TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.-Diagrama Fe-C. Aceros y fundiciones férreas

HOJA 1.

P1/ Problema A. Sean: CpE: cementita primaria (o proeutéctica) CE: cementita eutéctica C'pE: cementita secundaria (o proeutectoide) P : perlita C'E: cementita eutectoide (o que forma parte de la perlita) CV: cementita terciaria o vermicular CT: cementita total Fp: ferrita proeutectoide FE: ferrita eutectoide Se pide: 1°- 2°- Determinar los porcentajes en peso de estos valores en una aleación férrea, binaria, de 3.5 % de carbono. 3°- Curva de solidificación y enfriamiento de equilibrio (T, t) de una aleación 0.45 % de carbono, hasta la temperatura ambiente, señalando sobre dicha curva las temperaturas en que se rompe el equilibrio y las fases presentes a esas temperaturas. 4°- Después de un normalizado, la estructura de ese acero de 0.45% de Carbono, resultó ser 100 % perlítica. Determinar el porcentaje de carbono y de ferrita que tiene esa perlita diluida. 5°- Comparando el acero de 0.45 % C con la aleación del apartado 1° y 2° -de 3.5 %C- señalar, razonadamente, cuál de estas dos aleaciones es más propensa al agrietamiento por temple en agua. 6°- Comparando dos piezas iguales de aceros de 0.45 % C -uno aleado y otro no- indicar, razonándolo, cuál de las dos presentará más austenita residual tras temple en aceite. 7°- ¿Cuál es la temperatura límite, más alta, a la que puede efectuarse un revenido del acero no aleado de 0.45% de carbono? 8°- Justificar por qué - o por qué no- es necesario austenizar un acero, por ejemplo de 0.1 %C, si se desea incrementar periféricamente su contenido en carbono mediante una adecuada atmósfera carburante. 9°- Contenido máximo de carbono que podría llegar a alcanzar la austenita a 930 ºC en esa atmósfera carburante. 10º.- Justificar si una fundición férrea puede ser blanca y gris al mismo tiempo. P2/ Problema B. 1°- Después de pulir una probeta del acero binario A y otra del acero binario B (las cuales previamente han sido recocidas de tal modo que sus estructuras concuerdan con las del diagrama metaestable Fe-C), se atacan con nital para su observación metalográfica. Examinadas al microscopio, se pone de manifiesto que la fracción de superficie blanca es igual en ambas muestras. Como complemento se determina con un durómetro la dureza de la zona o constituyente blanco del acero B, que resulta ser muy superior a la dureza de la zona blanca de A. Admitiendo que la densidad del constituyente blanco del acero A sea igual a la densidad del constituyente blanco del acero B, deducir los porcentajes en carbono de los aceros A y B. 2°- Dibujar, precisando sus distintos puntos en temperatura y composiciones, el diagrama metaestable Fe-C y basándose en él deducir la estructura primaria de solidificación de los aceros A y B. Razonar si la estructura columnar será más o menos acusada en estos aceros A y B, que en el caso del Fe puro. 3°- Señalar las diferencias entre el acero A y el acero B: en cuanto a su temperatura de temple y en cuanto al riesgo de agrietamiento en el temple. 4°- Supongamos que el acero A tuviera 10 % en peso de ferrita proeutectoide. Precisar los valores de los puntos críticos A1, A2, A3, Acm, en ambos aceros A y B. 5°- Tipos de recocido -y criterios para su empleo- en el caso del acero A y en el caso del acero B. 6°- Diferencias entre la estructura de normalizado del acero A y la de otro acero, también en estado normalizado, pero que con idéntico carbono al del acero A tenga además 1.2 % Mn. 7°- ¿Es susceptible de ser cementado el acero A? ¿Y un acero idéntico al A pero con presencia de Mo y W (elementos alfágenos carburígenos). Razonar la respuesta.

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HOJA 2.

P3/Problema C. 1°- Determinar las temperaturas de inicio y final de solidificación de un acero binario cuyo contenido en carbono es de 0.30 % en peso. 2°- Continuando un enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente, del acero del apartado anterior, y admitiendo que la ferrita y la perlita tengan respectivamente 295 N/mm2 y 790 N/mm2 de carga de rotura, determinar la carga de rotura de este acero. 3°- Dos aceros tienen igual contenido en carbono, uno aleado y otro no. Dibujar esquemáticamente, en una misma figura de ejes coordenados HRc-T, las curvas de revenido de uno y otro acero e indicar alguna conclusión práctica que puede deducirse de la comparación entre ambas curvas. 4°- ¿Al aumentar el diámetro de un cilindro de acero para temple, varía su templabilidad? ¿Cómo varía el diámetro crítico real al 50 %, al variar la severidad de temple? ¿y el diámetro crítico ideal? 5°- En las fórmulas empíricas para el cálculo de las templabilidades existe un parámetro relacionado con el tamaño de grano austenítico. ¿Para tamaños de grano mayores, las templabilidades aumentan o disminuyen?. Razónese. 6°- ¿Al templar un acero pueden presentarse estructuras micrográficas de ferrita y martensita? ¿Tras revenido pueden obtenerse estructuras ferrito- perlíticas? Razonar ambos casos. 7°- Diferencias entre: recocido de regeneración, recocido subcrítico, y normalizado. 8°- ¿Se podría afirmar, en algún caso, que un acero con 0.5 % de carbono resulte hipereutectoide? Razónese. 9°-10°- La temperatura de transición dúctil-frágil de aceros ferrito-perlíticos de alto y medio contenido en carbono puede calcularse por la expresión: ITT  C   F 46  11.5d 1/2   1  F  335  5.6S01/2  13.3 p1/2  3.48x106 t   48.7Si  762 Nf

siendo: F = fracción volumétrica de ferrita proeutectoide del acero D = diámetro de grano de la ferrita, en mm; So = espaciado interlaminar de la perlita en mm P = tamaño de las colonias de perlita en mm; t = espesor de lámina de la cementita perlítica, en mm Si = % de Si del acero; Nf= % de Nitrógeno disuelto intersticialmente Cuando aumenta el coeficiente de dilución de la perlita, indicar en qué sentido (aumento o disminución) varía la ITT °C si el valor de p se supone que permanece invariable. P4/ Problema D 1°- Algunos aceros binarios tienen contenidos en peso de carbono tales que la ferrita obtenida al iniciarse la transformación por enfriamiento desde el estado gamma, resulta ser siempre magnética (recuérdese que es amagnética para temperaturas superiores a 770 °C). Se pide: determinar el contenido mínimo de carbono C1 que debe tener el acero para que esto ocurra y precisar si es un acero calmado o efervescente. 2°- En el caso de aceros hipereutectoides la temperatura eutectoide suele denominarse A321. ¿Por qué? 3°- Temperaturas de comienzo y final de solidificación del acero del apartado 1°. 4°- ¿Este acero de C1 % de carbono será más -o menos- propenso a la estructura bandeada, por laminación, que un acero de 0.15% C? Razónese. 5°- Justificar cuál de los dos aceros del apartado anterior será más susceptible al agrietamiento por temple; y las diferencias entre ambos en cuanto a austenita residual. 6°- Determinar el porcentaje en peso de ferrita proeutectoide y de ferrita eutectoide, del acero del apartado 1°, después de un recocido de regeneración con enfriamiento de equilibrio. 7°- En ese mismo acero, después de un normalizado -por enfriamiento al aire- la estructura ha resultado ser 100 % de perlita. Determinar el porcentaje de ferrita que tiene esa perlita diluida. 8°- Razones por las que -o por las que no- utilizaría ese acero para tubería soldada de oleoducto. 9°- ¿Por qué, o por qué no, sería adecuado ese acero para fabricar herramientas para corte con arranque de viruta? 10°- Indicar por qué -o por qué no- es necesario austenizar un acero si se desea incrementar periféricamente su contenido en Carbono mediante una adecuada atmósfera carburante. Y calcular el porcentaje máximo de carbono que podría llegar a alcanzar la austenita a 950 °C en esa atmósfera carburante.

