1- Mencione las propiedades típicas de los polímeros cristalinos

Altos puntos de fusión

Atas densidades

Elevados módulos de rigidez

Resisten la disolución y el hinchamiento

Virtualmente impenetrables a la difusión de moléculas pequeñas

2- ¿Qué es un plástico reforzado con fibras (PRF) y qué propiedades aportan a este compuesto cada uno de

sus dos componentes básicos?

Son materiales compuestos integrados esencialmente por al menos dos de los siguientes compuestos:

Un polímero base (termoplástico o termoestable), en el cual ha sido dispersado el segundo componente.

La carga de refuerzo, de las cuales entre las más usadas predominan las fibras de vidrio

Las propiedades finales de estos materiales compuestos dependen, por lo tanto, de las que les aporten cada uno

de los dos componentes.

La resistencia química a la humedad y a los agentes químicos como a la exposición a la intemperie del material,

sus propiedades eléctricas, la transparencia, el calor, la terminación superficial o rugosidad, etc., dependen en

mayor medida del tipo de resina y de los demás elementos que componen el sistema resinoso.

De la carga de refuerzo dependen fundamentalmente la resistencia mecánica, la estabilidad dimensional y la

resistencia para soportar la deformación ante distintas cargas aplicadas a diversos niveles térmicos

Materias primas: los tres componentes básicos de estos materiales compuestos son:

Las resinas o polímeros, responsables de las propiedades físicas y químicas

Las cargas, que disminuyen los costos y en algunos casos modifican algunas propiedades, tales como el

aspecto y terminación de la superficie, disminución de la contracción de la resina y menor peligro de

grietas (más utilizada: alúmina, barita, carbonato de calcio, polvos metálicos, etc.)

Las fibras, que les confieren propiedades mecánicas (más utilizada: fibra de vidrio)

Además, se componen de:

Aditivos especiales, que proporcionan determinadas propiedades a la resina, como color, resistencia a la

luz, etc.

Separadores, que son intermediarios que se aplican sobre la superficie de los moldes para facilitar la

separación de la pieza una vez terminada la polimerización

Agentes promotores de adhesión, que se utilizan para mejorar la unión entre el polímero matriz y el

refuerzo

3- Temperatura de ablandamiento VICAT: definición y ensayo. JUNTAR 2 (ver preguntas 7, 73, 74 y 75)

Temperatura para la cual un material polimérico es penetrado 1 mm cuando es sometido a la acción del indentador VICAT. El ensayo debe practicarse sometiendo la muestra a un calentamiento progresivo dentro de

un baño que responda a un calentamiento con rampas de 50 o 120°C/ hora.

4- Defina “polímeros” y mencione al menos dos factores que expliquen el uso masivo actual de estos

materiales

Es la unión de miles de moléculas más pequeñas llamadas monómeros, que forman cadenas tras una reacción

de polimerización.

Las materias primas básicas para su fabricación están disponibles en grandes cantidades y bajo costo

relativo (independientemente del carbón y petróleo).

Se dispone de un gran número de monómeros y de las tecnologías para elaborar distintos polímeros a

partir de ellos.

5- Defina el concepto de cristalinidad aplicado a los polímeros, e indique las diferencias respecto de la

cristalinidad de los materiales inorgánicos

La cristalinidad es una medida del ordenamiento tridimensional que adopta un material determinado. A

diferencia de los cristales convencionales (materiales inorgánicos), en las macromoléculas solo segmentos

aislados de las largas cadenas forman elementos de volumen de pequeño tamaño con un ordenamiento

asimilable a una estructura cristalina. Estos elementos que poseen muchas imperfecciones se distribuyen en la

masa o matriz global del polímero que es fundamentalmente amorfa, es decir, se dispone de escasas y pequeñas

regiones ordenadas dentro de una estructura caracterizada por ser globalmente desordenada. Ningún polímero

es completamente cristalino. Algunos como el polietileno muestran un alto grado de cristalinidad y otros como

el poliestireno pueden desarrollar muy poca o ninguna cristalinidad.

Los materiales inorgánicos son materiales completamente cristalinos, por lo que son duros y estables.

6- Defina esquemáticamente la fabricación del plástico denominado poliestireno

1.a) Carbón → (calor-destilación) →Benceno

1.b) Gas natural → (calor-destilación) →Etileno

2) Estireno (monómero) → (autoclave + molienda) → Resina de Poliestireno (homopolímero)

7- ¿Qué es la temperatura de transición cristalina o transición vitrea de un polímero?. JUNTAR 2 (ver pregutas

3 ,73,74 y 75)

Es la temperatura por debajo de la cual los segmentos móviles o las cadenas poliméricas están en estado de

reposo, otorgando al material características similares a las de un vidrio (amorfo, duro, frágil).

Cuando el polímero se calienta por encima de la temperatura de transición, las zonas amorfas se ablandan y el

material adquiere un carácter plástico, a partir del cual puede ser deformado bajo tensión.

Etilbenceno → (calor) → Estireno (monómero)

8- Elastómeros: definición, relación entre peso molecular, estructura espacial y propiedades, formulación

(explique la función que cumplen los aditivos)

Los elastómeros son materiales que se los puede estirar al menos dos veces respecto de su longitud inicial, y que

al cesar la aplicación de la fuerza retornan a sus dimensiones originales. Desde el punto de vista de su estructura

molecular, los elastómeros son polímeros:

De alto peso molecular, dado que su propiedad esencial (la elasticidad), depende básicamente del

despliegue y repliegue de largas cadenas de átomos

Amorfos en el estado no tensionado

Reticulados, de manera que las cadenas de átomos no se deslicen unas respecto de otras (como ocurre

en el flujo viscoso de un material termoplástico), lo que impediría una recuperación completa de las

dimensiones originales

Estos materiales deben ser utilizados solamente por encima de su punto de transición cristalina para

aprovechar sus propiedades elastoméricas.

Fabricación:

Se lleva a cabo en molinos de dos rodillos, o bien en los molinos denominados “tipo Banbury”. El primer tipo de

molino fuerza los materiales en el huelgo entre los dos rodillos, los cuales giran en sentidos opuestos y a

velocidades diferentes. De esta manera, se generan grandes esfuerzos de corte sobre el material compuesto.

