TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES León, Gto. 23 de julio de 2014
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1. INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES. 1.1. ¿Qué son los materiales? Enumere ocho materiales de empleo generalizado en ingeniería.
1.2. ¿Cuáles son las clases principales de materiales en ingeniería? son algunas de las propiedades importantes de cada uno de estos materiales?
1.4. Defina un material compuesto. Dé un ejemplo. 1.5. Mencione algunos cambios en el empleo de materiales que haya observado, durante un periodo, en algunos productos manufacturados. ¿Qué razones puede dar para explicar los cambios ocurridos?
1.6. ¿Qué es el crecimiento epitaxial, como se efectúa y para que se emplea?
2.2. Defina una estructura cristalina. Dé ejemplos de materiales que tengan estructuras cristalinas.
2.3. Defina a) red cristalina y b) patrón. constantes de red definen una celda unitaria?
2.5. ¿Cuáles son las 14 celdas unitarias de Bravais? 2.6. ¿Cuáles son las tres estructuras cristalinas más comunes en los metales? Indique cinco metales que tengan alguna de estas estructuras cristalinas.
2.7. El oro es FCC y tiene una constante de red de 0.40788 nm. Calcule el valor del radio atómico de un átomo de oro en nanómetros.
2.8. Calcule el factor de empaquetamiento de la estructura a) CS, b) BCC, c) FCC, y d) HCP.
1.7. Investigar de los MEM’s, métodos de fabricación, dimensiones y aplicaciones.
1.8. a) Mencione los criterios más importantes para seleccionar materiales que habrán de emplearse en un casco protector de uso deportivo. b) Identifique los materiales que podrían satisfacer estos criterios. c) ¿Por qué un casco de metal sólido no sería una buena elección? Describa brevemente los siguientes tipos de enlace primario: a) Iónico. b) Covalente y c) Metálico. Las ilustraciones realícelas a mano alzada.
1.10. ¿Porque el diamante es un material tan duro? 1.11. El punto de fusión del potasio metálico es de 63.5 C, mientras que el del titanio es 1660 C. ¿Qué explicación puede darse para esta notable diferencia en las temperaturas de fusión?
2.1. Defina a) sólido cristalino y b) sólido amorfo.
2.4. Defina celda unitaria de una red cristalina. ¿Qué
1.3. ¿Cuáles
1.9.
2. ESTRUCTURAS CRISTALINAS.
2.9. Dibuje las siguientes direcciones en una celda unitaria BCC y enumere las coordenadas de posición de los átomos cuyos centros los corta el vector de dirección. a) [100], b) [110], c) [111], d) 1 1 1 e) 121 .
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INSTITUTO TECNOL GICO DE LE N 2.10.
¿Cuáles son los índices de las direcciones mostradas en los cubos unidad de la figura? a)
2.13. Determine los índices de Miller para el plano de cristal cubico coordenadas
que
interseca de
1 1 1 1
las
siguientes posición:
1, 0, 0 ; 1, , ; , , 0 . 2 4 2 2 2.14. Determine los índices de Miller para el plano de cristal cubico coordenadas
que
1 1 3 1, 2 ,1 ; 2 , 0, 4 ;
interseca de
las
siguientes posición:
1 1, 0, 2 .
2.15. La constante de red para el Tantalio BCC a 20 C
es 0.33026 nm y su densidad es de 16.6 g/cm 3. Calcule un valor para su masa atómica. b)
2.16. Calcule la densidad atómica planar en átom os por milímetro cuadrado para los siguientes planos del cristal de oro FCC, con una constante de red de 0.40788 nm: a) (100), b) (110) c) (111).
2.17. Calcule la densidad atómica lineal en átomos por milímetro para el Vanadio BCC, que tiene una constante de red de 0.3039 nm en las direcciones siguientes: a) [100], b) [110], c) [111].
2.18. El acero se fabrica añadiendo pequeños átomos de carbono a la estructura cristalina del hierro. Cuando la estructura cristalina del hierro es FCC, es posible añadir más carbono a la estructura. No obstante, la estructura normal a temperatura ambiente es BCC. Diseñe un proceso que permita la introducción de más carbono en la estructura del hierro en estado sólido.
2.11. Dibuje las siguientes direcciones en una celda unitaria BCC y enumere las coordenadas de posición de los átomos cuyos centros los corta el vector de dirección .
2.12. Dibuje en cubos unidad los planos cristalinos que tienen los siguientes índices de Miller:
3. SOLIDIFICACIÓN E IMPERFECCIONES CRISTALINAS. 3.1.
Describa y dibuje el proceso de solidificación de un metal puro en términos de nucleación y crecimiento de cristales.
3.2.
Defina el proceso de nucleación homogénea para la solidificación de un metal puro.
3.3.
En la solidificación de un metal puro, ¿cuáles son las dos energías involucradas en la
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INSTITUTO TECNOL GICO DE LE N transformación? Escriba la ecuación para el cambio total de energía libre involucrada en la transformación del líquido para producir un núcleo sólido libre de deformaciones mediante la nucleación homogénea. Ilustre gráficamente los cambios de energía asociados con la formación del núcleo durante la solidificación.
3.4.
3.5.
Describa la estructura del grano de un lingote de metal producido por enfriamiento lento del metal en molde abierto estacionario. Distinga entre granos equiaxiales y columnares en una estructura de metal solidificado. ¿Qué técnicas especiales deben utilizarse para obtener monocristales?
3.6.
¿Cómo se producen los monocristales de silicio de gran tamaño para la industria de semiconductores?
3.7.
¿Qué es una aleación metálica? ¿Qué es una solución sólida?
3.8.
Distinga entre una solución sólida sustitucional y una solución sólida intersticial.
3.9.
¿Cuáles son las condiciones más favorables para una solubilidad completa de un elemento en otro?
3.10. Describa y dibuje los diferentes tipos de defectos puntuales que pueden presentarse en una red metálica: a) vacante, b) divacante y c) intersticial.
3.11. Describa y dibuje los siguientes tipos de defectos que pueden presentarse en redes cristalinas: a) defecto de Frenkel y b) defecto de Schottky.
3.12. Describa y dibuje las dislocaciones de arista y helicoidales. ¿Qué tipo deformaciones rodean a dislocaciones?
de campo ambos tipos
de de
3.13. Describa la estructura de un límite de grano. ¿Por qué los límites de grano son lugares favorables para la nucleación y crecimiento de precipitados?
3.14. Describa la estructura de un límite de grano. ¿Por qué los límites de grano son lugares favorables para la nucleación y crecimiento de precipitados?
3.15. ¿Por qué los límites de grano se observan fácilmente en el microscopio óptico?
3.16. ¿Cómo se mide el tamaño de grano de un material policristalino por el método ASTM?
3.17. Si se tienen 600 granos por pulgada cuadrada en una micrografía de un metal a 100× aumentos, ¿cuál es el número ASTM de tamaño de grano?
3.18. Si se tienen 400 granos por pulgada cuadrada en la micrografía de un material cerámico a 200× aumentos, ¿cuál es el número ASTM de tamaño de grano del material?
3.19. Determine, por conteo, el número ASTM de tamaño de grano de la lámina de acero bajo en carbono mostrada en la figura. Esta micrografía está a 100×.