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HOJA 3.

P5/ Problema E / Diciembre 2007 Dos redondos de un mismo acero E, de diámetros respectivos D1 y D2, después de ser austenizado a la misma temperatura han sido templados en aceite. La formación de martensita dura (penetración de temple) alcanza hasta 3 mm a partir de la periferia del redondo D1 y de 7 mm en el redondo D2. Responder a lo que sigue (indicando las razones de la respuesta): 1°- ¿Cuál de los dos redondos tiene mayor diámetro? 2°- ¿Por qué (o por qué no) es razonable afirmar que D2 tiene mayor templabilidad que D1? 3°- Si el temple se hubiera realizado en agua, la penetración de temple hubiera sido igual, mayor o menor que en el caso considerado de temple en aceite? 4°- ¿Al aumentar la severidad de temple aumenta el diámetro crítico ideal? 5°- ¿Variará la proporción de austenita residual por temple en agua y por temple en aceite? 6°- Modificando algún factor extrínseco al acero. ¿Podría lograrse una penetración de temple superior a los 3 mm para temple en aceite del redondo de acero F de diámetro D1? 7°- El diámetro crítico (para temple en aceite) al 99 %, ¿es mayor, o menor, que el diámetro crítico real (para temple en aceite) al 50 % de martensita? 8°- Se emplearía este acero E en estructuras metálicas soldadas? 9°- Hay tipos de acero que reciben el nombre de autotemplantes por su aptitud de temple al aire. ¿Será este el caso del acero E? La dureza del acero después de normalizado será igual que después de temple en el caso de los aceros autotemplantes? 10°- Se emplearía el acero E para cementación en la fabricación de engranajes? P6/Problema F Se quiere templar en aceite un eje de acero de 40 mm de diámetro; la estructura en su núcleo deberá ser 99 % martensítica. La siguiente tabla muestra la correlación que existe entre la velocidad de enfriamiento continuo (CCR, continuous cooling rate) en el centro de redondos de acero y su diámetro (D), cuando han sido austenizados y templados en aceite: CCR (ºC/s)(ºC.s-1)

D (mm) 250

0.17

100

2.5

20

50

5

667

Para aceros al Ni-Cr-Mo de baja aleación su velocidad crítica de temple viene dada por la siguiente relación empírica en que el símbolo de cada elemento representa su % en peso:

log(CCR en º Cs 1)  4.3  3.27(%C ) 

Mn  Ni  Cr  Mo 1.6

Se dispone de los siguientes aceros I, II y III, de composición: ACERO I II III

%C 0.30 0.40 0.35

% Mn 0.60 0.80 0.80

% Ni --1 2.20

% Cr 1 0.90 0.90

% Mo 0.20 0.30 0.30

Se pide: 1°- Demostrar que existe una correlación lineal, doble logarítmica, entre el diámetro de los redondos y la velocidad de enfriamiento de su núcleo cuando se templan en aceite. 2°- ¿Qué aceros, de los disponibles, resultarían idóneos para la fabricación del eje? ¿Cuáles no? 3°- ¿Cuál elegiría atendiendo, complementariamente, a criterios económicos? Determinar, tras revenido tenaz, sus rangos de resistencia mecánica y a la fatiga respectivamente. Carga aproximada de rotura en estado recocido. 4°- ¿Cuál presentaría mayor riesgo de fisuración en el temple y mayor cantidad de austenita retenida?.

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HOJA 4.

P7/ Problema G 1°- Por aplicación de la Ley de Gibbs, determinar la forma de la curva de solidificación y enfriamiento de un acero binario, de 0.30 % C, desde el estado fundido temperatura ambiente. 2°- A la temperatura ambiente, después de ese enfriamiento de equilibrio, calcular si es que existen esos tipos de Fe3C en este acero los porcentajes en peso de cementita: proeutéctica, eutéctica, proeutectoide, eutectoide y terciaria. 3°- Al austenizar este acero a 1000 °C para efectuar un normalizado se ha producido estructura de Widmanstatten. ¿Por qué? ¿Cómo podría corregirse posteriormente este defecto? 5°- Por enfriamiento en corriente de aire desde el estado austenítico se observa en ese acero de 0.30 % C una estructura micrográfica de ferrita y perlita con 50 % en peso de perlita. Se pide determinar el porcentaje en carbono de esta "perlita diluida". ¿Por qué se le denomina "diluida"? 6°- Justificar las diferencias si las hay entre este acero y otro de 0.60% C, también binario, en cuanto a: templabilidad, susceptibilidad al agrietamiento en el temple, porcentaje de austenita residual, temperatura máxima de revenido. 7°- A diferencia de los dos aceros considerados, en el caso de los aceros hipereutectoides la temperatura eutectoide suele denominarse Al23. ¿Por qué? 8°- ¿Pueden dos aceros de distinta composición tener el mismo valor A3? Razónese. 9°- Un acero con idéntico porcentaje de carbono y pequeños contenidos de fósforo y silicio (así como S y Mn que aparecen en forma de sulfuros) presenta a temperatura ambiente, tras laminación en fase gamma, una estructura de bandas alternas de ferrita y perlita. Razónese si los sulfuros aparecerán alojados preferentemente en algunas de esas bandas. 10°- ¿Cómo podría lograrse evitar esa estructura bandeada? P8/Problema H El tiempo transcurrido a temperatura constante para la total solidificación de un peso P 1 de fundición blanca eutéctica binaria, en condiciones de equilibrio, ha resultado ser t1. Una cantidad igual en peso P1 de otra fundición hipoeutéctica binaria tardó en finalizar la solidificación a la temperatura eutéctica, en condiciones de equilibrio, 0.4063t1. Se pide: 1°- Diferencias en cuanto a segregación principal entre ambas aleaciones. 2°- Dibujar el diagrama metaestable Fe-C. 3°- Determinar el contenido en carbono, C1, de aquella fundición hipoeutéctica. 4°- Cantidad de cementita eutectoide (en forma de perlita) que contiene esa fundición hipoeutéctica. 5°- Propiedades significativas de esa aleación. 6°- Por decarburación en estado líquido de esa fundición hipoeutéctica se ha logrado un acero cuyo contenido en Carbono ha resultado ser diez veces menor (0.1C1). Si la decarburación se ha realizado plenamente en estado líquido ¿Cuál habrá sido al menos la temperatura de decarburación? 7°- ¿Por qué o por qué no puede considerarse que ese acero es "de fácil soldabilidad"? 8°- Ese acero después de un normalizado resultó tener 50 % de ferrita y 50 % de perlita. Determinar el porcentaje de ferrita que tiene esa perlita diluida. 9°- Determinar la temperatura A3 de este acero. ¿Por qué o por qué no sería correcto templar ese acero desde 920 °C? ¿Y desde 730 °C? 10°- Al aumentar la severidad de temple ¿Por qué o por qué no varía la templabilidad de ese acero?