Un efecto similar se consigue en los molinos Banbury por acción, en este caso, de la rotación de hojas de

mezclado que fuerzan al material contra las paredes de una cámara cerrada.

Ambos tipos de molino están dotados de calefacción por vapor, aceite o electricidad.

Durante el proceso (“masticación”), se incorpora al material compuesto una gran cantidad de energía, la cual

sirve para:

Romper el polímero (“reducir el nervio”) hasta el punto en que pueda ser procesado fácilmente debido a

la reducción de la elevada respuesta elástica inicial o “nervio”, originada por un elevado peso molecular.

Romper y dispersar homogéneamente en el seno del compuesto los distintos aditivos que luego

integran la formulación final.

Luego se continua con la siguiente etapa denominada “vulcanización” donde el compuesto obtendrá sus

propiedades finales. Este es un proceso particular de curado, donde se mezcla azufre y caucho, y se somete a

calefacción. El tiempo de vulcanizado varía entre algunos minutos y varias horas, según las características del

componente: espesor, propiedades deseadas, etc. Y su formación (cantidad y tipo de acelerantes agregados al

compuesto)

9- Moldeo de plásticos: definición, técnicas usuales según tipo de polímero (breve descripción)

Moldeo por compresión polímeros termorrígidos (fabricación de piezas huecas de tamaño y poco

espesor relativo).

Moldeo por inyección termoplásticos (piezas finales que no requieren procesamiento

Termo mecánico posterior).

Moldeo por extrusión termoplásticos (productos finales y preformas).

Moldeo por soplado resinas termoplásticas (permite obtener botellas y envases plásticos).

Moldeo de conformación al vacío termoplásticos (obtención de piezas abiertas como recipientes,

baldes y similares).

10- Adhesivos: ventajas y desventajas

Aseguradores mecánico = tornillos, bulones y tuercas, remaches, clavos, etc.

Ventajas:

Un adhesivo adecuadamente aplicado provee una unión con una distribución de tensiones más uniforme

bajo carga que una sujeción mecánica, ya que este otro método requiere un agujero en el sustrato. Una

perforación actúa como un concentrador de tensiones. La presencia de un agujero causa en toda la

unión una menor resistencia que la esperada en la junta de los materiales bajo carga.

Los adhesivos tienen la capacidad de unir materiales diferentes, como metales, sin que los mismos se

corroan. Si dos metales que son susceptibles a la corrosión galvánica se unen por medio de un sistema

mecánico, el metal más activo corroe más rápidamente que si no estuviera unido al otro. Si en cambio,

esta unión se hace por medio de un adhesivo, éste actúa como un aislador eléctrico del metal más activo

evitando así su corrosión.

El empleo de un adhesivo permite incrementar la resistencia de la fatiga de las uniones

Las uniones adhesivas permiten realizar ensambles entre materiales sens ibles al calor o al choque. Estos

materiales no se pueden unir mediante sujeciones mecánicas debido a que el shock mecánico o térmico

expone a los mismos a fallas prematuras durante su fabricación.

La unión adhesiva puede juntar y sellar simultáneamente

El uso de los adhesivos forma una unión que generalmente resulta de menor peso comparado con el

empleo de sujeciones mecánicas, ya que los adhesivos en la mayoría de los casos, tienen densidades

menores que los metales

Desventajas

La unión adhesiva está basada en los fenómenos de adhesión superficial y es, por lo tanto, muy sensible

a las condiciones de la superficie del sustrato.

El uso de adhesivos debe estar asociado indefectiblemente a las tecnologías de preparación de las

superficies de los sustratos, ya que, por ejemplo, el sustrato tiene una capa de material extraño en la

superficie y es muy probable que el enlace pueda fallar debido al ingreso de humedad en la zona de

unión.

Falta de un procedimiento no destructivo adecuado de control de calidad

Debido a que la fuerza de unión adhesiva depende de la superficie de adhesión, el adhesivo debe estar

en contacto con una mayor área que la requerida por cualquier otro tipo de sujeción mecánica

11- Conformación por arrollamiento (“Filament winding”)

Se aplica a las resinas termoestables.

Consiste en envolver alrededor de una horma o mandril el material de refuerzo en forma de mechas que han

sido previa o sucesivamente impregnadas con resina.

12- Defina homopolímero y copolímero y mencione los tipos de copolímeros de mayor importancia comercial

Homopolímero polímeros obtenidos a partir de un solo tipo de monómero.

Copolímero polímeros obtenidos a partir de la combinación de dos o más monómeros.

Los copolímeros de mayor importancia comercial son el EPDM, poliamidas (nylon) y poliésteres.

13- Defina que se entiende por plásticos termoestables o termorrígidos y explique sintéticamente la razón del

comportamiento de esta clase de polímero

Los plásticos termoestables son curados a su forma definitiva por el calor, y no pueden ser refundidos para

retornarlos a su estado original.

La estructura típica de los materiales plásticos, es la de macromoléculas de cadenas largas.

Están constituidos por cadenas largas similares, previo a su moldeo. Durante el proceso de curado, reticulan

formando uniones cruzadas entre moléculas adyacentes, que ven impedido un posterior flujo viscoso por

aplicación de calor.

14- Explique el rol que juega el peso molecular en el comportamiento de un elastómero

Son de alto peso molecular, dado que su propiedad esencial (la elasticidad), depende básicamente del

despliegue y repliegue

15- ¿De qué habla la teoría de sujeción mecánica de los adhesivos?

Se basa en el hecho de que las superficies, a escala microscópicas, son muy rugosas, por lo que cuando

un adhesivo líquido se coloca entre dos superficies, penetra en las fisuras y en los poros del sustrato y

luego solidifica. En consecuencia, el cemento entrelaza las capas superficiales en ambos lados dando

como resultado una unión mecánica.

Las superficies limpias y rugosas presentan la mejor adherencia.

La viscosidad de un adhesivo, así como el tiempo de contacto del adhesivo con el sustrato, juega un

papel importante para determinar cuan bien se une mecánicamente a una superficie áspera o rugosa.

