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[2,0 puntos]

1. a) En el libro ASM Specialty Handbook: Cast Irons, se lee: “Un corte a través del ternario Fe-Si-Fe3C a 2% Si (que se aproxima al contenido en Si de muchas fundiciones) entrega una referencia conveniente para discutir la metalurgia de las fundiciones”…

“Para justificar el uso del diagrama ternario a 2% Si para estudiar los cambios de fase, se debe suponer que la concentración de Si es del 2% en toda la aleación y bajo toda condición. Obviamente esto no es estrictamente verdadero, pero hay poca evidencia de que el silicio segregue en algún grado importante en los hierros fundidos”. De acuerdo con sus sólidos conocimientos termodinámicos, ¿qué es lo que fundamenta esta afirmación? [0,6] R: El diagrama Fe-Si muestra que aleaciones con bajo contenido de Si poseen un k cercano a 1, lo que indica que el Si no tiene tendencia a segregar.

b) ¿Qué modificaciones fundamentales sufre el sistema Fe-C al añadirle silicio? [0,4] R: 1. Aumenta la región de ferrita; 2. Disminuye la región de austenita; 3. El eutéctico, el eutectoide y el máximo de solubilidad de C en austenita se desplazan a menores contenidos de C; 4. Las invariantes se transforman en regiones monovariantes (6. Aumenta la temperatura del eutéctico)

c) Un amigo suyo que está haciendo su trabajo de tesis relacionado con fundiciones ya ha olvidado casi todo lo relacionado con diagramas de fases y de energía libre composición, de modo que recurre a su ayuda. A partir del corte a 2% Si él desea esquematizar curvas de energía libre composición a, por ejemplo, 800 C. ¿Es eso posible? Si lo es, explíquele cómo debe hacerlo. Si no lo es, explíquele por qué no. [0,6] R: No es posible, porque en un corte de composición constante, como el señalado, las fases mostradas no son conjugadas, por lo tanto, así como no es posible aplicar la regla de la palanca, no es posible indicar las composiciones de las fases en equilibrio para dibujar las curvas de energía libre composición.

d) Analice el enfriamiento hasta 1300C para la aleación 0,5%C-Fe-2% Si. ¿Cuál es el contenido de carbono de la austenita a 1300C? [0,4] R: Líquido hasta aproximadamente 1450 C; precipitación de ferrita entre aprox. 1450 y 1430 C; entre aprox. 1430 y 1425 C, reacción peritéctica monovariante L+; sobra líquido de la reacción anterior y desde él precipita austenita hasta aprox. 1380, cuando acaba la solidificación obteniéndose 100% austenita. A 1300 continúa existiendo 100% austenita, cuyo contenido en C es el de la aleación, o sea, 0,5%.

[0,5 puntos]2. a) ¿Cuál es la solubilidad máxima de Sn (Tin) en Cu-Sn a 300C y a 500C? [0,2] b) ¿Cuál es la

solubilidad máxima de Sn en Cu-Sn-30Zn a 500C y en Cu-Sn-15Zn a 300C? [0,3] Indique claramente cómo obtiene sus respuestas. R: a) Corresponde al binario Cu-Sn, por lo que se lee directamente sobre la línea Cu-Sn (en este caso mostrada hasta 50%) La solubilidad a 300 C está dada por la línea punteada, siendo aproximadamente de 7%Sn (punto lila); a 500C, la solubilidad está dada por la línea llena, siendo de 15%Sn (punto verde. b) Ahora en el sistema ternario, la lectura de las composiciones se hace como muestran las líneas azul para 30%Zn y roja para 15%Zn; por lo tanto la solubilidad a 500C para Cu-Sn-30Zn está dada por el punto azul sobre la solvus correspondiente a 2% Sn, aproximadamente; a 300C, para Cu-Sn-15Zn, la solubilidad está dada por el punto rojo y corresponde a 3% Sn, aproximadamente.

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[2,5 puntos]3. a) Para la figura adjunta (fig. inferior hoja 3) esquematice las curvas de energía libre a una

temperatura superior a la de la transformación alotrópica para el componente puro; a T2; y a una temperatura inferior a la transformación para el componente puro. [1,0] R: T> T la curva de energía libre de está siempre bajo la de ; T< T la curva de energía libre de está siempre bajo la de ; T2: Entre 0 y el comienzo del anillo, la curva de bajo la de ; entre el comienzo y fin del anillo las curvas se cruzan, denotando la región bifásica con la recta que une las composiciones del comienzo y fin del anillo. Más allá del fin del anillo, la curva de está siempre bajo la de . b) Hace ya varios años, un joven ingeniero metalúrgico necesitaba fundir una pequeña cantidad de aluminio para algún uso posterior. Como contaba con un horno de atmósfera de argón que le aseguraba que no ocurriría oxidación, insertó allí un crisol de acero refractario, de un espesor de pared de 1 mm, dentro del cual puso el aluminio. Para asegurar la fusión del aluminio, calentó el horno a 680 C y decidió dejarlo una media hora. Al cabo de unos 15 minutos se produjo un cortocircuito. El receptáculo había sido perforado y el aluminio líquido descendió hasta la resistencia del horno causando el corte. ¿Cómo puede haber ocurrido esto? Es decir, ¿cuál fue el error del ingeniero? [1,5] R: Su error fue no considerar el diagrama de fases Fe-Al donde hubiese observado que el Al fundido disuelve el hierro, con lo cual era inevitable que el crisol se fundiera.

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[1,0 punto]4. a) Otro amigo suyo, estudiante de ingeniería mecánica, debió calentar un trozo de níquel en un

horno sellado, cuya presión de oxígeno inicial era de una atmósfera. Para evitar que se le oxidara, puso el trozo de níquel en un receptáculo que contenía grafito. Cuando, al cabo de un tiempo sacó el trozo de níquel, encontró que éste estaba superficialmente oxidado. ¿Cuál fue su error? (¿en el fondo, qué ocurrió?) ¿Qué debe hacer para remediarlo? R: De acuerdo al Diagrama de Ellingham, debe haber calentado bajo 450 C, donde se podría formar monóxido de C, excepto que a esas temperaturas es más estable el óxido de Ni. Para remediarlo, debe calentar sobre 450 C, donde será más estable el monóxido de C y se reducirá el óxido de Ni.b) Como usted sabe, existe una temperatura (¿cuál?) en la que es posible tener plata y su óxido, ambos en estado sólido, en equilibrio con oxígeno a una presión de 1 atmósfera. ¿Cree posible emular ese equilibrio para el caso del níquel? Explique. R: No. Eso requeriría calentar a varios miles de grados, en donde el Ni y su óxido estarán líquidos (si es que no gaseosos).

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