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HOJA 5.

P8’/Setiembre 1997. El tiempo transcurrido a temperatura constante para la total solidificación de un peso P1 de fundición blanca eutéctica binaria, en condiciones de equilibrio ha resultado ser t1. Una cantidad igual en peso de otra fundición blanca hipoeutéctica tardó en finalizar su solidificación, a la T eutéctica, en condiciones de equilibrio: 0.4t1, se pide: 1.-Determinar el contenido en C de la fundición hipoeutéctica. 2.-Partiendo del estado líquido, determinar las temperaturas de inicio y final de la solidificación de equilibrio de la fundición hipoeutéctica del apartado anterior. 3.-Cantidad de cementita eutectoide que contiene la aleación de apartado anterior constituyente matriz de la aleación. Aplicaciones. Por decarburación en estado líquido de la fundición blanca en cuestión, se ha obtenido un acero líquido de 0.35 % de carbono. se pide: 4.-Determinar, por aplicación de la Ley de Gibbs, las temperaturas, T, a las que se rompe el equilibrio, durante el enfriamiento hasta la temperatura ambiente de este acero, indicando en cada caso las fases en equilibrio. 5.-¿Es adecuado emplear como temperatura de temple de este acero alguna de las siguientes: 770 ºC; 870 ºC; 1050 ºC?. ¿Cuáles serían las consecuencias en cada caso? 6.-¿El valor de la carga de rotura de este cuerpo resulta igual, mayor o menor, según la probeta que se extraiga del eje de un redondo de 250 mm de diámetro o de una zona próxima a la pared, en el supuesto de que dicho redondeo haya sido normalizado a 870º C?. Carga aproximada de rotura del acero. Aplicaciones.

P9/ Problema I La temperatura a que inicia su solidificación un determinado acero binario es 1480 °C. Se pide: 1°- Indicar el sistema cristalino al que pertenece la estructura primaria de solidificación de este acero. Estructura y carga de rotura, en estado recocido, del acero a temperatura ambiente. La temperatura de transición, ¿resultaría superior o inferior a la ambiente? Valor aproximado de su resistencia a la fatiga. 2°- ¿Emplearía este acero para tuberías soldadas (por ejemplo para oleoductos)?. Razónese. 3°- ¿Por qué, o por qué no, es adecuado este acero para chapas laminadas en frío, destinadas, por ejemplo, a carrocería de automóvil? 4°- Justificar las diferencias si las hay entre este acero y otro de 0.20 % C, también binario, en cuanto a: templabilidad, susceptibilidad al agrietamiento en el temple, porcentaje de austenita residual, temperatura máxima de revenido y propensión al bandeado. 5°- A diferencia de este acero, en el caso de los aceros hipereutectoides la temperatura eutectoide suele denominarse Al23. ¿Por qué? 6°- Con base en su estructura indicar por qué determinados aceros reciben el nombre de "rápidos". Y razónese sobre el tipo de recocido más adecuado para esos aceros. 7°- ¿Qué quiere decir tamaño de grano ASTM igual a 5?. Calcularlo.

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HOJA 6.

P10/Problema J. 1°- Después de pulir una probeta del acero binario A y otra del acero binario B (las cuales previamente han sido recocidas para que sus estructuras concuerden con las de equilibrio del diagrama meta-estable Fe-C), se atacan con nital para su observación metalográfica; examinadas al microscopio se pone de manifiesto que la fracción de superficie blanca matriz no perlítica en el acero A es doble que en el acero B. Como complemento se determina con un durómetro la dureza del constituyente matriz blanco del acero B que resulta ser 68 HRc (muy superior a la dureza de la matriz blanca de A). Admitiendo que la densidad del constituyente blanco del acero A fuera igual a la densidad del constituyente blanco del acero B, determinar los porcentajes límite superior e inferior de Carbono que pueden tener los aceros A. 2°- Suponiendo que un determinado acero B tuviera 1 % de carbono, determinar el porcentaje en peso de cementita terciaria o vermicular que presentaría el correspondiente acero A a la temperatura ambiente. 3°- Los aceros B son "calmados" o "efervescentes"?. Razónese. 4°- Por aplicación de la Ley de Gibbs, determinar la forma la curva de equilibrio de solidificación y enfriamiento (Temperatura, tiempo) de uno cualquiera de los aceros B y precisar los valores de Al y A3. 5°- Un acero A cuyo contenido en carbono es 0.25% presenta después de normalizado 50 % en perlita. Determinar el porcentaje en ferrita que tiene esa perlita diluida. 6°- Un acero hipoeutectoide no aleado, pero con pequeños contenidos de P y Si (así como S y Mn que aparecen en forma de sulfuros) presenta a temperatura ambiente, tras laminación en fase gamma, una estructura de bandas alternas de ferrita y perlita. Razónese si los sulfuros aparecerán alojados preferentemente en algunas de esas bandas. 7°- ¿Al aumentar la severidad del medio refrigerante empleado para templar un acero, varían su diámetro crítico real y su diámetro crítico ideal?. Razónese. 8°- Con base en su estructura indicar por qué determinados aceros reciben el nombre de "rápidos". Y razónese sobre el tipo de recocido más adecuado para esos aceros. 9°- En un catálogo se lee que la fundición maleable americana ferrítica puede templarse ¿no se tratará de un error de catálogo? Razonar la respuesta. 10°- Razonar sobre los tipos de estructura matriz más favorable, en las fundiciones grises, para resistencia al hinchamiento térmico. P11/Problema K. 1°- Para dos aceros binarios de contenido en Carbono 0.15 % y 1 %, respectivamente, calcular los intervalos de solidificación de uno y otro. 2°- Para uno y otro acero, por aplicación de la Ley de Gibbs, esquematizar (no es necesario calcular las temperaturas en que se rompe el equilibrio en estado sólido) sus curvas de solidificación y enfriamiento de equilibrio (temperatura, tiempo) desde el estado fundido hasta la temperatura ambiente; indicando sobre las curvas los grados de libertad correspondientes. 3°- Comparando a la temperatura ambiente las secciones longitudinales de dos tochos solidificados, uno del acero de 0.15 % C y otro de un acero inoxidable ferrítico de 28 % de cromo, se pide razonar: (a) ¿Cuál de los dos presentará más estructura columnar? (b) ¿podrían obtenerse estructuras martensíticas en ambos aceros con un temple? 4°- El acero de 0.15 % de carbono ha presentado después de un normalizado 40% de perlita. Se pide: (a) Determinar el porcentaje de ferrita que tendrá esa perlita; (b) ¿por qué se le denomina "diluida" a esa perlita? 5°- Comparando el acero de 1 % de C con otro, también binario, de 0.35 %, razonar: (a) ¿Cuál de los dos será más susceptible al agrietamiento en el temple en agua? b) ¿Es adecuado utilizar un recocido de regeneración para ablandar estos aceros? 6°- Razonar si, para un determinado acero, al aumentar la severidad del temple: ¿aumenta el diámetro crítico real? ¿Y el diámetro crítico ideal? 7°- ¿Pueden dos aceros de igual composición química presentar distinta templabilidad? Razónese. 8°- Dos redondos de un mismo acero F, de diámetros respectivos D1 y D2, después de ser austenizados a la misma temperatura han sido templados en aceite. La formación de martensita dura (penetración de temple) alcanza hasta 3 mm a partir de la periferia del redondo D1 y hasta 7 mm en el redondo D2. ¿Cuál de los dos

redondos tiene mayor diámetro? TECNOLOGÍA DE MATERIALES Tema 1.-Diagrama Fe-C. Aceros y fundiciones férreas

HOJA 7.