16- ¿Cuáles son los componentes básicos de la estructura molecular de las siliconas y en qué se diferencian

respecto de otros elastómeros?

Las siliconas constituyen una familia de polímeros sintéticos de alta estabilidad a un rango amplio de

temperaturas y con excelente resistencia atmosférica.

Los elastómeros de silicona se preparan a partir de aceites o gomas de silicona lineal, los que son reforzados con

un relleno y luego reticulados por vulcanización.

Las siliconas no conducen el calor ni la electricidad, son resistentes a la oxidación y a las radiaciones ultravioletas

y a la abrasión.

Presentan algunas características únicas, tales como resistencia a la tracción bajas (400 a 1200 psi),

permeabilidad a los gases, bajo punto de escurrimiento para las formulaciones líquidas y baja energía

superficial.

17- Describa la teoría de entrelazamiento mecánico para explicar el fenómeno de adhesión. JUNTAR (ver

preguntas 87,88 y 89).

La teoría de entrelazamiento mecánico se basa en el hecho de que las superficies , a escala microscópica, son

muy rugosas. Por lo tanto, cuando un adhesivo líquido se coloca entre dos superficies, penetra en las fisuras y en

los poros del sustrato y luego solidifica. En consecuencia, un cemento entrelaza las capas superficiales en ambos

lados dando como resultado una unión mecánica. La teoría se basa en que las superficies limpias y rugosas

presentan mejor adherencia. La viscosidad de un adhesivo, así como el tiempo de contacto del adhesivo con el

sustrato, juega un papel importante para determinar cuán bien se une mecánicamente a una superficie áspera o

rugosa

18- Mencione las propiedades más importantes de los cerámicos refractarios y comente brevemente el

esquema de clasificación más usual para estos materiales

Propiedades:

Resistencia térmica a bajas y altas temperaturas

Densidad (2,1 a 3,3 g/)

Porosidad Baja: resistente a la corrosión, erosión y penetración de líquidos y gases

Alta: aislante

Clasificación: se basa en su composición química

Ácidos

Básicos

Especiales

19- Vulcanizado: ¿Qué función cumple? ¿A qué materiales se aplica? ¿Cuál es el material tradicionalmente

empleado para llevar a cabo este proceso?

El vulcanizado es un proceso particular de curado de los polímeros elastoméricos en el cual se obtienen las

propiedades finales del compuesto. Consiste en mezclar azufre y caucho y agregarle calor, las propiedades

sufren apreciables modificaciones. Se requiere menos del 3% de azufre, temperatura de 95-160°C y el tiempo

varía entre minutos y horas

El material más usualmente utilizado es el azufre

20- Describa objetivo y parámetros de los tratamientos térmicos de los materiales cerámicos

El tratamiento térmico o cocción, es una etapa esencial en la manufactura de un material cerámico, dado que su

estabilidad a temperatura ambiente requiere imprescindiblemente de la calefacción a temperaturas

relativamente elevadas para permitir las reacciones químicas necesarias para su consolidación final. Estas

temperaturas pueden ir de los 700ºC para los esmaltes, hasta los 1650 ºC para las cerámicas de alúmina, e

inclusive a temperaturas superiores para productos especiales. Los parámetros del tratamiento térmico son:

Temperatura y tiempo: Estas Variables independientes son las que controlan el efecto del tratamiento

sobre las propiedades finales de la pieza cerámica. En buena medida, el factor controlante no es solo el

mantenimiento por un lapso dado de una temperatura prefijada, sino el perfil de variación de la relación

temperatura/tiempo. En muchos casos pueden obtenerse resultados similares mediante calentamiento a

bajas temperaturas durante periodos prolongados o mediante calefacción a mayor temperatura durante

lapsos más breves.

Atmósfera: La producción masiva de cerámicas corresponde a óxidos procesados en hornos de

combustión. En estos casos, el material se ve directa o indirectamente expuesto a la atmosfera de la

combustión.

La mayoría de los óxidos se calefacciones en condiciones oxidantes, pero sin embargo pueden requerirse

atmosferas neutras o reductoras para desarrollar o mantener los estados de oxidación de menores

valencias que pueden resultar críticos para garantizar la estabilidad de las principales fases presentes.

21- Describa en forma cualitativa o bien a través de valores típicos las propiedades que caracterizan a los

materiales plásticos

Densidad → generalmente bajas densidades. 0.9 ≤ δ ≤ 2.3

Dureza → relativamente baja. Generalmente los termoestables son más duros que los termoplásticos. El

incremento de la temperatura disminuye la dureza. A temperatura ambiente, la mayoría de los plásticos

se ubica en el rango de 5 a 50 Brinell

Resistencia a la tracción → es baja, inferior a los valores correspondientes al Magnesio

Resistencia a la compresión → varían en un amplio rango. Algunos superan a metales

Resistencia al impacto → muy variable

Propiedades eléctricas → prácticamente todos los plásticos secos son excelentes aisladores

Propiedades térmicas → conductividad térmica baja, por lo que se clasifican como materiales aislantes

térmicos

Propiedades químicas → varía según cada tipo de plástico

22- Describa la relación entre peso molecular y propiedades de los polímeros, definiendo los términos

relacionados con esta cuestión (GP, heterogeneidad estructural). Grafique dicha relación identificando y

describiendo zonas o puntos importantes desde el punto de vista del procesamiento y uso del material.

Relación Peso Molecular/Propiedades: las propiedades particulares que caracterizan a las macromoléculas son

consecuencia de interacciones y entrelazamientos entre las largas cadenas que las forman, por lo que a mayor

PM le corresponderá mayor probabilidad de que estas interacciones tengan lugar.

Grado de polimerización (GP): es el número de unidades básicas (monómeros) que forman la molécula.

Heterogeneidad estructural: un material polimérico consiste en una mezcla de especies de similar estructura

pero con PM o GP variable en un rango determinado. Estos productos se caracterizan por responder con una

función estadística de distribución de pesos moleculares y de cantidad o porcentaje de moléculas o especies que

con dicho valor que integran el material. Mientras más angosta sea la curva de distribución resultante, más

homogéneo resulta el material y sus propiedades tienen un rango más estrecho de variación.

