TALLER CONTROL CONTROL DE CALIDAD EN PROCESOS I
POR:
OSCAR REVOLLEDO GALVIS DANIEL MIRANDA PALMERA
EDGAR VERGARA
TUTOR
FUNDACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICO COMFENALCO FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL PROGRAMA DE TECNOLOGÍA EN CONTROL DE CALIDAD CARTAGENA DE INDIAS D. T. Y C. NOVIEMBRE 23 / 2011
Desarrolle las siguientes preguntas y justifique cada respuesta seleccionada, referenciando el soporte informativo, es decir (de donde sacó la información) . 1. Los defectos de la estructura cristalina que favorecen el aumento de la resistencia mecánica en los materiales metálicos a medida que su cantidad aumenta, son: a. Vacancias. b. Impurezas no metálicas. c. Maclas. d. Dislocaciones. X e. Poros.
R/: Dislocaciones: estos defectos permiten deformar los materiales cristalinos a su vez son los que se desplazan o resbalan sobre los planos de desplazamiento y a lo largo de la dirección de desplazamiento y confiere ductilidad al material (ref. Pág. 67, Ciencia de los Materiales Selección y Diseño, Editorial Prentice hall).
2. De las estructuras: cúbica de cara centrada (CFC), cúbica de cuerpo centrado (BCC) y hexagonal compacta (HC), se puede afirmar que: a. Las estructuras CFC y HC tienen el mismo valor de factor de empaquetamiento atómico (0,68). b. Las estructuras CFC y HC tienen el mismo factor de empaquetamiento (0.74) atómico porque pueden ser consideradas apilamientos de planos de máxima densidad atómica, donde solo la secuencia de apilamiento es diferente. X c. Los números de coordinación de las estructuras CFC y BCC son respectivamente, 12 y 8. d. Los números de átomos por celda unitaria de las estructuras CFC y BCC son, respectivamente, 2 y 4.
R/: Las estructuras CFC y HC tienen el mismo factor de empaquetamiento (0.74) atómico porque pueden ser consideradas apilamientos de planos de máxima densidad atómica, donde solo la secuencia de apilamiento es diferente. (Ref. Pág. 59, FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES, Tercera Edición, William F. Smith) 3. Si usted fuera el encargado responsable por el diseño y la construcción de un barco. ¿Qué ensayo mecánico exigiría para probar la calidad de las láminas de acero a ser usadas en la construcción del casco?: a. Ensayo de dureza. b. Ensayo de fluencia a varias temperaturas. X c. Ensayo de fatiga. d. Ensayo de torsión en caliente. e. Ensayo de impacto a varias temperaturas.
R/: Ensayo de fluencia a varias temperaturas: En muchas aplicaciones los componentes se ven obligados a soportar cargas constantes durante tiempos prolongados, como por ejemplo álabes de rotor de turbina, filamentos de tubos y válvulas, cables de acero, etc. En tales circunstancias el material puede continuar deformándose hasta que su utilidad se ve seriamente perjudicada. Tales tipos de deformaciones dependientes del tiempo pueden ser casi imperceptibles, pero crecen durante toda la vida útil de la pieza y llevan a la rotura, aún sin que la carga haya aumentado.
4. Una aleación de aluminio 7075 T6 tiene un módulo de elasticidad de 69 GPa y un límite de fluencia de 275 MPa. Un cuerpo de prueba de tracción cilíndrico de este material tiene una longitud útil de 50 mm. Cuando esta probeta es sometida a una tensión uniaxial de tracción de 210 Mpa, su longitud útil aumentará cerca de: a. 3%. b. 0,3%. X c. 0,03%. d. 0,003%. e. 0,0003%
R/: E= 69 Gpa Lo= 50mm σ=210Mpa 69Gpa
ε=
1000 Pa 1Gpa
L − Lo
Lo
×
1 Mpa 1 Pa
E= σ/ ε
Lo
L − Lo
L=
×
=
69000
ε= σ/E
= σ/E……………..
210 Mpa
× 50mm
69000 Mpa
L =
σ
× Lo E
+ Lo
+ 50mm = 50.15mm
El porcentaje de alargamiento se calcula mediante la ecuación % alargamiento = % elongacion =
elongacion =
L − Lo Lo
× 100 =
Lomgitudfi anl − Lo Lo
50.15
− 50
50
× 100%
× 100 = 0.3 %
5. Entre algunos factores que disminuyen la resistencia a la fatiga de componentes mecánicos están: a. Discontinuidades en la superficie. X b. Grietas internas. c. Tratamientos superficiales endurecedores. d. Ambiente libre de sustancias corrosivas. 6. El volumen de la celda unitaria del Cr es 0,0240 nm3. Sabiendo que su estructura es cúbica de cuerpo centrado (BCC), cuánto vale su radio atómico? a. 0, 1249 nm. X b. 0, 1020 nm. c. 0, 2040 nm. d. 0, 2498 nm. e. 0, 2030 nm.