P12/Problema L. 1°- La microestructura de un determinado acero binario, después de un tratamiento térmico de normalizado, es de 90 % de perlita y 10 % de ferrita. El contenido de carbono de esta perlita diluida resultó ser 0.6 %. Se pide determinar el porcentaje carbono de este acero. 2°- ¿Cuál puede haber sido el motivo la finalidad de haber conferido el tratamiento térmico de normalizado a ese acero? 3°- Determinar la temperatura A3 de este acero ¿Por qué o por qué no sería correcto templar ese acero desde 920 °C? ¿Y desde 730 °C? 4°- ¿Sin variar su composición química sería posible aumentar la templabilidad de ese acero? 5°- Templado en agua un acero "autotemplante" ¿El riesgo de grietas de temple será mayor, igual, o menor que en un acero ordinario de igual contenido en Carbono? 6°- Por tratamiento térmico ¿puede afinarse el grano de un acero de composición 0.003% de carbono y 17 % de cromo? 7°- En relación con el "austempering" de aceros poco aleados suele indicarse que este tratamiento se aplica a piezas de pequeño diámetro. ¿Por qué? P13.- Problema LL. 1°- En una aleación férrea, binaria, de 3 % en peso de carbono, determinar los porcentajes en peso de: cementita primaria, cementita eutéctica y cementita terciaria. 2°- Determinar las temperaturas de inicio y final de solidificación de un acero binario muyo contenido en Carbono es de 0.30 %. 3°- ¿Puede un acero aleado, de 0.3 % C, resultar hipereutectoide en algún caso?. Razónese. 4°- En los aceros hipereutectoides se suele denominar Al23 a la temperatura eutectoide. ¿Por qué? 5°- Determinar los porcentajes en peso de ferrita proeutectoide y de perlita, del acero binario del apartado 2, después de un recocido de regeneración con enfriamiento de equilibrio. 6°- Suponiendo que después de un normalizado la estructura de ese acero (del apartado 2) fuera 50 % ferrítica y 50 % perlítica, se pide: determinar el porcentaje de ferrita que tendría esa perli ta diluida. 7°- Analogías y diferencias entre: recocido de regeneración, normalizado y recocido isotérmico. 8°- Diferencia entre templabilidad de un acero -indíquense los factores intrínsecos y extrínsecos influyentes- y penetración de temple. 9°- Para temple en aceite razónese lo que sigue: ¿El diámetro crítico real al 99 % resulta mayor o menor que el diámetro crítico real al 50 %? Al aumentar la templabilidad ¿aumenta, disminuye o no varía el diámetro crítico ideal? 10°- Dos aceros, uno aleado y otro no, tienen igual contenido en Carbono. Dibujar esquemáticamente, en una misma figura de ejes coordenados HRc- , las curvas de revenido de uno y otro acero. E indicar alguna conclusión práctica que puede deducirse de la comparación entre ambas curvas.

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HOJA 8.

P14/Problema M. 1°- El carbono puede formar soluciones sólidas tanto en el hierro alfa (o delta) como en el hierro gamma. Basándose en consideraciones geométricas indicar: (a) ¿por qué no son soluciones sólidas de sustitución? b) ¿en cuál de las variedades alfa o gamma resulta más soluble el carbono?. Datos: radio del Carbono (rC = 0.77 Å) y parámetros de las celdas elementales (aFeα = 2.86 Å, aFeγ = 3.64 Å) 2°- Dibujar esquemáticamente la curva de solidificación y enfriamiento de equilibrio (T, t) de un acero binario de 0.4 %C, hasta la temperatura ambiente: señalando sobre dicha curva las temperaturas en que se rompe el equilibrio y las fases presentes a esas temperaturas. 3°- Si las hubiera en este acero, determinar el porcentaje en peso de las siguientes cementitas a la temperatura ambiente: primaria, eutéctica, proeutectoide, eutectoide y terciaria. 4°- Supóngase que, después de un normalizado, la estructura de ese acero tuviera 80 % en peso de perlita. Se pide: (a) determinar el porcentaje en peso de ferrita en esa perlita diluida; (b) comparar algunas propiedades mecánicas del acero que tiene esa estructura micrográfica con la del mismo acero pero con estructura de recocido de regeneración (austenización completa). 5°- Al austenizar el acero binario de 0.4 % C, para efectuar un recocido de regeneración, la temperatura empleada ha sido por error 1000 °C y se ha producido estructura defectuosa ¿Por qué? ¿Podría corregirse después esa estructura? 6°- Se tienen dos piezas iguales, una del acero binario de 0.40 %C y otra de un acero autotemplante de igual contenido de carbono. Compárense ambos aceros, razonándolo, en cuanto a: (a) riesgo de grietas al templar el agua; (b) cantidad de austenita residual después del temple. 7°- Consecuencias que se derivan de templar con austenización incompleta: (a) los aceros eutectoides; (b) los aceros hipereutectoides. 8°- Razónense las respuestas a lo que sigue: (a) ¿cuál es la temperatura límite -la más alta- a que puede efectuarse el revenido de un acero binario; (b) si además de hierro y carbono el acero tiene manganeso? ¿Cómo se modificaría esa temperatura límite (aumentando o disminuyendo) al aumentar el contenido en manganeso? 9°- Mediante una adecuada dosificación de elementos alfágenos y gamágenos se ha logrado evitar la estructura en bandas ferritoperlíticas en una determinada pieza de acero forjado. ¿Si se templa la pieza estará también exenta de estructura bandeada? P15/Junio 1999 1.- Curva de solidificación y enfriamiento de equilibrio (T,t) de un acero Fe=0.45 % C, hasta la temperatura ambiente, señalando sobre dicha curva las temperaturas en que se rompe el equilibrio y las fases presentes a esas temperaturas. Calcular las temperaturas: TL, TS y A3 del acero. 2.- Carga de rotura y temperatura de transición del acero en estado de recocido. Datos: dα =7 ASTM S0 = 0.2 μ m 3.- Después de normalizado, la estructura de ese acero de 0.45 %, resultó ser 100 % perlítica. Determinar el porcentaje (%) de ferrita que tiene esa perlita diluida. Calcular su carga de rotura y la temperatura de transición. Dato: El espaciado de la perlita, S0, corresponde a un subenfriamiento de 170 ºC, aproximadamente. 4.- Comparando 2 piezas iguales de aceros de 0.45 %C, uno aleado y el otro no. ¿Cuál de los dos presentará más austenita residual tras el temple?. Calcularla en el acero binario no aleado. 5.- Calcular el cambio de volumen asociado a la transformación martensítica de dicho acero.

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HOJA 9.