Relación con las propiedades mecánicas: todas las propiedades mecánicas de interés práctico de los polímeros

(resistencia a la tracción, elongación, resistencia al impacto, etc.) dependen fuertemente de PM y GP promedio.

Relación con las otras propiedades: otras propiedades físicas y/o químicas que determinan la aplicabilidad del

material en un servicio determinado, tales como la solubilidad, resistencia a la humedad, características

eléctricas, etc., dependen tanto de los grupos químicos terminales (principio y/o fin de la cadena) , de la inercia

química de las funciones químicas resultantes de la reacción entre los monómeros constituyentes cuando se

ponen frente a diversos reactivos, como el grado de entrecruzamiento o disposición espacial que adopten las

macromoléculas.

Para valores de GP por debajo de un mínimo denominado crítico, de valor variable según el tipo de polímero, los

materiales tienen una resistencia mecánica prácticamente nula. A partir de la mayoría de las propiedades

mecánicas experimentan un crecimiento exponencial con el aumento de GP y a partir de un valor

suficientemente alto de GP, las variaciones tienden a reducirse considerablemente, tendiendo a un valor

asintótico.

La forma de la curva es similar para los distintos tipos de polímeros, variando solamente sus detalles específicos

(). Generalmente, ningún polímero exhibe resistencia mecánica por debajo de y la mayor parte de estos

materiales encuentran sus valores limites asintóticos alrededor de.

La existencia de estos valores límites para los distintos grados de polimerización puede racionalizarse

atendiendo a la consideración de que las uniones covalentes entre los átomos en una misma macromolécula son

de una fortaleza muy superior a las interacciones de las del tipo de fuerzas de Van der Waals que se regis tran

entre macromoléculas vecinas.

23- Describa al menos dos formas en que se presentan comercialmente las fibras de vidrio

Roving (mechas): se obtienen de la unión en paralelo, sin torsión, de una cantidad variable entre 5 y 120

de hilados o cabos básicos.

Tejidos roving: son tejidos de distinto tipo y grosor, realizados a partir de mechas roving.

24- Plásticos: clasificación, estructura y propiedades relacionadas con la estructura

Termoplásticos: se ablandan por exposición al calor, y se endurecen al enfriarse independientemente de

las veces que sea repetido este proceso. Ej: acrílicos, nylon

Termoestables: son curados a su forma definitiva por el calor, y no pueden ser refundidos para

retornarlos a su estado original. Ej: poliésteres, epoxidicos

Estructuras: la estructura típica de los materiales plásticos, es la de las macromoléculas de cadenas largas.

En el caso de los termoplásticos, estas cadenas son independientes unas de otras. Esta característica es la

que permite que de deslicen por calentamiento unas respecto de otras en un flujo de tipo viscoso,

explicando así la propiedad que las define como grupo.

Los termoestables, por su parte, están constituidos por cadenas largas similares, previo a su moldeo. Pero

durante el proceso de curado, reticulan formando uniones cruzadas entre moléculas adyacentes, las cuales,

en consecuencia, ven impedido un posterior flujo viscoso por aplicación de calor.

Propiedades de los materiales plásticos:

Densidad: generalmente bajas densidades. 0,9 ≤ δ ≥2,3

Dureza: relativamente baja. Generalmente los termoestables son más duros que los termoplásticos.

El incremento de la temperatura disminuye la dureza. A temperatura ambiente, la mayoría de los

plásticos se única en el rango de 5 a 50 Brinell

25- Describa la técnica de fabricación de productos cerámicos denominada “Prensado en seco”

El material a ser prensado en seco debe contener menos del 12%de agua. Para ello usualmente se lo trabaja en

forma de gránulos o partículas, que se colocan, en cantidad suficiente, en la cavidad matricial (que puede estar

dotada de punzones si la pieza tendrá huecos centrales), la cual llenan uniformemente si se tiene una

formulación adecuadamente fluida. Una vez llenado el molde se aplican presiones del orden de 350 a 2.000

kg/cm2, mediante prensas que son usualmente de doble efecto. si el compuesto no contiene suficiente cantidad

de arcillas plásticas en su formulación, es necesario agregar un aglomerante que lo dote de suficiente

plasticidad como para permitirle fluir bajo los efectos de la presión aplicada. Este aglomerante debe mezclarse

homogéneamente en una etapa previa al prensado. Un efecto adicional del aglomerante es el de reducir la

fricción contra las paredes del molde y a los punzones. Las maquinas modernas realizan todas las operaciones

de llenado del molde, aplicación de la presión y eyección de la pieza, en ciclos automáticos de alta velocidad.

A pesar que la presión en máquinas de doble efecto es ejercida axialmente en los dos sentidos, por tratarse de

un sólido, esta presión no se distribuye uniformemente en toda la masa del compacto. En consecuencia la

densidad del mismo es heterogénea, lo que puede originar tensiones y deformaciones durante la etapa de

cocción.

26- Fundiciones: definición y principales características y propiedades

Las fundiciones de hierro son aleaciones de hierro (carbono del 2 al 5% que además incluyen 2 al 4% de silicio,

hasta 1% de manganeso y bajos contenidos de azufre y fósforo).

Se caracterizan porque se pueden moldear a partir de su producción para obtener pizas de diferente tamaño y

complejidad.

No pueden ser sometidas a deformación plástica, no son dúctiles ni maleables y resultan poco soldables. Son

materiales de alta dureza relativa y resistente a la corrosión y al desgaste.

Sus ventajas más importantes son:

Son más fáciles de maquinar que los aceros

Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad

En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos

Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como autolubricantes

Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y presentan buena resistencia al desgaste

Las fundiciones pueden ser grises, blancas, atruchadas, maleables, nodulares y espaciales o aleadas.

La fundición no es dúctil, no es maleable. Puede recibir daños galvánicos , ser galvanizada en caliente, estañada y

esmaltada al fuego.

27- En ciencia de los materiales, ¿qué es una fase? ¿Qué son los diagramas de fase? ¿Qué información puede

obtenerse?

