6.1. ¿Cuáles son algunas de las propiedades generales que distinguen a los metales de los materiales cerámicos y polímeros? Las propiedades metálicas típicas incluyen: alta resistencia y rigidez, buena conductividad eléctrica y térmica y mayor densidad que las cerámicas o los polímeros. 6.2. ¿Cuáles son los dos grupos principales de metales? Defínalos. Metales ferrosos, que se basan en hierro; y no ferroso, que incluye a todos los demás. 6.3. ¿Qué es una aleación? Una aleación es un metal compuesto por dos o más elementos, al menos uno de los cuales es metálico. 6.4. ¿Qué es una solución sólida en el contexto de las aleaciones? Una solución sólida es una aleación en la cual uno de los elementos metálicos se disuelve en otro para formar una sola fase. 6.5. Diga la diferencia entre una solución sólida sustitucional y otra intersticial. Una solución sólida de sustitución es cuando los átomos del elemento disuelto reemplazan los átomos del elemento de la solución en la estructura reticular del metal. Una solución sólida intersticial es donde los átomos disueltos son pequeños y se ajustan a los espacios vacíos (los intersticios) en la estructura reticular del metal disolvente. 6.6. ¿Qué es una fase intermedia en el contexto de las aleaciones? Una fase intermedia es una aleación formada cuando se excede el límite de solubilidad del metal base en la mezcla y se forma una nueva fase, tal como un compuesto metálico (por ejemplo, Fe3C) o compuesto intermetálico (por ejemplo, Mg2Pb). 6.7. El sistema cobre-níquel es un sistema de aleación sencillo, como lo indica su diagrama de fase. ¿Por qué es tan sencillo? El sistema de aleación Cu-Ni es simple porque es una aleación de solución sólida en todo su rango de composición. 6.8. ¿Cuál es el rango de los porcentajes de carbono que definen como acero a una aleación de hierro-carbono? El contenido de carbono oscila entre 0.02% y 2.11%. 6.9. ¿Cuál es el rango de los porcentajes de carbono que definen como hierro colado a una aleación de hierro-carbono? El contenido de carbono oscila entre 2.11% y aproximadamente 5%. 6.10. Identifique algunos de los elementos comunes de aleación, además del carbono, en los aceros de baja aleación. Los elementos de aleación comunes en acero de baja aleación son Cr, Mn, Mo, Ni y V. 6.11. ¿Cuáles son algunos de los mecanismos por medio de los que los elementos de aleación diferentes del carbono dan resistencia al acero?
Todos los elementos de aleación distintos de C fortalecen el acero por aleación de solución sólida. Cr, Mn, Mo y Ni aumentan la templabilidad durante el tratamiento térmico. Cr y Mo mejoran la dureza en caliente. Varios de los elementos de aleación (Cr, Mo, V) forman carburos duros con C, lo que aumenta la resistencia al desgaste. El vanadio inhibe el crecimiento del grano durante el tratamiento térmico, lo que mejora la resistencia y la dureza. 6.12. ¿Cuál es el mecanismo por el que el carbono da resistencia al acero en ausencia de tratamiento térmico? En ausencia de tratamiento térmico, el carbono fortalece el acero al crear una estructura de dos fases en el metal. 6.13. ¿Cuál es el elemento de aleación predominante en todos los aceros inoxidables? Cromo. 6.14. ¿Por qué se llama así el acero inoxidable austenítico? Se llama austenítico porque esta aleación existe en su fase austenítica a temperatura ambiente. La razón es que el níquel tiene el efecto de aumentar el rango de temperatura austenítico para incluir la temperatura ambiente. 6.15. Además del alto contenido de carbono, ¿qué otros elementos de aleación son característicos del hierro colado? Silicio. 6.16. Identifique algunas de las propiedades por las que es notable el aluminio. El aluminio se caracteriza por su baja densidad, alta conductividad eléctrica y térmica, conformabilidad, buena resistencia a la corrosión debido a la formación de una película de óxido resistente en su superficie, y capacidad de alearse y fortalecerse para lograr buenas relaciones resistencia / peso. 6.17. ¿Cuáles son algunas de las propiedades más destacadas del magnesio? El magnesio se caracteriza por su muy baja densidad (el más ligero de los metales estructurales), la propensión a oxidarse (que puede causar problemas en el procesamiento) y la baja resistencia; sin embargo, puede alearse y reforzarse mediante métodos similares a los utilizados para las aleaciones de aluminio para lograr relaciones respetables de resistencia a peso. 6.18. ¿Cuál es la propiedad del cobre más importante para la ingeniería y que determina la mayor parte de sus aplicaciones? Su alta conductividad eléctrica. 6.19. ¿Cuáles elementos se alean por tradición con el cobre para formar a) bronce, y b) latón? Los elementos son (a) estaño y (b) zinc, respetuoso. 6.20. ¿Cuáles son las aplicaciones más importantes del níquel?