R/ A0= 4r/ r= a0 /4
A0= 0,0288449 x
= 0,288449 / 4= 0.1249
v. celda unitaria= 0.02400nm 3 V. celda= L × L × L V. celda= L3 L= a 0
a0
a0
=
a0
=
= 3
0.02400nm3 0.0240 nm
4r 3
r =
3
a0
= 0.288nm ×
4
3
=
0.288nm × 4
3 =
0.1249 nm
7. Uno de los siguientes métodos se utiliza para realizar un reconocimiento inicial al material: a. Prueba de Impacto. b. Pruebas con corriente eléctrica. c. Pruebas con sonido. X d. Prueba de torsión.
8. Considere las siguientes afirmaciones referentes al ensayo de impacto: I) La temperatura de transición dúctil-frágil medida en el ensayo de impacto, es definida como la temperatura para la cual hay una transición abrupta entre el comportamiento dúctil a bajas temperaturas y un comportamiento frágil de altas temperaturas.
II) La temperatura de transición como es medida en el ensayo de impacto, es un parámetro de ingeniería adecuado para el diseño de componentes que serán utilizados en temperaturas muy bajas. III) Metales con estructura CFC presentan la misma ductilidad a bajas temperaturas, por tanto no se observa una transición dúctil-frágil en estos materiales al ser ensayados a impacto. Escoja la alternativa correcta: a. Las afirmaciones II y III son verdaderas. b. Todas las afirmaciones son verdaderas. c. Únicamente la afirmación II es verdadera. X d. Únicamente la afirmación III es falsa. e. Todas las afirmaciones son falsas.
R/ Las bajas temperaturas, la aplicación de un gran esfuerzo y la velocidad de carga rápida pueden causar que un material dúctil se comporte de manera frágil, mediante el la prueba de impacto se puede determinar el intervalo de temperatura para transición en los materiales de su comportamiento dúctil a frágil, para ello se deberá empelarse temperaturas relativamente bajas. (Ref. pág. 276 - 278, Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales, Cuarta Edición, Editorial Mc Graw Hill, WILLIAM F. SMITH – JAVAD HASHEMI).
9. Al ensayar dos cuerpos de prueba de aluminio puro a tracción, uno a temperatura ambiente y otro a 300ºC observaremos que: a. El límite de fluencia en los dos casos permanece prácticamente constante, aunque el alargamiento sea significativamente mayor en el cuerpo de prueba ensayado a 300ºC. b. El alargamiento en los dos casos es prácticamente constante, pero el límite de fluencia es significativamente menor para el cuerpo de prueba ensayado a 300ºC.
El cuerpo de prueba ensayado a 300ºC presenta menor límite de fluencia y mayor alargamiento que el medido para el cuerpo de prueba ensayado a temperatura ambiente. X c.
d. El alargamiento y el límite de fluencia del cuerpo de prueba ensayado a 300ºC son ligeramente mayores que en el cuerpo de prueba ensayado a temperatura ambiente. No es posible realizar ensayos de tracción a temperaturas mayores que la temperatura ambiente. e.
R/: Al aumentar la temperatura, disminuyen la resistencia a la tracción, el límite elástico y la dureza, en tanto que, en general, aumenta el alargamiento de rotura y la estricción de rotura. El factor tiempo juega un papel esencial en la determinación de valores de resistencia para altas temperaturas. Esta influencia se exterioriza de dos maneras: Cambios de estado. Bajo la influencia de temperaturas elevadas se pueden producir modificaciones permanentes en la estructura de los materiales que han experimentado endurecimiento por deformación en frío, estas traen consigo una disminución de la resistencia mecánica. Procesos de fluencia. A temperaturas elevadas el material puede experimentar deformaciones lentas bajo la acción de cargas en reposo, aumentando la velocidad en el cambio de forma con el incremento de la temperatura y de la tensión. Al mismo tiempo pueden surgir tensiones por debajo de la resistencia a la tracción o del límite elástico 0,2%. A mayores temperaturas, durante la fluencia secundaria, el proceso de recuperación que involucra dislocaciones de elevada movilidad, se opone el endurecimiento por deformación de manera que el material continua alargándose. (Ref. pág. 294 - 295, Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales, Cuarta Edición, Editorial Mc Graw Hill, WILLIAM F. SMITH – JAVAD HASHEMI) 10. El módulo de elasticidad de un material aumenta con: a. El número de electrones libres existentes en la estructura. b. Las masas atómicas de los elementos constituyentes. c. El carácter metálico del enlace. d. Su densidad e. La inclinación de la curva fuerza de enlace vs distancia entre los átomos. X R/ la inclinación de la curva fuerza de enlace vs. Distancia entre los átomos, ya que el modulo de elasticidad es la pendiente de la curva esfuerzo – deformación en su región elástica (pág. 135 Ciencia e Ingeniería de los materiales DONALD R. ASKELAD).
