CIENCIA DE MATERIALES I 2016B GRUPO 3 NOMBRE: FECHA:
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO, EJERCICIOS: 1. Considerando el diagrama de equilibrio del sistema Sn-Pb, indicado en la figura 1, utilizando el diagrama, indicar:
Figura 1. Diagrama ejercicio 1
a. Las fases que están presentes en cada una d e las distintas regiones. b. El porcentaje de fases, su composición, que presenta una aleación del 25% de estaño a 200°C. c. La proporción de los constituyentes y esquema microestructural presentes en una aleación del 40 % en peso de estaño, a 150°C. d. Las transformaciones que experimentará una aleación, durante el proceso de enfriamiento desde el estado líquido hasta la temperatura ambiente, con las composiciones del 30%, del 61.9% y del 80% de estaño en peso, respectivamente. respectivamente.
2. El Pt y el Au son elementos totalmente solubles tanto en fase líquida como sólida. Tomar en cuenta el punto de fusión del Pt es 1774°C y el del Au es 106 3ºC. Una aleación con 40% de Au, comi enza a solidificar a 1599°C, formando cristales que contienen un 15% de Au. Otra aleación, que contiene 70% de Au, comienza a solidificar a 1399°C, formando cristales con un 37% de Au. Tomando en cuenta estos datos:
a. Dibujar el diagrama de equilibrio del sistema Au-Pt, indicando los puntos, líneas y zonas características del mismo. Página 1 de 4
b. Dada una aleación del 50% de Au, determinar las fases existentes, estimar su composición y sus proporciones relativas a 1300°C. c. También, para la aleación del 50% de Au, definir el intervalo de temperaturas de la solidificación y su composición a temperatura ambiente. d. Si el enfriamiento no se verificara en condiciones de equilibrio, ¿cuál sería el mayor g radiente de concentración química que podría aparecer entre los granos y el líquido? 3. Para la aleación plomo-estaño, con 30% en peso de plomo, cuyo diagrama de equilibrio se representa en la figura 2, calcular a 100°C:
Figura 2. Diagrama de Ejercicios 3
a. La cantidad relativa de cada fase presente. b. La cantidad de cada tipo de grano presente en la microestructura. 4. Considere el diagrama de equilibrio del sistema Pb-Sn del ejercicio anterior (Figura 3). Calcular:
a. Los porcentajes de fases de la eutéctica. b. La densidad de la eutéctica ( ρPb = 11.34 g cm-3, ρSn = 7.298 g cm-3 ) c. Los porcentajes de fases a 200ºC, inmediatamente después de la solidificación y a t emperatura ambiente de una aleación para soldadura con un 35% de Sn. Describir las transformaciones que experimenta, desde que se funde hasta que vuelve a la temperatura ambiente. d. Repetir el análisis anterior para una aleación que contiene un 90% de Sn.
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Figura 3. Ejercicio 4
5. Analizar el proceso de enfriamiento en condiciones de equilibrio de 3 aleaciones de Pb y Sn (Figura 4), indicando las fases que aparecen así como sus composiciones y proporciones y las temperaturas características, también realizar un esquema y breve descripción de la microestructura obtenida a temperatura ambiente:
Figura 4. Diagrama de Ejercicio 5
a. b. c. d.
30% Sn - 70% Pb 61.9% Sn - 38.1% Pb 80% Sn - 20% Pb Si los enfriamientos no se verifican en condiciones de equilibrio, calcular la máxima magnitud del gradiente de concentraciones que se produce.
6. Considerando que el Bi (T f = 271ºC) y el Cd (Tf = 321ºC) son elementos totalmente solubles en fase líquida y totalmente insolubles en fase sólida, formando un eutéctico a 143ºC con un contenido en Cd del 40%.
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a. Dibujar el diagrama de equilibrio del sistema, indicando los puntos, líneas y zonas características y sus grados de libertad, suponiendo que las líneas del diagrama son rectas. b. Indicar el proceso de solidificación y su curva de enfriamiento para una aleación que contiene el 10% de Cd. c. En una aleación con un 25% de Bi, trazar la curva de enfriamiento y determinar el porcentaje de fases a 200ºC y a temperatura ambiente. d. Calcular los porcentajes de fases presentes en la aleación de composición eutéctica y su densidad, sabiendo que la densidad del Bi es 9.80 g cm-3 y la del Cd es 8.65 g cm-3. 7. El Bi (Tf = 271.4ºC) y el Sb (Tf = 630.5ºC) son metales totalmente solubles en fase líquida y sólida. Mediante análisis térmico se han obtenido los siguientes resultados:
ALEACIÓN Temperatura de Líquido Temperatura de Sólido (% de Sb) (°C) (°C) 90 615 530 80 590 465 70 575 420 60 550 380 50 525 360 40 490 335 30 450 315 20 400 300 10 345 280
a. Con estos datos construir el diagrama de equilibrio, indicando las fases que coexisten. b. Dibujar la curva de enfriamiento para una aleación de 45% de Sb y explicar el proceso de enfriamiento para esta aleación. (puede ser mediante esquemas) c. Calcular el porcentaje de fases a 700°C y a 400°C.
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