la figura adjunta se muestran las curvas de enfriamiento para una aleación de metales A-B completamente soluble en estado líquido en insoluble en estado sólido. Determine: a) la composición del eutéctico y temperatura a la que solidifica; b) el diagrama de fases, indicando las fases existentes en cada una de las áreas en que se subdivide el diagrama; c) la proporción de los constituyentes (Aeutéctico) de una aleación con un 80% de A y 20% de B a temperatura ambiente. (Junio de 2005)

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26.

En la figura adjunta se representa el diagrama de fases de la aleación de los metales AB. a) determine la composición del eutéctico y temperatura a la que solidifica. Indique los diferentes estados por los que pasa al enfriar desde el estado líquido al sólido, las temperaturas a las que se produce el cambio y las composiciones de la fase líquida y sólida en los siguientes casos: b) Metal B puro; c) Aleación con 80 % de A y 20% de B. (Septiembre de 2005)

27.

En la figura adjunta se representa el diagrama de fases de la aleación de metales A-B. a) Determine el porcentaje de las fases (α-β) que forman el eutéctico; b) indique las transformaciones que ocurren y a qué temperaturas al enfriar una aleación del 60% de B y 40% de A; c) calcular para la anterior aleación (60% de B y 40% de A) el porcentaje de sus constituyentes (α-eutéctico) a temperatura ambiente. (Modelo de 2005)

28.

a) Describa brevemente el fundamento de los tratamientos térmicos a los que se somete el acero. b) Describa brevemente los constituyentes de los aceros: perlita, ferrita, cementita, perlita y martensita. (Junio de 2006)

29.

En la figura del problema 16 se muestra el diagrama de Fe-C simplificado. Determine: a) el porcentaje máximo de solubilidad de C en Fe-γ (austenita) y temperatura a la que se da; b) temperaturas de solidificación del hierro puro y de la ledeburita (eutéctico); c) porcentaje de ferrita y cementita que componen el eutectoide (perlita) y temperatura a la que se forma; d) porcentaje de constituyentes (ferrita-perlita) de un acero con el 0,5% de C a temperatura ambiente. (Junio de 2006)

30.

a) Defina brevemente los siguientes conceptos: aleación, soluto y disolvente. b) Muestre las similitudes y diferencias existentes entre solución sólida por sustitución y solución sólida por inserción. (Modelo de 2006)

31.

En la figura del problema 16 se muestra el diagrama de Fe-C simplificado. Conteste a las siguientes cuestiones relativas al compuesto eutéctico (ledeburita): a) porcentaje de hierro y carbono; b) temperatura a la que empezaría a solidificar y temperatura a la que termina; c) ¿ cuáles son los constituyentes en los que se transforma solidificar y cuál es su proporción?; d) ¿qué transformación se produce cuando la temperatura desciende por debajo de 700 ºC? (Modelo de 2006)

32.

En la figura adjunta se muestra el diagrama de fases de una aleación A-B. Conteste a las siguientes cuestiones: a) ¿cuál es la temperatura de inicio y de fin del proceso de solidificación para las siguientes composiciones: i) 20%A y ii) 40% B?; b) ¿A partir de qué composición de B una aleación estaría totalmente líquida a 1300 ºC? ¿Y sólida?; c) calcule el número de fases y, de forma aproximada, la composición de cada una y las cantidades relativas de cada fase para una aleación del 50% de A a 1300 ºC. (Septiembre de 2007)

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33.

Suponiendo el diagrama de Fe-C simplificado de la figura del problema 16, se pide: a) porcentaje máximo de solubilidad de C en Fe-γ (austenita) y temperatura a la que existe esa máxima solubilidad; b) temperatura de solidificación del hierro puro y de la ledeburita (eutéctico); c) porcentaje de fases (ferrita-cementita) que componen el eutectoide (perlita). Indique la temperatura a la que se forma el eutectoide; d) porcentaje de constituyentes (ferrita-perlita) de un acero con el 0,5% de C a temperatura ambiente. (Modelo de 2008)

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