P16/Junio 1997 Se adjunta la curta TTT de un acero de baja aleación empleado para la fabricación de martillos de forja caliente. Se pide: 1º.- Comprobar si la temperatura de austenización escogida, previa al temple, es correcta. 2º.- Calcular, aproximadamente, el tamaño de grano austenítico, (Longitud media, intersección), según la norma ASTM para N=7. Verificar el dato obtenido. 3.-Dureza aproximada del acero en estado de temple. ¿Qué medio refrigerante considera más adecuado (agua, aceite o aire) para el temple de este acero. 4.-Calcular la carga de rotura del acero en estado recocido (S0=0.3 μm) y normalizado (S0=0.1 μm). Calcular la temperatura de transición. ¿Qué estructuras presentará el acero?. Consecuencias. Dato: ITT  C   F 46  11.5d 1/2   1  F  335  5.6S01/2  13.3 p1/2  3.48x106 t   48.7Si  762 Nf

Donde S0, t y d se expresan en mm. 5.-Tanto por ciento de austenita retenida a la temperatura ambiente. ¿Y si templa en nieve carbónica a 40 ºC. ¿Resulta proclive este acero al agrietamiento en el temple?. 6º.-Evaluar las durezas y las cargas de rotura del acero en estado de revenido; duro y tenaz, respectivamente, para t = 1h. Datos: Hp=100 HRC; M=0.00216T(19.5+log t); T=ºF+460 Resistencia aproximada a la fatiga en uno y otro caso. ¿Qué revenido resultaría más adecuado para el trabajo en caliente. (500 ºC) de dicho acero.

.Curva TTT de un acero de 0,57%C; 0,7%Mn; 0,20%Si; 0,70%Cr; 1,7%Ni; 0,3% Mo; 0,1% V, temperatura de austenización 880ºC. (S. A. Echevarría).

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HOJA 10.

P17/ Junio 1998. En el acero binario Fe-0.2 % C. Se pide: 1.- Determinar las temperaturas de principio y fin de solidificación. a) En condiciones de equilibrio. b) En condiciones de no equilibrio. Calcular las temperaturas A3, y A1 del acero. 2.-Determinar el límite y elástico y la temperatura de transición dúctil-frágil del acero, con un tamaño de grano: a) 7 ASTM. b) 10 ASTM. ¿Qué consecuencias deduce?. ¿Qué tratamientos térmicos elegiría para conseguir dichos tamaños de grano? 3.- ¿Qué elemento de aleación añadiría para afinar el tamaño de grano? Señalar el contenido máximo de dicho elemento que no haría peligrar la solubilidad del acero. 4.- Tamaño de grieta admisible con una tensión de trabajo de 100 MPa. ¿Cuál de los dos aceros contemplados en el apartado 2º satisfaría el requisito impuesto de tenacidad de fractura?. Dato KC = 60 Mpa.m1/2 5.-Incremento de límite elástico del acero por plegado, deformación en frío. Dato: densidad de dislocaciones, ρ=108 cm dislocaciones/cm3 6.- En la cementación del acero a 1000 º C, calcular el tiempo de tratamiento para obtener un espesor de capa cementada de 3 mm (x=0.5 %). Relación CO/CO2 de la atmósfera cementante. Datos: D0=0.1 cm2/s; Q=30000 cal/mol Reacción de Boudouard: ΔG0T=(40800-41.7T) cal/mol 7.- Calcular, aproximadamente, la temperatura MS del acero en la capa cementada y la proporción de austenita retenida. P18/Setiembre 1999/Junio 2004. El tiempo transcurrido, a temperatura constante, para el total de solidificación de un peso P de fundición blanca eutéctica binaria, en condiciones de equilibrio, ha resultado ser igual a t. Una cantidad igual en peso P de otra fundición blanca hipoutéctica binaria, tardó en finalizar la solidificación a la temperatura eutéctica, en condiciones de equilibrio, 0.6t. Se pide: 1.-Determinar el contenido en carbono de la fundición hipoeutéctica. 2.-Partiendo del estado de equilibrio, determinar la temperatura líquidus (TL) y el intervalo de solidificación de la fundición del apartado anterior. 3.-Cantidad de cementita total que contiene la aleación hipoeutéctica. ¿Puede considerarse estructuralmente como un material compuesto de matriz cerámica. 4.- En función de la estructura micrográfica- resultante a temperatura ambiente- justificar la maquinabilidad y tenacidad de dicha fundición. 5.- Dureza aproximada de la misma. ¿Conoce algún modo de incrementarla?. Aplicaciones mineras. P19/ Febrero 2000. 1.-Calcular el límite elástico, carga aproximada de rotura y temperatura de transición del acero ferritoperlítico soldable de Fe-0.15 %C-1.5 %Mn-0.25 %Si-0.001 %Mg con tamaño de grano ASTM 8. 2.- ¿Presentará dicho acero, en estado bruto de laminación en caliente, estructura bandeada?. ¿En qué constituyente estarían preferentemente localizadas las inclusiones SMn?. ¿Cómo afecta el aleante Mn a la microestructura del acero?. 3.-El acero se microalea con 0.05 %V. Calcular el incremento de límite elástico derivado del endurecimiento por precipitación del carburo de vanadio C3V4. (Dato=Lp=0.25 μmm). ¿En qué fase (Austenítica, ferrítica), tendría lugar preferentemente la precipitación?. ¿Cuál sería la temperatura de transición del acero microaleado, si por cada 15 MPa de (ΔRe)p, la ITT se incrementa en 4º C? 4.- ¿Cuál de los aceros, normal o microaleado, emplearía para construir una tubería de 1 m de diámetro y 5 mm de espesor, por la que circula un gas a 10 bar de presión, expuesta ésta a temperaturas ambientales mínimas de -10 ºC?

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HOJA 11.

P20/Junio 2000. 1.- La temperatura de solidificación de equilibrio de un acero binario es de 1409 ºC. Calcular su contenido en carbono. 2.- Determinar las proporciones de ferrita proeutectoide y eutectoide que presentará este acero tras un enfriamiento de equilibrio. Dibujar esquemáticamente su microestructura. 3.-Tras el normalizado de este acero, se comprueba que su carga de rotura es de 800 MPa. Justificar este resultado y calcular las proporciones de ferrita proeutectoide y eutectoide en esta condición. Dibujar esquemáticamente su microestructura. 4.- Sería razonable someter al acero en cuestión a un tratamiento de cementación?. ¿Y de nitruración?. 5.- ¿El acero del apartado 1º sería apto para fabricar alambres por trefilado? ¿Cuál sería el tratamiento térmico más adecuado para llevar a cabo dicha operación? 6.- ¿Cuáles serían las ventajas que, desde el punto de vista del bonificado, se obtendría al adicionar al acero anterior un 1.5 %Mn y un 0.5 %Mo? 7.- ¿Al aumentar la severidad del temple, aumenta o disminuye el diámetro crítico ideal? P21/Setiembre 2002/Diciembre 2005 1°- La microestructura de un determinado acero binario, después de un tratamiento térmico de normalizado, es de 90 % de perlita y 10 % de ferrita. El contenido de Carbono de esta perlita diluida resultó ser 0.6 %. Se pide determinar el porcentaje carbono de este acero. 2°- ¿Cuál puede haber sido el motivo la finalidad de haber conferido el tratamiento térmico de normalizado a ese acero? 3°- Determinar la temperatura A3 de este acero ¿Por qué o por qué no sería correcto templar ese acero desde 920 °C? ¿Y desde 730 °C? 4°- ¿Sin variar su composición química sería posible aumentar la templabilidad de ese acero? 50.- Tras carburar periféricamente un redondo de este acero, se procede a su temple en agua. Al ser inspeccionado a temperatura ambiente, se ha detectado la presencia de fisuras externas: ¿es posible mediante observación metalográfica determinar si su origen es previo al temple? La propensión al agrietamiento en el temple: ¿aumenta, -disminuye o permanece inalterada-, en piezas carburadas perifericamente?. Razonar la respuesta. 6°- Templado en agua un acero "autotemplante" ¿El riesgo de grietas de temple será mayor, igual, o menor que en un acero ordinario de igual contenido en Carbono?.Razonar la respuesta. 7°.- Dos redondos de un mismo acero F, de diámetros respectivos D1 y D2 después de ser austenizados a la misma temperatura, han sido templados en aceite. La formación de martensita dura -penetración al templealcanza 3 mm de la periferia del redondo D1 y hasta 7 mm en el redondo D2. ¿Cuál de los dos redondos tiene mayor diámetro? 8°.- En relación con el "austempering" de aceros poco aleados suele indicarse que ese tratamiento debe aplicarse a piezas de pequeño diámetro: ¿por qué? 9º.- Influencia de las texturas {111} y {100} en el coeficiente R de anisotropía de Lankford de chapas de aceros ferríticos para embutición. Justificar las diferencias microestructurales -y sus consecuencias en cuanto a propiedades- entre dos aceros de muy bajo contenido en carbono (igual en ambos), laminados en frío y posteriormente recristalizados: uno en horno de campana (BAF) y otro por recocido continuo (CAP). 10º.- Un acero de composición: 0.15% en C, y bajos porcentajes de Fósforo v Silicio -así como de Azufre y Manganeso, que aparecen en forma de sulfuros-,ha sido laminado en caliente en fase  . Su estructura micrográfica tras enfriamiento hasta temperatura ambiente es de bandas alternas de ferrita y perlita. ¿Existe algún lugar preferencial en el que se encuentren alojados esos sulfuros? Razónese. Teniendo en cuenta los orígenes de la estructura bandeada en aceros, indicar cómo podría ser eliminada, o al menos, atenuar dicha estructura en bandas F+P.