11. Con respecto al proceso de solidificación heterogénea, es posible afirmar que: a. Solo se presenta en metales puros X b. Solo se presenta en aleaciones c. Depende de factores externos para poderse dar d. No depende de factores externos para poderse dar.
R/ Solo se presenta en metales puros: debido a que la solidificación solo se da en metales puros; en dichos metales el tamaño de grano y la forma pueden controlarse por medio de la solidificación. (Ref. pág. 93, fundamentos de la ciencia e ingeniería de los materiales, William F. Smith).
12. En el endurecimiento por deformación el aumento de resistencia generalmente se da por: a. El incremento del número de dislocaciones. X b. La precipitación de carburos duros. c. La disminución del tamaño de grano. d. La formación de una fase dura llamada martensita. e. Por solución sólida cuando el solvente se sobresatura de soluto.
R/: Por el incremento del número de dislocaciones: porque al aumentar el número de dislocaciones se aumenta la Resistencia del material (Capitulo 4, Inspecciones en el arreglo atómico, Pág. 98, CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES). 13. Falso o verdadero En los aceros de medio y alto carbono es posible mejorar su dureza superficial únicamente por medio de un tratamiento térmico de temple, YA QUE por medio de este tratamiento se obtiene en estos aceros una estructura martensítica. ( V)
R/: VERDADERO: los aceros de alto carbono tienen alta templabilidad, por lo tanto por medio del tratamiento térmico su puede mejorar su dureza superficial, ayudando a obtener estructuras martensiticas. (Ref. Capitulo 10, Materiales y Aleaciones, pagina267, CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES III EDICIÓN, grupo editorial iberoamericana).
14. Las piezas de acero son templadas con el objetivo de: a. Conferirles alta tenacidad. b. Aumentar la ductilidad. c. Conferirles alta dureza. X d. Disminuir la dureza. e. Aumentar la maquinabilidad.
R/: Conferirles alta dureza: El temple es un tratamiento térmico superficial sobre el material con el cual su consigue aumentar considerablemente la dureza superficial de la pieza. (Ref. Pág. 434, Tratamientos térmicos de aceros al carbono, FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES, William F. Smith).
15. El control de calidad medido a materiales de alta resistencia al desgaste se realiza mediante un ensayo de: a. Impacto b. Tensión c. Dureza X d. Flexión e. Todas las anteriores
R/: Ensayo de dureza: la resistencia al desgaste se mejora aumentando la dureza del material, si se aumenta la dureza del material es más resistente al desgaste por eso para comprobar su resistencia al desgaste se debe hacer este ensayo. La dureza de un metal se mide según sea la facilidad con que este puede ser deformado plásticamente. Por tanto se puede determinar una relación experimental entre la dureza y la resistencia para cada metal en particular. Por estas razones es común la utilización del ensayo de dureza en el control de calidad de procesos industriales (Ref. Pág. 216, Dureza y ensayos de dureza, FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES, William F. Smith). 16. Si usted como jefe del control de calidad tuviera que caracterizar el comportamiento mecánico de una pieza sinterizada de óxido de aluminio (alúmina) a temperatura ambiente, cuál conjunto de características utilizaría?: a. Dúctil; tenaz; alto módulo de elasticidad; dura. X b. Frágil; tenaz; bajo módulo de elasticidad; dura. c. Frágil; alto módulo de elasticidad; dura. d. Frágil; bajo módulo de elasticidad; blanda. e. Frágil; alto módulo de elasticidad; blanda. 17. Todos son materiales compuestos menos: a. Plásticos reforzados con fibras. b. Materiales laminados. c. Concreto. d. Madera. e. Carburos. X
R/: Carburos: ya que entre los materiales compuestos se pueden producir materiales ligeros, fuertes, dúctiles, resistentes a altas temperaturas, o bien se pueden producir herramientas de corte duras y a la vez resistentes al impacto, que de otra manera se harían añicos. Algunos de estos materiales son: la madera contrachapada y la fibra de vidrio. (Ref. Pág. 641, Materiales Compuestos, FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES, William F Smith).