Una fase es una región que difiere en su microestructura y/o composición de otra región.

Un diagrama de fase es una representación gráfica de las fases que existen en un sistema a varias temperaturas,

presiones y composiciones. En su mayoría se constituyen en condiciones de equilibrio.

A partir de los diagramas de fase se puede:

Conocer que fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas bajo condiciones de

enfriamiento lenta

Averiguar la solubilidad, en estado sólido y equilibrio, de un elemento o compuesto en otro

Determinar la temperatura a la cual una solución enfriada bajo condiciones de equilibrio comienza a

solidificar y la temperatura a la cual ocurre la solidificación.

Conocer la temperatura a la cual diferentes fases comienzan a fundirse

28- ¿Qué condición experimental se debe mantener para construir un diagrama de fase en condiciones de

equilibrio?

La condición que se debe mantener es que el enfriamiento se realice en forma lenta.

29- ¿Qué es la temperatura eutéctica? ¿Cuál es la diferencia respecto de la temperatura eutectoide?

Temperatura eutéctica temperatura mínima en la cual la fase líquida de la composición eutéctica

puede existir cuando se enfría lentamente

Temperatura eutectoide temperatura en la que el sólido de la composición eutectoide se transforma

en dos formas sólidas simultáneamente.

30- ¿Qué son los aceros inoxidables? ¿Por qué se los denomina de esta manera? ¿Cómo se clasifican según sus

Microconstituyentes?

Son aleaciones que contienen un mínimo de 11% de cromo. Éste forma en la superficie del acero una lámina

pasiva, extremadamente delgada, continua y estable que deja la superficie inerte a reacciones químicas, la cual

es la característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables. Tienen una resistencia a la

corrosión natural, es decir, no se adiciona.

Se clasifican en:

Martensíticos: elevada dureza, gran facilidad de maquinado y resistencia moderada a la corrosión.

Ferríticos: buena resistencia a la corrosión, dureza no muy alta, no son templables

Austeniticos: son los más utilizados, se agrega níquel a la aleación. Excelente resistencia a la corrosión,

excelente factor de higiene, fáciles de transformar, excelente soldabilidad

31- Definir cerámicos refractarios, propiedades y clasificación

La temática de propiedades térmicas de los cerámicos permite introducir una familia particular de este género

de materiales, cuya utilización está directamente relacionada con aplicaciones específicas en ambientes en los

que prevalecen temperaturas elevadas: los cerámicos refractarios. La mayoría de los refractarios de empleo

industrial se elaboran a partir de mezclas de compuestos cerámicos que reduzcan los costos y faciliten el

moldeo.

Las propiedades más importantes de los cerámicos refractarios incluyen su resistencia térmica a temperaturas

bajas y altas, su densidad (habitualmente en el rango 2,1 a 3,3 g/cm3) y su porosidad (la baja porosidad permite

mayor resistencia a la corrosión, erosión y penetración por líquidos y gases; una porosidad alta, en cambio,

permite el empleo del material como aislante).

Su clasificación general es: basado en una composición química

Refractarios ácidos: Basados en sílice y alumio, tienen alta refractariedad, resistencia mecánica y rigidez.

Tienen elevados puntos de fusión y son costosos.

Refractarios básicos: Con Oxido de Magnesio, Calcio y Cromo tienen altas densidades, altos puntos de

fusión y resistencia al ataque químico y son costosos.

32- Explicar el método de moldeo por inyección

Consiste en un sistema alimentador que ingresa el material formulado a un cilindro hueco que se encuentra a temperatura alta. Cuando se ha ingresado la masa requerida para un ciclo de inyección y la misma alcanza su

estado de fusión, el material es empujado por un pistón o embolo para llenar el molde. Una vez dentro del

molde se deja enfriar y cuando se alcanza una resistencia adecuada la pieza moldeada se expulsa y da comienzo un nuevo ciclo.

Se obtienen piezas finales que no requieren procesamiento termo mecánico posterior.

Se aplica a termoplásticos.

Los materiales usados son gránulos de la resina con el refuerzo ya incorporado o una mezcla de polímero y

refuerzo.

33- Clases de copolímeros

Según el ordenamiento espacial que pueden adoptar las unidades originales o monómeros en la fórmula final

del polímero, se pueden distinguir distintas clases de copolímeros:

Copolímeros desordenados (“Random”): cuando los monómeros aparecen ubicados al azar en cualquier

posición de la cadena macromolecular.

–A-A-B-A-B-B-B-A-A-B-A-A-A-A-A-B-

Copolímeros alternante (“Alternating”): cuando los monómeros aparecen ordenados alternativamente

en la cadena macromolecular

A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B

Copolímeros en bloque (“Block”): cuando uno de los monómeros aparece ordenado en largas cadenas,

que se unen químicamente a otras largas cadenas del otro monómero.

-A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B

Copolímeros tipo Graft (“Graft”): cuando uno de los monómeros aparece formando una cadena primaria

que tiene adosada en distintas posiciones ramificaciones formadas por cadenas de otro monómero

polimerizado.

-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A

│ │

B B

│ │

B B

Los copolímeros en bloque y de tipo Graft son los de mayor importancia comercial, ya que por un lado

son los más fáciles de preparar, y por el otro debido al hecho de que sus propiedades tienden a mostrar

las características de sus respectivos homopolímeros pero con la ventaja de que se pueden perfeccionar

las aptitudes mecánicas de los respectivos homopolímeros en forma predecible

34- Extrusión de cerámicos

Pueden fabricarse compuestos de densidad relativamente elevada, siempre que los productos tengan un eje de

simetría respecto de una sección transversal fija, de forma rápida y económica.