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HOJA 12.

P22/Febrero 2001. Algunos aceros binarios tienen contenidos en peso de carbono tales que la ferrita obtenida al iniciarse la transformación por enfriamiento desde el estado gamma, resulta ser siempre magnética (recuérdese que es magnética a temperaturas superiores a 770 °C). Se pide, 1º.- En el caso de aceros hipereutectoides, la temperatura eutectoide suele denominarse A321. ¿Por qué? 2º-Determinar el contenido mínimo de carbono C1 que debe de tener el acero para que ocurra lo indicado en el párrafo inicial; y precisar si el acero es un acero calmado o efervescente. 3º.- Temperaturas de comienzo y final de solidificación del acero del apartado 2°. 4º.- ¿Este acero de C1 % de carbono, será más -o menos- propenso a la estructura bandeada, por laminación, que un acero de 0.15% C? Razonar la respuesta. 5º.- Justificar cuál de los dos aceros del apartado anterior será más susceptible-de agrietamiento por temple; y las diferencias entre ambos en cuanto a la austenita residual. 6°.- Determinar el porcentaje en peso de ferrita proeutectoide y de ferrita eutectoide, del acero del apartado 2°, después de un recocido de regeneración con enfriamiento de equilibrio. 7º.- En ese mismo acero, después de un normalizado -por enfriamiento al aire- la estructura ha resultado ser 100% de perlita. Determinar el porcentaje de ferrita que tiene esa perlita diluida. 8º.- Razones por las que-o por las que no- utilizaría ese acero para tubería soldada de oleoducto. 9º.- ¿Por qué, o por qué no, sería adecuado ese acero para fabricar herramientas para corte con arranque de viruta? 10º.- Indicar por qué -o por qué no- es necesario austenizar un acero si se desea incrementar periféricamente su contenido en carbono mediante una adecuada atmósfera carburante. Y calcular el porcentaje máximo de carbono que podría llegar a alcanzar la austenita de 950 °C en esa atmósfera carburante? 11º.- ¿Los elementos de aleación tienen alguna influencia durante el revenido de la martensita?. Razonar la respuesta 12º.- ¿Las fundiciones ADI son blancas o grises?. Ventajas que supone su empleo. P23/Setiembre 2004. A la vista de las microestructuras de las figuras, se pide: 1°.- Naturaleza, estado (forja o moldeo), tratamiento térmico y aplicaciones de los aceros (1) y (2), cuyas micrografías se adjuntan. 2°.- Calcular-de modo aproximado- su carga de rotura y dureza Brinell.

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HOJA 13.

P24/Febrero 2005 A.-En una fundición atruchada con 3.75 %C, el 60 % del líquido eutéctico ha solidificado según el diagrama estable Fe-Grafito y el 40 % restante según el diagrama metaestable Fe-Cementita. Se pide calcular las proporciones de grafito y ledeburita en la estructura de solidificación, suponiendo —por simplicidad- que las dos eutécticas coinciden en temperatura aunque no en composición química). B.- Naturaleza, estado, y condición de la aleación cuya micrografía se adjunta. C.-¿Responde al tratamiento de temple una fundición maleable europea?¿Y una fundición maleable americana?¿Pueden soldarse ambos tipos de fundiciones? D.-¿Cómo se explica que una fundición de grafito esferoidal de matriz ferrítica tenga las siguientes propiedades mecánicas: Re = 330 MPa, Re, = 460 MPa y AT = 15 %?¿:,Qué otro nombre reciben estas fundiciones? E.-Justificar las razones por las que elegiría, entre las composiciones químicas adjuntas, la más adecuada para la fabricación en fundición gris: "Piezas delgadas resistentes a tracción", "Lingoteras", "Elementos resistentes al hinchamiento térmico y al desgaste". E-1:3.80%C — 1.50%Si — 0.90%Mn — 0.20%P — 0.07%S E-2:2.75%C — 2.25%Si — 0.90%Mn — 0.10%P — 0.07%S E-3:1.00%C — 16.0%Si — 0.40%Mn

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HOJA 14.

P25/ Diciembre 2004 A.-En una fundición atruchada con 3.25 %C, el 50% del líquido eutéctico ha solidificado según el diagrama estable Fe-Grafito y el 50% restante según el diagrama metaestable Fe-Cementita. Se pide calcular las proporciones de grafito y ledeburita en la estructura de solidificación, suponiendo —por simplicidad- que las dos eutécticas coinciden en temperatura aunque no en composición química). B.- Naturaleza, estado, y condición de la aleación cuya micrografía se adjunta. C.-¿Responde al tratamiento de temple una fundición maleable europea?¿Y una fundición maleable americana?¿Pueden soldarse ambos tipos de fundiciones? D.-¿Cómo se explica que una fundición de grafito esferoidal de matriz ferrítica tenga las siguientes propiedades mecánicas: Re = 330 MPa, Re, = 460 MPa y AT = 15 %?¿:,Qué otro nombre reciben estas fundiciones? E.-Justificar las razones por las que elegiría, entre las composiciones químicas adjuntas, la más adecuada para la fabricación en fundición gris: "Piezas delgadas resistentes a tracción", "Lingoteras", "Elementos resistentes al hinchamiento térmico y al desgaste". E-1:3.80%C — 1.50%Si — 0.90%Mn — 0.20%P — 0.07%S E-2:2.75%C — 2.25%Si — 0.90%Mn — 0.10%P — 0.07%S E-3:1.00%C — 16.0%Si — 0.40%Mn

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HOJA 15.

P26/Setiembre 2004. A la vista de las microestructuras de las figuras, se pide: 6°.- Naturaleza (composición química), estado (forja o moldeo), posibilidad de tratamiento térmico y aplicaciones de los materiales metálicos Ay B, cuyas micrografías se adjuntan.