18. La calidad de la soldadura realizada en láminas planas, se verifica con el ensayo de: a. Tracción X b. Compresión. c. Torsión d. Impacto e. Yominy
R/: Tracción: Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. 19. Un material considerado noble, es un material que: a. Puede sufrir más fácilmente corrosión galvánica, X b. Puede sufrir más fácilmente corrosión intergranular. c. En general no sufre corrosión. d. Sufre mucha corrosión.
R/: Puede sufrir más fácilmente corrosión galvánica: un material noble tiende a corroerse mas, es decir, a descartarse con más facilidad, por lo tanto puede sufrir más corrosión galvánica. (http://utp.edu.co/_dhmesa/pdfs/corrosion.pdf) 20. El titanio (bcc) tiene un parámetro de red de 3.32 A, se transforma en una estructura HCP al enfriarse. Los parámetros de la estructura HCP son a = 2.978 A c = 4.735 A. A) Hallar el % de cambio volumétrico durante el enfriamiento.
R/: BCC a= 3.32 A HCP a= 2.978 A c=4.735 A V celda BCC= a3 3.32 A X
10
−8
cm
1A = 10-8cm
= 3.32x10− cm 8
1 A
V celda BCC= (3.32x10 -8cm)3= 3.66x10-23 cm3
V celda HCP= 3a2c cos30 a= 2.978 A x c= 4.735 A x
10
−8
cm
1 A 10
−8
cm
1 A
= 2.978 x10− = 4.735 x10−
8
cm
8
cm
V celda HCP= 3 (2.978x10 -8cm)2 (4.735x10-8cm) cos 30 = 1.090x10-22cm3
v − v f = x100 v 3.659 x10− − 1.090 x10− %cv = − 3.659 x10 %cv
1
1
23
22
23
x100 = - 197.89
21. Si un alambre de latón (Cu-30Zn) tiene una resistencia de 80 Mpa de 5mm de diámetro se somete a trefilación aplicándole una carga de 20 KN hasta obtener 3mm de diámetro. a. Cuál es el esfuerzo que actúa en el alambre que pasa a través del dado?. b. El alambre se romperá o no... Explique.
22.
De acuerdo con el diagrama de equilibrio de fases Cu-40% Ni contesta estas 2 preguntas: 1. La temperatura a la cual inicia la solidificación es: a) 1310°C b) 1260°C c) 1240°C d) 1280°C X 2. La temperatura a la cual el sólido contiene el 45% Ni es: a) 1220°C b) 1260°C c) 1300°C d) Menos de 1240°C X
23. Un acero de 1% C se conoce como acero: a. hierro dulce b. hipoeutectoide c. hipereutectoide X d. eutectoide
R/: Hipereutectoide: Se denomina acero hipereutectoide, aquellos aceros que en su composición y de acuerdo con el diagrama hierro-carbono tienen un porcentaje de carbono entre el 0,77% y el 2%. Su constituyente principal es la cementita (Carburo de hierro (Fe3C)). Es un material duro y de difícil mecanización. (http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_hipereutectoide).