Las máquinas para extrusión tienen una cámara horizontal relativamente larga, por uno de cuyos extremos se

alimenta en forma continua la materia prima seca y el agua de formulación en forma de spray. En esa cámara se

homogeneiza la mezcla por acción de cuchillas rotatorias, hasta conseguir una masa de plasticidad adecuada (las

cuchillas presentan suficiente inclinación respecto del eje de rotación como para producir un lento avance del

material hacia el extremo de salida de esa primera cámara). A la salida de la etapa de homogeneización, la masa

es forzada por un tornillo sinfín en su avance a través de una placa perforada que disgrega el material

homogeneizado antes de su ingreso a la cámara de desaireación al vacío. La eliminación del aire del compuesto

mejora su extrudabilidad y permite la obtención de piezas de mayor densidad. Un segundo tornillo sinfín fuerza

la masa plástica desaireada a través de una cabezal constituido por una matriz con la forma deseada de la

sección transversal del producto final. A la salida de este cabezal, la masa extruida es cortada en tramos de la

longitud requerida.

Tres etapas básicas:

Homogeneización: se realiza en una cámara por acción de cuchillas rotatorias, hasta conseguir una masa

de plasticidad adecuada

Desaireación: eliminación del aire del compuesto. Mejora su extrudabilidad y permite la obtención de

piezas de mayor densidad

Forzamiento a través de una matriz: la matriz tiene la forma deseada de la sección transversal. Cuando la

masa es forzada a través de esta, adopta su forma. A la salida de este cabezal, la masa extruída es

cortada en tramos de la longitud deseada.

35- ¿Qué diferencia hay entre cristalinidad de polímeros y de materiales metálicos?

A diferencia de los cristales convencionales (minerales inorgánicos, metales y ciertos materiales orgánicos, tales

como el azúcar, el naftaleno, etc.) en las macromoléculas solo segmentos aislados de las largas cadenas forman

elementos de volumen de pequeño tamaño con un ordenamiento asimilable a una estructura cristalina. estos

elementos poseen muchas imperfecciones se distribuyen en la masa o matriz global del polímero que es

fundamentalmente amorga, es decir se dispone de escasas y pequeñas regiones ordenadas dentro de una

estructura caracterizada por ser globalmente desordenada. Ningún polímero es completamente cristalino.

36- Adhesivos orgánicos

Un adhesivo orgánico se define como un sistema sustrato con una resina, generalmente termoestable, esta

utilizada para vincular materiales de alta fortaleza o resistencia mecánica de modo tal que la junta curada sea

capaz de soportar una carga mínima de 6,9 MPa a temperatura ambiente. Son de alta resistencia mecánica y

están previstos para soportar carga permanente

37- ¿Qué es un plástico reforzado con un agente de refuerzo? ¿Qué propiedades le otorga?

Son materiales compuestos integrados esencialmente por al menos un polímero base o la carga de un refuerzo.

De la carga de refuerzo dependen fundamentalmente la resistencia mecánica, la estabilidad dimensional y la

resistencia para soportar la deformación ante distintas cargas aplicadas a diversos niveles térmicos.

38- ¿Qué es el enlace metálico?

Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (unión entre núcleos atómicos y

los electrones de valencia, que se juntan alrededor de éstos como una nube) de los metales entre sí.

Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa y los pierden fácilmente para convertirse

en iones positivos.

Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica y los electrones de valencia

desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De

este modo, todo el conjunto de iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga

negativa que los envuelve.

En términos generales, cuanto menor sea el número de electrones de valencia, más deslocalizados están y,

consecuentemente, mayor carácter metálico presenta el material.

Esta estructura explica muchas de las propiedades características de los metales:

Conductividad eléctrica elevada, la presencia de un gran número de electrones móviles explica porque

los metales tienen conductividades eléctricas muchísimo mayores que los no metales.

Buenos conductores del calor, el calor se transporta a través de los metales por la colisión entre

electrones, que se producen con mucha frecuencia.

Ductibilidad y maleabilidad, en un metal los electrones actúan como un “adhesivo” flexible que

mantiene los núcleos atómicos juntos, sin impedir que puedan desplazarse unos sobre otros. Como

consecuencia de ello, los cristales metálicos se pueden deformar sin romperse.

Insolubilidad en agua y en otros disolventes comunes, ningún metal se disuelve en agua porque los

electrones no pueden pasar a la disolución y los cationes no pueden disolverse por ellos mismos.

39- Tabla periódica – Isótopos – Grupos y períodos de la tabla – Número atómico - Enlace metálico – Iónico –

Covalente.

La tabla clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos conforme a sus propiedades y

características. El adjetivo periódico se refiere a que cada cierto número de elementos las propiedades químicas

se repiten.

Los grupos de la tabla periódica son las columnas, en cada una de ellas se encuentran elementos que tienen

propiedades químicas similares entre sí.

Aclaración: La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha y decae hacia abajo.

El número atómico Z corresponde a la cantidad de protones contenidos en el núcleo de un átomo, mientras que

el número másico A, a la cantidad de nucleones contenidos en el núcleo.

Los isótopos son elementos con igual número atómico pero distinto número másico (protones ≠ neutrones).

Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (unión entre núcleos atómicos y

los electrones de valencia, que se juntan alrededor de éstos como una nube) de los metales entre sí.

Un enlace iónico es la unión de átomos que resulta de la presencia de atracción electrostática entre los iones de

distinto signo, es decir, uno fuertemente electropositivo (baja energía de ionización) y otro fuertemente

electronegativo.

Un enlace covalente entre dos átomos o grupos de átomos se produce cuando estos átomos se unen, para

alcanzar el octeto estable, comparten electrones del último nivel.

40- Defina estructura cristalina

La estructura cristalina es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones.

Estos son empaquetados de manera ordenada y con patrones de repetición que se extienden en las tres

dimensiones del espacio

41- Defina las principales estructuras cristalinas metálicas

Las estructuras más compactas corresponden a ordenamientos de niveles energéticos menores y más estables.

Si los átomos se consideran como esféricos, se puede calcular el factor de empaquetamiento atómico (APF):

APF= volumen de los átomos en la celda unitaria/volumen de la celda unitaria.

ESTRUCTURA CRISTALINA CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO (BCC): en esta celda

unitaria se observa que el átomo central está rodeado por 8 vecinos más

próximos y se dice que tiene un número de coordinación de 8. Cada una de estas

celdas tiene el equivalente de 2 átomos por celda unitaria. Los átomos de cada

vértice entran en contacto entre sí a lo largo de la diagonal del cubo, siendo la relación entre la arista del cubo a

y el radio atómico R: 3

4Ra

.