P27/Febrero 2002. 1°.- Determinar las temperaturas de inicio y final de solidificación de un acero binario cuyo contenido en C es tal que, presenta un intervalo de solidificación igual al de estabilidad del mismo en el dominio + ,¿Qué porcentaje de C tiene dicho acero?. 2°.- Al proseguir su enfriamiento hasta temperatura ambiente, se pide determinar la carga de rotura del mismo admitiendo que los valores individuales de la carga de rotura de ferrita y perlita son: 295 N/mm2 y 790 N/mm2, respectivamente. 3°.- Dos aceros tienen igual contenido en carbono, uno aleado y otro no. Dibujar esquemáticamente, en una misma figura de ejes coordenados HRc-T, las curvas de revenido de uno y otro acero e indicar alguna conclusión práctica que puede deducirse de la comparación de ambas curvas. 4°.- ¿Al aumentar el diámetro de un cilindro de acero para temple, varía su templabilidad?¿Cómo varía el diámetro crítico real al 50 % al variar la severidad de temple?. ¿el diámetro crítico ideal? 5°.-. En las fórmulas empíricas para el cálculo de las templabilidades existe un parámetro relacionado con el tamaño de grano austenítico. ¿Para tamaños mayores, las templabilidades aumentan o disminuyen?. Razónese. 6°.- Al templar un acero: ¿pueden presentarse estructuras micrográficas de ferrita y martensita? Tras revenido: ¿pueden obtenerse estructuras ferrito-perlíticas? Razonar la respuesta en ambos casos. 7°.- Diferencias entre el recocido de regeneración, recocido subcrítico y normalizado. 8°.- En la cementación del acero a 1000 º C, calcular el tiempo de tratamiento para obtener un espesor de capa cementada de 3 mm (Cx=0.5 %). Relación CO/CO2 de la atmósfera cementante. Datos: D0=0.1 cm2/s; Q=30000 cal/mol Reacción de Boudouard: ΔG0T=(40800 - 41.7T) cal/mol 9°.- ¿Se podría afirmar en algún caso que un acero de 0.5 %C resulte hipereutectoide? 10º.- Tamaño máximo de grieta admisible con una tensión de trabajo de 100 MPa. Datos: Kc = 60 MPa.m1/2.

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HOJA 16.

P28/Febrero 2004. 1º.- Determinar las temperaturas de inicio y final de solidificación de un acero A binario cuyo contenido en carbono es 0.35 % en peso. ¿Se trata de un acero efervescente, semicalmado o calmado? Argumentar la respuesta. 2º.- Continuando el enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente, determinar la carga de rotura y la dureza Brinell del acero A, admitiendo que la ferrita y la perlita tengan respectivamente 295 N/mm2 y 790 N/rnm2 de carga de rotura. ¿A qué aplicaciones puede destinarse el mismo? 3º.- ¿Será dicho acero A, más o menos propenso a la estructura bandeada tras forja en caliente, que un acero B de 0.15 %C?. Razónese. 4º.-¿Por qué —o por qué no- resultan más propensos a la descarburación los aceros de herramientas, que sus homólogos al C? Razone su respuesta. 5º.-Por enfriamiento en corriente de aire desde el estado austenítico del acero A se observa una estructura de ferrita y perlita con 60 % de perlita. Se pide determinar la temperatura aproximada a la que tiene lugar la reacción perlítíca, el porcentaje en C de dicha "perlita diluida" y el factor de dilución de esta. 6º.- Dos aceros tienen igual contenido en Carbono, uno aleado y el otro no. Dibujar esquemáticamente er una misma figura de ejes coordenados HRc-T, la curva de revenido de uno y otro acero indicando la razón de su diferencia y conclusiones prácticas que se deduce de la comparación de ambas curvas. 7º.- ¿Al aumentar el diámetro de un cilindro para temple, variará su templabilidad?. ¿Es correcto asegurar que el diámetro crítico real al 99 % constituye una medida de la templabilidad? ¿Y el Dci(99%)? Razónese. 8º.- Diferencias entre: recocido de regeneración, recocido subcrítico y normalizado. 9º- En un catálogo de aceros para conformado en frío con destino a la industria del automóvil se indica que, la calidad de aceros BH (bake hardening) presenta la posibilidad de mejora de la resistencia a k abolladura por strain hardening. Justifique si es o no correcto, e indique las posibles ventajas e inconvenientes que pudieran resultar en las propiedades mecánicas finales en servicio del material. 10º-Razonar sobre los tipos de microestructura y composiciones más adecuadas de fundiciones grises que hacen que éstas resulten resistentes al hinchamiento térmico. P29/Febrero 2004. El Fe tiene un peso atómico de 56 g y su parámetro de red, a la temperatura ambiente es 2.86 Å. Se pide: 1º.- Calcular su densidad. Planos y direcciones cristalográficas densas en el Fe. 2º.- Posibilidad de inserción octaédrica del C en el Fe. 3°.- Ley de Schmid. El límite elástico en tracción de un monocristal de hierro es 2 Kg/mm2. Calcular la tensión de crítica real de cizalladura si, en el sistema activo de deslizamiento, la normal al plano de deslizamiento y la dirección de deslizamiento forman con el eje de tracción ángulos de 60° y 30° respectivamente. Compararla con el límite elástico teórico. Dato: GFe = 8500 Kg/mm2. 4º.- Al deformar el monocristal anterior un 50 % se introduce en la red cristalina 108 dislocaciones/cm2. Calcular la energía asociada al cristal en forma de dislocaciones y su recorrido libre medio. Calcular el límite elástico del monocristal deformado.    0  Gb  5º.- Definición del tamaño de grano ASTM. Calcular el número de granos por mm2 en un acero de tamaño de grano 7 ASTM. Influencia del tamaño de grano en el límite elástico y en la temperatura de transición de un acero. Citar un tratamiento térmico para afino del tamaño de grano. 6°.- Calcular los porcentajes de CO y CO2 en una atmósfera para la cementación de un acero de 0.2 %C a 1050 °C. Espesor de la capa cementada tras un tratamiento de 24 horas. Estructura del acero. Número de saltos reales efectuado, en media, por los átomos de carbono. Aplicaciones de este tratamiento. Datos: Reacción de Boudouard: ΔG0T=(40800-41.7T) cal/mol 2  35000 cal   cm  DC  0.25exp     RT    s 

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HOJA 17.

P30/ Febrero 2001. 1º.-Algunos aceros binarios tienen contenidos en peso de C tales que la ferrita obtenida al iniciarse la transformación por enfriamiento desde el estado gamma resulta ser magnética (recuérdese que es amagnética por encima de 770 ºC). Determinar el contenido mínimo en carbono que debe tener el acero para que ocurra esto. Precisar si se tratará de un acero calmado o efervescente. 2º.-Temperaturas de comienzo .y final de solidificación del acero del apartado anterior. 3º.-En el caso de aceros hipereutectoides la temperatura eutectoide suele denominarse A321 ¿Por qué?. 4º.-Determinar la estructura que presentará .a temperatura ambiente, tras un enfriamiento de equilibrio, un acero cuyo contenido en C sea el doble del acero del apartado 1. Precisar los porcentajes de constituyentes de este nuevo acero: 5º.-Describir los tratamientos térmicos a los que sometería al acero del apartado 4, a) para posibilitar su mecanización, b) para Ser utilizado para la fabricación dé-herramientas para arranque de viruta: 6º.-Enumerar las ventajas que se derivarían, desde el punto de vista del bonificado del acero del apartado 4, si.incorporara elementos de aleación y en particular si estos fueran carburígenos. 7º.-Justificar cuál de los dos aceros (apartados,1 y 4) será más susceptible de agrietamiento en el temple. Diferencia entre ambos en cuanto a la austenita residual. 8º.-En las fórmulas empíricas para el cálculo de la templabilidad existe un parámetro relacionado con el tamaño de/grano austenítico. Razónese sobre la influencia de este parámetro sobre la templabilidad. 9º.- Metalografía.: Naturaleza (composición química), estado (forja o moldeo) y aplicaciones del material férreo cuya micrografía a 100 x se adjunta.