24. Para un acero al carbono, la especificación del código AISI es: a. 00XX b. 12XX c. 10XX X d. 20XX
R/: Aceros al Carbono 1OXX Descripción no-resulfurado, 1.00 Mn máx. El sistema de designación AISI/SAE utiliza cuatro dígitos para designar los aceros al carbono y aceros aleados. Los dos últimos dígitos indican el contenido, de carbono en centésimas de porcentaje. Para aceros al carbono el primer dígito es 1. Los aceros al carbono corrientes se designan lOxx (ejemplo 1045 es acero al carbono con 0.45% de carbono). En los aceros aleados los dos primeros dígitos indican los principales elementos de aleación y sus rangos. A veces se intercalan letras después de los dos primeros dígitos para indicar otra característica (B indica Boro, L indica Piomo). También pueden usarse prefijos (M indica calidad corriente, E indica horno eléctrico, H indica endurecible) http://www.tubocobre.net/literatura_pdf/cobre_nomenclatura_acero.pdf 25. Los tratamientos térmicos del acero no se utilizan para: a. Endurecerlo b. Ablandarlo. c. Aumentar la tenacidad d. Disminuir densidad X
R/: Disminuir densidad Todos los tratamientos térmicos tienen una ruta obligatoria: • • •
Calentamiento del acero hasta una temperatura determinada. Permanencia a esa temperatura cierto tiempo. Enfriamiento más o menos rápido
Para comprender mejor la influencia del tratamiento térmico en el acero, primero hay que conocer los cambios estructurales de este a diferentes temperaturas. Estos cambios tienen bastante complejidad y dependen de la cantidad de carbono presente y otros factores, que en la metalurgia se establecen con precisión en el de equilibrio hierro-carbono. llamado diagrama En este artículo vamos a describir de manera muy simplificada, las estructuras del acero a diferentes temperaturas. A temperaturas menores de 910 oC y por encima de 1400 oC el hierro tiene una red espacial cubica centrada. En el primer caso se le llama hierro alfa y en el segundo hierro gamma, entre las temperaturas de 910-1400 oC el hierro tiene la red cúbica centrada en las caras y se le llama hierro delta. http://www.sabelotodo.org/metalurgia/tratatermacero.html 26. El tratamiento térmico con el cual se reduce la fragilidad de l a martensita es el: a. Austenizado b. Recocido c. Normalizado d. Revenido X e. Envejecido
R/: El temple y el revenido se utilizan ampliamente para mejorar las propiedades de resistencia de los aceros de construcción e importarles dureza y altas propiedades cortantes a los aceros de herramientas. Por temple se comprende la fijación de las estructuras, a temperatura normal, que son propias de temperaturas altas. Por eso las estructuras templadas son inestables o, como dicen los físicos metaestables. 1.
2.
3.
Revenido de bajas temperaturas (entre 180 y 220 oC); Con él se reducen las tensiones internas pero se conserva la estructura martesítica. Se usa en el revenido de herramientas de corte, en las que debe mantenerse la dureza y resistencia al desgaste. Revenido a medias temperaturas (entre 300-400 oC); A estas temperaturas la martensita se modifica y se transforma en lo que se conoce como troostita y se aplica en los muelles o matrices. Revenido de altas temperaturas (500-550 oC); A estas temperaturas la troostita se convierte en otra forma llamada sorbita, se aplica fundamentalmente para el acero de construcción . http://www.sabelotodo.org/metalurgia/tratatermacero.html
27. Con el ensayo yominy del extremo templado de los aceros, se determina: a. la resistencia b. la ductilidad c. la templabilidad X d. la resistencia a alta temperatura
R/: La templabilidad: es procedimiento estándar para determinar la templabilidad. Se trata de templar una probeta estandarizada1 del acero estudiado. Primero se calienta a la temperatura de austenitización, enfriándola posteriormente mediante un chorro de agua con una velocidad de flujo y a una temperatura especificada, el cual sólo enfría su cara inferior. Dicha cara actúa como superficie templante y enfría la probeta de forma longitudinal hacia su extremo superior sólo por conducción, apareciendo un gradiente de velocidades de enfriamiento desde la máxima velocidad en el extremo templado (inferior), a la mínima en el extremo superior. Una vez que la probeta se ha enfriado a temperatura ambiente, se desbasta una tira de 0,4 milímetros de espesor y se determina la dureza a lo largo de los 50 mm primeros de la probeta. En los primeros 12,5 mm las lecturas de dureza se toman a intervalos de 1,6 mm y en los 37,5 mm siguientes cada 3,2 mm. Después se traza una curva de templabilidad representando los valores de dureza en función de la distancia al extremo templado
28. En el proceso de control de calidad al realizar un ensayo metalográfico se observa el material presenta un gran número de tamaño de grano, por lo tanto usted puede afirmar que: a. Es un material noble. b. Es un material de alta resistencia. c. Es un material muy frágil. d. Es un material que no se corroe.
29. La norma que rige el estudio del control de calidad de los materiales es: a. ISO b. SAE c. ASTM X d. ICONTEC
R/: ASTM: En 1902, la sección americana se constituye como organización autónoma con el nombre de: American Society for Testing Materials, que se volverá universalmente conocida en el mundo técnico como ASTM. Dudley fue, naturalmente, el primer presidente de la ASTM. (http://es.wikipedia.org/wiki/ASTM_International).
El campo de acción de la ASTM se fue ampliando en el tiempo, pasando a tratar no solo de los materiales ferroviarios, sino todos los tipos de materiales, abarcando un espectro muy amplio, comprendiendo los revestimientos y los mismos procesos de tratamiento.
30. Si un material tiene una resistencia máxima de de 20 Kpa, su dureza Brinell aproximada es: a. 20 HB b. 30HB X c. 40HB d. 50HB
R/:30HB: 20/500=0.04*6.895=0.30