El APF para la celda unitaria BCC es del 68%; es decir, el 68% del volumen de la celda unitaria está ocupado por

átomos, y el 32% es de espacio vacío. La estructura cristalina BCC no es compacta, ya que los átomos podrían

situarse más juntos.

ESTRUCTURA CRISTALINA CÚBICA CENTRADA EN LAS CARAS (FCC): en esta

celda unitaria hay un átomo en cada vértice del cubo y uno en el centro de cada

cara. Cada átomo está rodeado de 12 átomos, por lo que cada átomo tiene un

número de coordinación de 12. Los átomos están empacados tan juntos cómo es posible, el APF para esta

estructura compacta es de 74%, siendo este el valor máximo de compacto posible para “átomos esféricos”. La

celda unitaria FCC tiene un equivalente de 4 átomos por celda unitaria. Los átomos se contactan en la diagonal

de la cara del cubo, por lo que la relación entre la arista del cubo a y el radio atómico R es: 2

4Ra .

ESTRUCTURA CRISTALINA HEXAGONAL COMPACTA (HCP): el APF de la estructura

cristalina HCP es de 74%. Cada átomo está rodeado de 12 átomos, por lo que cada

átomo tiene un número de coordinación de 12.

Si se toma la celda HCP aislada o primitiva, hay dos átomos por celda unitaria. Es decir en la “celda

mayor” se encuentran 6 átomos.

La relación entre la altura c del prisma hexagonal y la arista de la base a, se llama relación c/a. Esta

relación para una estructura HCP ideal formada por esferas empacadas al máximo es 1,633. En

algunos metales, como ser el Cadmio y el Zinc, esta relación es superior a la ideal, lo que indica

que los átomos están ligeramente alargados a lo largo del eje c. Otros metales, como el Magnesio, Cobalto,

Circonio, Titanio y Berilio, tienen una relación c/a menor que la ideal, es decir que los átomos están ligeramente

comprimidos en la dirección del eje c.

42- Polimorfismo – Alotropía

A la misma composición, algunos elementos y compuestos pueden tener más de una estructura diferente: fenómeno conocido como Polimorfismo. Muchos elementos existen más de una forma cristalina bajo distintas

condiciones de temperatura y presión. Si éste fenómeno ocurre en un sólido elemental se denomina alotropía.

43- Pasos para la solidificación de materiales y los 2 mecanismos

La solidificación de un metal o una aleación puede ser dividida en las siguientes etapas:

1. Formación de un núcleo estable en el fundido (nucleación).

2. El crecimiento del núcleo hasta dar origen a cristales y la formación de estructura granular.

Los dos mecanismos principales por los cuales tiene lugar la nucleación de partículas sólidas en un metal son:

Nucleación homogénea: tiene lugar cuando el metal proporciona por sí mismo átomos para formar los

núcleos. Cuando se enfría un metal liquido puro por debajo de su temperatura de solidificación de

equilibrio, se crean numerosos núcleos homogéneos por movimiento lento de átomos que se mantienen

unidos.

Nucleación Heterogénea: es la nucleación que se produce en un líquido sobre las superficies del

recipiente que lo contiene, impurezas insolubles, u otras materias estructurales que reduzcan la energía

libre crítica requerida para formar un núcleo estable.

Después de que los núcleos estables han sido formados en un metal solidificante, estos núcleos se convierten en

cristales. En cada cristal los átomos están dispuestos en una ordenación esencialmente regular, pero la

orientación de cada cristal varia. Cuando finalmente la solidificación del metal se completa, los cristales se

agregan en diferentes orientaciones y forman fronteras cristalinas.

44- Estructuras granulares y sus condiciones de formación

Después de formarse los núcleos estables, crecen hasta formar cristales. En cada cristal los átomos están

ordenados en un modelo esencialmente regular, pero la orientación de cada cristal varía. Al finalizar la

solidificación, los cristales se juntan unos con otros con diferentes orientaciones y forman limites cristalinos

definiendo los granos metálicos.

El número de puntos de nucleación disponible en el proceso de solidificación afecta a la estructura granular del

metal sólido producido. Si hay relativamente pocos puntos de nucleación, se producirá una estructura de grano

grueso y basta, y si hay muchos puntos de nucleación se obtendrá una estructura de grano fino. Se prefiere

grano fino para mejorar la resistencia y uniformidad (isotropía) de los productos metálicos terminados, y para

lograr esto se añaden usualmente pequeñas cantidades de refinadores de grano al metal líquido antes de su

colada.

Se producen normalmente dos tipos de estructuras de grano:

Granos equiaxiales

Granos columnares

45- Defina soluciones sólidas y los dos tipos existentes. Requerimientos y ejemplos

Se basa en un sólido que consta de dos o más elementos que están dispersos atómicamente y forman una

estructura de una sola fase.

Existen dos tipos: sustitucionales e intersticiales

Para que haya una gran solubilidad de un elemento en otro, deben cumplirse ciertas condiciones:

1. Los diámetros de los átomos de los distintos elementos no deben diferir más de un 15% para minimizar las

distorsiones de la red cristalina.

2. Las estructuras cristalinas de los elementos deben ser las mismas.

3. No debe haber gran diferencia de electronegatividades, de modo que no reaccionen para formar

compuestos.

4. Los dos elementos deben tener la misma valencia para evitar en déficit de electrones en la unión metálica.

46- Imperfecciones cristalinas. Defectos puntuales de línea, límites de grano, tamaño de grano, defecto en

estructuras cristalinas

No existen cristales perfectos pues contienen varios tipos de defectos que afectan a muchas de las propiedades

físicas y mecánicas.

DEFECTOS PUNTUALES

El defecto puntual más sencillo es la vacante, un sitio atómico en el que ha desaparecido el

átomo que lo ocupaba. Las vacantes puede producirse durante la solidificación como

resultado de perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales, o por las

reordenaciones atómicas en un cristal ya existente debido a la movilidad de los átomos. En los

metales, la concentración de vacantes en equilibrio, raramente excede un átomo en 10000, y su energía de

formación es de aproximadamente 1eV.

