Ciencia e Ingeniería de los Materiales Tema 06. Transformaciones de fase y estructuras en la solidificación.

1. Supón que una masa líquida de níquel es sobre enfriada para provocar una nucleación

homogénea. Utilizando los datos de la Tabla 1, calcula:

a. El radio crítico del núcleo necesario.

b. Cantidad de átomos de níquel en el núcleo.

Datos: asume que el parámetro de red del níquel FCC es 0,356 nm.

Tabla 1. Valores de temperatura de solidificación, calor latente de fusión, energía superficial y enfriamiento típico de distintos materiales

2. Calcula la fracción de solidificación que ocurre dendríticamente cuando se nuclea el hierro

con:

a. 10°C de subenfriamiento.

b. 100°C de subenfriamiento.

c. Nucleación homogénea.

Datos: calor específico del hierro, c = 5,78 J/(cm³ ·°C).

3. Una esfera de 5 cm de diámetro fabricada mediante moldeo solidifica en 1050 segundos.

Calcula el tiempo que tardará en solidificar una placa de 0,3 cm x 10 cm x 20 cm moldeada en

las mismas condiciones que la esfera. Asume que n = 2.

4. Determina las constantes B y n de la “regla de Chvorinov” a partir de los datos experimentales

presentados en la Tabla 2.

Tabla 2. Dimensiones y tiempo de solidificación para distintos objetos fundidos

Dimensiones del objeto (cm) Tiempo de solidificación (s)

1 x 1 x 6 28,58 2 x 4 x 4 98,30

4 x 4 x 4 155,89

8 x 6 x 5 306,15

5. La figura presenta las distintas curvas de enfriamiento obtenidas experimentalmente en

distintos puntos de un cilindro de aluminio fabricado por moldeo. Determine los tiempos de

solidificación locales y las distancias entre brazos dendríticos secundarios (SDAS) en cada

punto y luego grafique la tensión de rotura frente a profundidad. Las piezas fundidas

normalmente son mecanizadas a posteriori con objeto de obtener las tolerancias geométricas

exigidas en las especificaciones del cliente. En vista del gráfico elaborado anteriormente

¿recomendaría que se arrancara mucho material de la superficie de la pieza fundida durante la

citada operación de acabado?

Datos Aluminio: k = 8 ·10-4 cm/s; m=0,42.

6. Para la curva de enfriamiento de la figura,

determina:

a. La temperatura de vertido.

b. La temperatura de solidificación.

c. El sobrecalentamiento.

d. La velocidad de enfriamiento (antes de la

solidificación).

e. El tiempo de solidificación total.

Si la curva de enfriamiento ha sido obtenida en

el centro del objeto mostrado en la figura,

determina la constante del molde, asumiendo

que n = 2.