Propiedades térmicas de los materiales

Propiedades térmicas de los materiales.

Resistencia a los materiales.

Instituto IACC.

01 de Julio de 2019.

1. En un taller de tornería se está fabricando el eje trasero de un carro de arrastre. Para efectos de aprovechar todo el material disponible, el tornero decide soldar una pieza de acero para llegar al largo requerido, que es de 2,5[m], todo esto a temperatura ambiente (23 °C). La soldadura permite obtener las dimensiones deseadas, pero provoca que la pieza aumente su temperatura inicial en 8 veces, por lo que su enfriamiento rápido es inminente para obtener un buen forjado de la aleación, y es por ello que la pieza se sumerge en un recipiente de cal.

 a) Determine la longitud aproximada de la pieza que el maestro tornero logró soldar

Se sabe que la dilatación térmica se calcula mediante la siguiente ecuación:

𝐿𝑓 − 𝐿𝑖 = 𝛼 ∗ 𝐿𝑖 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖)

Por lo tanto, reemplazando datos se obtiene lo siguiente;

2,5 - Li = 3,67 *  * Li (184 – 23)[pic 1]

Li = 1,64 m.

La longitud aproximada que el maestro logró soldae es de 1,64 metros.

2. Calcule el flujo de carbono a través de una placa que sufre procesos de carburización y descarburización a una temperatura de 650 °C. Las concentraciones de carbono a una distancia de 0,5 [cm] y 0,8 [cm] por debajo de la superficie carburizada son 1,7*10-2  y 0,8*10-2 respectivamente. Suponga D=3*10-7 .[pic 2][pic 3][pic 4]

Según los datos se tiene lo siguiente

Sabemos que el flujo se puede expresar como:

[pic 5]

Reemplazando los datos conocidos:

[pic 6]

Resolviendo la expresión se obtiene que el flujo de carbono tiene un valor de:

[pic 7]

3.  Desarrolle un ejemplo para cada mecanismo de difusión estudiado. Indique, además, cuál es la ventaja de usar ese tipo de difusión y no otro. Justifique su respuesta.

Difusión por vacancias:

Ejemplo de difusión por vacancias del cobre en un plano compacto en la estructura cristalina del mismo metal. Si un átomo cercano a la vacancia posee suficiente energía de activación, podrá moverse hacia esa posición, y contribuirá a la difusión propia de los átomos de cobre en la estructura. Esa energía de activación para la autodifusión es igual a la suma de la energía de activación necesaria para formar la vacancia y la necesaria para moverla. Sus valores se encuentran en la Tabla. En general, al incrementarse el punto de fusión del metal, la energía de activación también aumenta debido a que son mayores las energías de enlace entre sus átomos. La difusión por vacancias también puede darse en soluciones sólidas. En este caso, la velocidad de difusión depende de las diferencias en los tamaños de los átomos y de las energías de enlace.

[pic 8]

Difusión Intercicial

La difusión intersticial de los átomos en las redes cristalinas tiene lugar cuando éstos se trasladan de un intersticio a otro contiguo sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz de la red cristalina. Para que el mecanismo intersticial sea efectivo, el tamaño de los átomos que se difunden debe ser relativamente pequeño comparado con los de la red; por ejemplo hidrógeno, oxigeno, nitrógeno, boro y carbono pueden difundirse intersticialmente en la mayoría de las redes cristalinas metálicas.

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