Las aplicaciones importantes de Ni son (1) como un ingrediente de aleación en acero, por ejemplo, acero inoxidable; (2) para chapado de acero para resistir la corrosión; y (3) para formar aleaciones basadas en níquel que se destacan por el desempeño a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión. 6.21. ¿Cuáles son las propiedades más notables del titanio? El titanio se destaca por su alta relación resistencia / peso, resistencia a la corrosión (debido a la formación de una película de óxido fina pero resistente) y resistencia a altas temperaturas. 6.22. Mencione algunas de las aplicaciones importantes del zinc. Las aplicaciones importantes de Zn son (1) fundiciones a presión: el zinc es un metal fácil de moldear; (2) como un recubrimiento en acero galvanizado; (3) como un elemento de aleación con cobre para formar latón. 6.23. ¿Cuál es la aleación importante que se forma con plomo y estaño? Soldadura. 6.24. a) Mencione los metales refractarios importantes. b) ¿Qué significa el término refractario? (a) Los metales refractarios incluyen columbio (Cb), molibdeno (Mo), tantalio (Ta) y tungsteno (W). Mo y W son los más importantes. (b) Refractario significa la capacidad de soportar el servicio de alta temperatura. 6.25. a) Diga los cuatro metales nobles principales. b) ¿Por qué se les llama metales nobles? (a) Los metales nobles principales son cobre, oro, platino y plata. (b) Los metales Nobel son llamados así porque son químicamente inactivos. 6.26. Las superaleaciones se dividen en tres grupos básicos, de acuerdo con el metal base que se utiliza en la aleación. Mencione los grupos. Los tres grupos son (1) aleaciones basadas en hierro, (2) aleaciones basadas en níquel y (3) aleaciones basadas en cobalto. 6.27. ¿Qué es lo que tienen de especial las superaleaciones? ¿Qué las distingue de las demás? Las superaleaciones generalmente se distinguen por su resistencia y resistencia a la corrosión y oxidación a temperaturas elevadas. 6.28. ¿Cuáles son los tres métodos básicos por medio de los cuales puede darse resistencia a los metales? Los tres métodos básicos son (1) aleación para formar soluciones sólidas y estructuras de dos fases que son más fuertes que los metales elementales; (2) trabajo en frío, en el que el metal endurecido por tensión es más fuerte y más duro que el metal no entrenado; y (3) tratamiento térmico: la mayoría de los tratamientos térmicos comerciales están diseñados para aumentar la resistencia del metal.
6.1. ¿Cuáles de las propiedades o características siguientes son inconsistentes con los metales? (dos respuestas correctas): a) buena conductividad térmica, b) resistencia elevada, c) resistividad eléctrica alta, d) mucha rigidez, o e) enlace iónico. (c) y (e). 6.2. ¿Cuál de los elementos metálicos es el más abundante en la Tierra?: a) aluminio, b) cobre, c) hierro, d) magnesio, e) silicio. (a). 6.3. ¿Cuál de las siguientes es la fase predominante en el sistema de la aleación hierro-carbono para una composición con el 99% de Fe a temperatura ambiente?: a) austenita, b) cementita, c) delta, d) ferrita, o e) gama. (d). 6.4. ¿Un acero con el 1.0% de carbono se conoce como cuál de los siguientes?: a) eutectoide, b) hipoeutectoide, c) hipereutectoide, o d) hierro forjado. (c). 6.5. ¿Al incrementarse su contenido de carbono, la resistencia y dureza del acero, a) aumenta o b) disminuye? (a). 6.6. ¿En el sistema del código AISI cómo se especifican los aceros simples al carbono?: a) 01XX, b) 10XX, c) 11XX, d) 12XX, o e) 30XX. (b). 6.7. ¿Cuál de los elementos siguientes es el ingrediente de alea ción más importante en el acero?: a) carbono, b) cromo, c) níquel, d) molibdeno, o e) vanadio. (a) 6.8. ¿Cuál de los siguientes no es un ingrediente de aleación común del acero?: a) cromo, b) manganeso, c) níquel, d) vanadio, e) zinc. (e). 6.9. Las aleaciones de solución sólida son el mecanismo principal para dar resistencia a los aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA): ¿a) verdadero, o b) falso? (a). 6.10. ¿Cuáles de los elementos de aleación siguientes se asocian más comúnmente con el acero inoxidable? (dos respuestas mejores): a) cromo, b) manganeso, c) molibdeno, d) níquel, y e) tungsteno. (a) y (d). 6.11. ¿Cuál de los siguientes es el hierro colado de mayor importancia comercial?: a) hierro colado dúctil, b) hierro colado gris, c) hierro maleable, d) hierro colado blanco. (b).