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HOJA 18.

P31/Setiembre 2000. 1.-Después de pulir una probeta del acero binario A y otra-del acero binario E (ambas con estructuras que concuerdan con las del diagrama metaestable Fe-C), se atacan con nital, para su observación metalográfica. Examinadas al microscopio se pone de manifiesto que la fracción de superficie blanca es igual en ambas muestras. Como complemento se determina la dureza del constituyente blanco del acero B que resulta muy superior a la del constituyente blanco de A. Admitiendo que el constituyente blanco de ambos aceros tenga la misma densidad, deducir la relación que existe entre los porcentajes en carbono de A y B. 2.-Dibujar, precisando sus distintos puntos en temperatura y composición, el diagrama metaestable Fe-C; deducir la estructura primaria de solidificación de los aceros A y B, calculando los porcentajes de fases en ambos, en el supuesto de que sus contenidos en C estén en la relación de 2 a 1. 3.-Señalar las diferencias entre los aceros A y B en cuanto a sus temperaturas de temple y al riesgo de agrietamiento en el temple. 4.-¿Alguno de estos dos aceras sería adecuado para fabricar herramientas para corte por arranque de viruta?. 5.-Diferencias entre recocido de regeneración, recocido subcrítico y normalizado. 6.-¿Variará la proporción de austenita residual de un acero por temple en agua y por temple en aceite?. Razónese. 7.-Dibujar esquemáticamente las curvas de ablandamiento en el revenido [HRc = f(T)] de dos aceros de idéntico contenido en C, uno aleado y otro no. Indicar alguna conclusión práctica que puede deducirse de la comparación de ambas curvas. 8.-Indicar por qué, o.. por qué no, es necesario austenizar un acero si se desea incrementar periféricamente su contenido en C, mediante una adecuada atmósfera cementante. Calcular el porcentaje máximo de C que podría llegar a alcanzar la austenita a 950 ºC. 10.- Naturaleza, propiedades (dureza y carga de rotura aproximadas) y aplicaciones de la aleación férrea cuya micrografía a 400 x se adjunta.

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HOJA 19.

P32/ Junio 95. La temperatura final de solidificación de un cierto acero binario es 1346 °C. Se pide: 1.-Dibujar el diagrama metaestable Fe-C, e indicar el sistema cristalino correspondiente la estructura primaria de solidificación de este acero. 2.-Precisar el porcentaje en peso de carbono de este acero, y razonar sobre la posibilidad no de que sea un "acero efervescente". 3.-Determinar, para este acero, los porcentajes en peso de cementita proeutectoide y eutectoide a 727 °C, así como de cementita terciaria o vermicular a 25°C. 4.-Comparar el acero de los apartados anteriores con otro de igual contenido en carbono y 1.5% a Mn, desde el punto de vista de templabilidad, susceptibilidad al agrietamiento en el temple, riesgos de sobrecalentamiento. 5.-Un acero de idéntico contenido en carbono y pequeños contenidos en P y Si (así como S y Mn que aparecen en forma de sulfuros) presenta a temperatura ambiente, tras laminación en fase gamma estructura de bandas alternas de ferrita y perlita. Razónese si los sulfuros aparecerán alojados preferentemente en algunas de esas bandas. 6.-Los elementos de aleación tienen alguna influencia sobre el revenido de la martensita?. Razónese la respuesta. 7.-De la fundición maleable americana ferrítica ¿puede afirmarse que es soldable por soldadura oxiacetilénica?. ¿Puede decirse que admite temple?. Razónense ambas respuestas. P33/ Junio 95. Dos aceros binarios A y B, que se encuentran en estado recocido para que sus estructuras concuerden con las del diagrama Fe-C metaestable, se atacan con Nital para ennegrecimiento de la perlita en' examen metalográfico; observados al microscopio, se pone de manifiesto que la fracción de superficie blanca es igual en ambas muestras. Como complemento, se determina con un microdurómetro la dureza del constituyente blanco del acero B, resultando ser muy superior a la dureza del constituyente blanco del acero A. 1.-Admitiendo que la densidad del constituyente blanco del acero A, fuera igual a la densidad del constituyente blanco del acero B, deducir una correlación entre los porcentajes en carbono de los aceros A y B. 2.-Dibujar el diagrama metaestable Fe-C. Basándose en él, deducir las estructuras primarias de solidificación (obtenidas al final del proceso de solidificación) de los aceros A y B. 3.-En el ensayo de tracción, el acero B rompe prácticamente sin alargamiento y su tenacidad, medida en el ensayo de resiliencia, es prácticamente nula. Indicar, justificar y dibujar el ciclo temperatura-tiempo del tratamiento o tratamientos térmicos empleados para mejorar aquellas características mecánicas. 4.-Señalar diferencias entre el acero A y el acero B: (a) en cuanto a su temperatura de temple; (b) con respecto al riesgo de agrietamiento en el temple. 5.-Al templar en aceite dos redondos del acero A, de distinto diámetro, se han obtenido durezas superficiales diferentes. Razónese sobre esta afirmación, justificando cuál de ambos redondos presenta mayor dureza. 6.-Si al acero B se le añade un 0.2 % de vanadio, ¿cómo repercutiría esta adición, (a) sobre el tamaño de grano; (b) sobre la profundidad de temple en redondos del mismo diámetro?. 7.-¿Las fundiciones ADI.son blancas o grises?. Ventajas que supone el empleo de fundiciones ADI.

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HOJA 20.

P34/ Junio 2006. 1º.- Determinar las temperaturas de inicio y final de solidificación de un acero binario cuyo contenido en C es tal que, su intervalo de solidificación coincide numéricamente con el de estabilidad en el dominio . ¿Qué porcentaje en C presenta ese acero? ¿Valor de las temperaturas críticas? 2°.- La temperatura crítica A3 de un cierto acero al carbono, binario, es de 800 °C. Otro acero aleado, de igual contenido en C, presenta en su composición química elementos alfágenos y gammágenos cuyos efectos se compensan, para dar la misma temperatura A3, ¿el comportamiento de estos aceros en el temple, será igual en ambos casos? Razónese. 3°.- Como consecuencia de haber realizado un recocido de regeneración defectuoso a un acero de 0.17 % en peso de C, este ha presentado una estructura Widmanstátten. Indicar la causa de esta estructura, sus inconvenientes y remedio(s) para evitarla. 4°.-Cómo varía el diámetro crítico real al 50 % al variar la severidad de temple? 5°.- Considérense dos aceros A y B, de tamaño de grano "normal", cuyas composiciones son: Acero A: Acero B:

0.3 %C - 1.25 %Cr - 4.25 %Ni - 0.55 %Mn - 0.22 %Si - Pmáx