Ejercicios de Materiales Terminado

EJERCICIOS DE TECNOLOGIA DE MATERIALES - INGENIERIA AMBIENTAL

Solución de los ejercicios 9.7.  9.7.  Determine la temperatura del liquidss,  la temperatura de solidus  y el rango de solidificación para las composiciones cerámicas de NiO-MgO siguientes (figura 9-8). a) Ni0-30% mol MgO b) NiO-45% mol MgO c)

Ni0-60% mol MgO

d) NiO-85% mol MgO Solución

2800

)

C º(

ar ut ar e p m e T

2600

2400

2200

2000

N iO

20

40

60

80

Mg

P or o r c e nt n ta e en e n mo m o le le s d e M O Como se puede apreciar en la figura, las temperaturas de liquidus y solidos de los diferentes porcentajes son: 

Para  Para  Para  Para

el el el el

NiO NiO NiO NiO

30% 45% 60% 85%

MgO MgO MgO MgO

: : : :

solidus solidus solidus solidus

= 2140 °C y liquidus liquidus = 2340 °C (Líneas (Líneas naranja) = 2250 °C y liquidus liquidus = 2465 °C °C (Líneas verde) = 2370 °C y liquidus liquidus = 2585 °C °C (Líneas moradas) = 2620°C y liquidus liquidus = 2730 °C (Líneas celestes)

El rango de solidificación para los distintos porcentajes es: 

Para el NiO 30% MgO: 2340 - 2140 = 200 °C

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

Para el NiO 45% MgO: 2465 - 2250 = 215 °C  Para el NiO 60% MgO : 2585 - 2370 = 215 °C  Para el NiO 85% MgO: 2730 - 2620 = 110 °C

9.8. Determine la temperatura de liquidus,  la temperatura de solidus  y el rango de solidificación para las composiciones cerámicas de MgO-FeO siguientes (9- 18). a) MgO-25% peso FeO b) MgO-45% peso FeO c)

MgO-65% peso FeO

d) Mg0-80% peso FeO

20

40

60

80

Como se puede apreciar en la figura, las temperaturas de liquidus y solidos de los diferentes porcentajes son: 

Para el 25% NiO :  Para el 45% NiO :  Para el 65% NiO :  Para el 80% NiO :

solidus = 2260 °C y liquidus = 2600 °C (Líneas rojas) solidus = 1930 °C y liquidus = 2360 °C (Líneas amarillas) solidus = 1640 °C y liquidus = 2040 °C (Líneas verdes) solidus =1470°C y liquidus = 1740 °C (Líneas moradas)

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El rango de solidificación para los distintos porcentajes es: 

Para el  Para el  Para el  Para el

MgO-25% MgO-45% MgO-65% MgO-85%

FeO FeO FeO FeO

: : : :

2600 2360 2040 1740

-

2260 1930 1640 1470

= 340 = 430 = 400 = 270

°C °C °C °C

9.20 Se desea producir un cerámico MgO-FeO que tenga un 30% en peso de sólido a 2000°C. Determine la composición original del material cerámico en % en peso (figura 9-18).

S=(Mg.FeO



Observamos que solo está presente la fase sólida, el cual corresponde a la composición general de la aleación de 35%



Observamos que solo está presente la fase sólida, el cual corresponde a la composición general de la aleación de 35%

9.21 Suponga que un baño de 1200 Ib de una aleación de Nb-40% en peso de W se mantiene a 2800°C. ¿Cuántas libras de tungsteno pueden agregarse a este baño antes que se forme algún

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sólido? ¿Cuántas libras de tungsteno deben agregarse para que todo el baño sea sólido? (figura 919).



Para que se forme algún solido a 2800 ºC se tiene que estar en el punto “A”, siendo el 49 % en peso de tungsteno (W). En la aleación original hay 40 % en peso de tungsteno, entonces hay (0.4)*(1200 lb) = 480 lb de W, restando nos queda que 1200  – 480 = 720 lb de Niobio (Nb). Entonces para que se produzca el primer solido a 49 % se tendrá:

 

   

      

Entonces se deberá agregar de tungsteno 692 – 480 = 212 Lb 

Para que el baño sea solido la aleación debe estar pasando apenas el punto “B”, siendo ahí el porcentaje en peso del W igual a 70 %, entonces se tiene que:

 

   

      

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Entonces se deberán agregar 1680 – 480 = 1200 Lb de W 9.25 Suponga que un crisol fabricado en níquel puro se utiliza para contener 500 gramos de cobre líquido a 1150°C. Describa lo que ocurrirá con el sistema si se conserva a esta temperatura durante varias horas. Explique.

A las primeras horas todo será líquido, pero con el correr del tiempo, por la solubilidad ilimitada que presenta el Cobre (Cu) y Níquel (Ni), el cobre se disuelve a níquel hasta que el cobre contiene suficiente níquel para que comience la solidificación y posteriormente la total solidificación. Al 10 % Ni disuelto empieza la solidificación:

 

   

     

Al 18 % Ni disuelto, todo ya es sólido:

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 

   

     

9.28 A un material cerámico de Ni0-60% mol de MgO se le permite solidificar. Determine: a) La composición del primer sólido que se forma y b) La composición del último líquido que solidifica bajo condiciones de equilibrio.

B

A



El primer solido que se forma es en el punto B, puesto que allí es donde el líquido comienza a solidificarse y a coexistir las dos fases. Por tanto su composición es: El líquido tiene 60 % de MgO y el sólido 83 %MgO.



El ultimo liquido en solidificarse se da en el punto A, puesto que a partir de ahí todo se vuelve sólido. Por tanto tiene la composición de que el líquido tiene 35% de MgO y el sólido 60% MgO.

9.30 Para condiciones de equilibrio y para un material cerámico MgO con 65% en peso de FeO, determine: a) La temperatura de liquidus,

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b) La temperatura de solidus, c)

El rango de solidificación,

d) La composición del primer sólido que se forma durante la solidificación, e) La composición del último líquido a solidificarse, f)

Las fases presentes, sus composiciones y cantidades a 1800°C y

g) Las fases presentes, sus composiciones y cantidades a 1600°C (figura 9-18). 

La temperatura de liquidus es 2060 °C

B1

B1 B

C

D

A



La temperatura de solidus es 1660 °C.



Rango de solidificación: 2060 – 1660 = 400 °C.



La composición del primer sólido formado es: El Líquido tiene 65 % de FeO y el Sólido tiene 37 % de FeO.( Tramo B – B1)

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

La composición del último a solidificarse es: Solido 65 % de FeO y Liquido 87 % FeO.



A 1800 °C hay dos fases presentes, las cuales presentan: Solido 53 % FeO y sólido 77 % FeO.(Punto “C” )



A 1600 solo está presente la fase sólida, por lo que el sólido deberá contener 65 % de solidos FeO. (Punto “D”)

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