6.12. ¿Cuál de los metales que siguen tiene la densidad más baja?: a) aluminio, b) magnesio, c) estaño, o d) titanio. (b). 6.13. ¿Cuál de los metales siguientes tiene la densidad más alta?: a) oro, b) plomo, c) platino, d) plata, o e) tungsteno. (c). 6.14. ¿De cuál de los siguientes minerales se deriva el aluminio? a) alúmina, b) bauxita, c) cementita, d) hematita, o e) scheelita. (b). 6.15. ¿Cuál de los metales que siguen es notable por su buena conductividad eléctrica? (hay una respuesta que es la mejor): a) cobre, b) oro, c) hierro, d) níquel, o e) tungsteno. (a). 6.16. El latón tradicional es una aleación de cuál de los elementos metálicos siguientes (dos respuestas correctas): a) aluminio, b) cobre, c) oro, d) estaño, e) zinc. (b) y (e). 6.17. ¿Cuál de los metales que siguen tiene el punto de fusión más bajo?: a) aluminio, b) plomo, c) magnesio, d) estaño, o e) zinc. (d).
6.1. Para el diagrama de fase cobre-níquel de la figura 6.2, encuentre las composiciones de las fases líquida y sólida para una composición nominal de 70% de Ni y 30% de Cu, a 1 371 °C (2 500 °F).
Las composiciones se observan de la siguiente manera: Composición de la fase líquida = 65%Ni - 35%Cu. Composición en fase sólida = 83% Ni - 17% Cu. 6.2. Para el problema anterior, utilice la regla de la palanca inversa para determinar las proporciones de las fases líquida y sólida presentes en la aleación. Los valores medidos de CL y CS son: CL = 5 mm, CS = 12 mm. Proporción de fase líquida = 12 / (12 + 5) = 12/17 = 0.71 Proporción de fase sólida = 5/17 = 0.29 6.3. Con el diagrama de fase plomo-estaño de la figura 6.3, determine las composiciones de las fases líquida y sólida para una composición nominal de 40% de Sn y 60% de Pb, a 204 ºC (400 ºF). Las composiciones se observan de la siguiente manera: Composición de la fase líquida = 56%Sn - 44%Pb. Composición de fase α = 18% de Sn - 82% de Pb.
6.4. Para el problema anterior, utilice la regla de la palanca inversa para calcular las proporciones de las fases líquida y sólida presentes en la aleación. Los valores medidos de CL y CS son: CL = 10.5 mm, CS = 15 mm. Proporción de fase líquida = 15 / (15 + 10.5) = 15 / 25.5 = 0.59 Proporción de fase α = 10.5 / 25.5 = 0.41
6.5. Con el diagrama de fase plomo-estaño de la figura 6.3, determine las composiciones de las fases líquida y sólida para una composición nominal de 90% de Sn y 10% de Pb a 204 ºC (400 ºF). Las composiciones se observan de la siguiente manera: Composición de la fase líquida = 78% Sn - 22% Pb. Composición de fase β = 98% de Sn - 2% de Pb.
6.6. Para el problema anterior, use la regla de la palanca inversa para encontrar las proporciones de las fases líquida y sólida presentes en la aleación. Los valores medidos de CL y CS son: CL = 7.8 mm, CS = 4.2 mm. Proporción de fase líquida = 4.2 / (13) = 0.32 Proporción de fase α = 7.8 / 13 = 0.68 6.7. En el diagrama de fase hierro-carburo de hierro de la figura 6.4, identifique la fase o fases presentes en las temperaturas siguientes y las composiciones nominales: a) 650 ºC (1 200 ºF) y 2% de Fe3C, b) 760 ºC (1 400 ºF) y 2% de Fe3C, y c) 1 095 °C (2 000 ºF) y 1% de Fe3C. (a) Alpha + carburo de hierro, (b) gamma + carburo de hierro, y (c) gamma.