Otro defecto puntual es el autointersticial o intersticialidad, en el cual un átomo de un cristal puede ocupar un hueco intersticial entre los átomos de su entorno que ocupan posiciones atómicas. No ocurren de forma natural pero pueden ocurrir al introducir irradiación.

En cristales iónicos se dan otros tipos de defectos puntuales debido a la

necesidad de mantener la neutralidad eléctrica. El defecto de Schottky se da cuando

faltan dos iones de carga opuesta, es decir que hay una divacante aniónica-catiónica.

El defecto de Frenkel ocurre cuando un catión se mueve a un hueco intersticial, es

decir que se crea un par de defectos vacante-intersticio. La presencia de estos

defectos en los cristales iónicos aumenta su conductividad eléctrica.

Los átomos de impurezas de tipo sustitucional o intersticial se pueden presentar en cristales con enlaces

metálicos o covalentes.

DEFECTOS LINEALES

También llamados dislocaciones, son defectos que provocan una distorsión de la red centrada en torno a una

línea. Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos, en la deformación plástica o permanente de los

mismos, por condensación de vacantes y por desajuste atómico en las disoluciones sólidas. Los principales tipos

de dislocaciones son las de tipo arista y helicoidal o tornillo.

Una dislocación de arista se crea en un cristal por la intersección de un medio plano adicional

de átomos. La distancia del desplazamiento de los átomos alrededor de la dislocación se

llama deslizamiento o vector de Burgers b y es perpendicular a la línea de dislocación de

arista. Son defectos de no equilibrio y almacenan energía en la región distorsionada de la red

cristalina alrededor de la dislocación.

Una dislocación helicoidal puede formarse en un cristal perfecto aplicando esfuerzos

cortantes hacia arriba y abajo en las regiones del cristal que han sido s eparadas por un

plano cortante. Estos esfuerzos introducen en la estructura cristalina una región de

distorsión en forma de una rampa en espiral de átomos distorsionados o dislocación

helicoidal. La región distorsionada no está bien definida y almacena energía. El

deslizamiento o vector de Burges b es paralelo a línea de

dislocación.

La mayoría de las dislocaciones en los cristales son de tipo mixto, y tienen

componentes de arista y helicoidales.

DEFECTOS PLANARES

Incluyen superficies externas, límites de grano, maclas, bordes de ángulo cerrado,

bordes de ángulo abierto, torsiones y fallas de apilamiento.

Las superficies externas son del tipo más común y se consideran defectos ya que

los átomos en la superficie están enlazados a otros átomos solo por un lado. Estos

átomos tienen mayor estado de energía que aquellos situados dentro del cristal, y

esto hace a la superficie susceptible a la erosión y a reaccionar con elementos del

ambiente.

Los límites de grano son los defectos de la superficie que separan a los granos de diferentes orientaciones. Se

originan durante la solidificación, cuando los cristales formados desde diferentes núcleos crecen

simultáneamente juntándose unos con otros.

El límite de grano es una región estrecha entre dos granos de entre dos y cinco diámetros atómicos de ancho, y

es una región de átomos no alineados entre dos granos adyacentes. El ordenamiento atómico en los límites de

grano es menor que en el grano, ya que hay algunos átomos en posiciones pensionadas, lo que provoca un

aumento de energía en la región del límite de grano. Entre mayor sea la energía y su estructura sea más abierta,

éstos se convertirán en una región más favorable para la nucleación y el crecimiento de precipitados. Además, el

menor orden atómico permite una difusión atómica más rápida en esas regiones. A temperatura normal, los

límites de grano disminuyen la plasticidad, dificultando el movimiento de dislocación en dicho lugar.

Las maclas son regiones en las que existe una imagen de espejo de la estructura a través de un plano o un

borde. Los bordes gemelos se forman cuando un material se deforma permanentemente o de manera plástica

(macla de deformación), o, en algunas aleaciones FCC, durante la recristalización, en la cual los átomos se

vuelven a situar en un cristal deformado.

Cuando en un arreglo de dislocaciones de borde éstas se orientan en un cristal de modo que dos regiones del

cristal parecen desorientarse o inclinarse, se forma un defecto planar llamado límite de inclinación en ángulo

agudo. Un fenómeno similar puede ocurrir cuando una red de dislocaciones helicoidales crea un límite de

torsión en ángulo agudo, generalmente menor a 10°. A medida que aumenta la densidad de las dislocaciones en

los límites de ángulo agudo, aumenta el ángulo de desorientación; si éste es mayor a 20°, se llama límite general

de grano. Los bordes de ángulo agudo son regiones de alta energía.

Durante el crecimiento de un material cristalino, en el colapso de un grupo de átomos vacante, o en la

interacción de dislocaciones, puede faltar uno o más planos de apilamiento, lo que se llama falla de apilamiento,

y que tiende a endurecer el metal.

DEFECTOS VOLUMÉTRICOS

Se forman cuando un grupo de átomos o de defectos puntuales se unen para formar un vacío tridimensional o

poro, o cuando un grupo de átomos de alguna impureza se une para formar un precipitado tridimensional.

47- Defina energía de activación

Para que las reacciones en estado sólido tengan lugar desde el estado inicial hasta el estado final, los átomos

reaccionantes deben tener suficiente energía para superar una barrera de energía de activación. La energía

adicional requerida por encima de la energía media de los átomos se llama energía de activación.

48- Difusión atómica en sólidos, mecanismos de difusión.

Mecanismo de difusión sustitucional o por variantes: los átomos pueden moverse en la red cristalina de

una posición atómica a otra si tienen suficiente energía de activación procedente de sus vibraciones

térmicas y si existen vacantes u otros defectos en la estructura cris talina hacia las que los átomos puedan

desplazarse.

Mecanismo de difusión intersticial: tiene lugar cuando los átomos se mueven de un sitio intersticial a

otro intersticio vecino sin desplazar de manera permanente a ninguno de los átomos de la red cristali na

de la matriz. El tamaño de los átomos que se difunden debe ser relativamente pequeña comparado con

los átomos de la matriz.

49- Difusión en estado estacionario y no estacionario (Tipos)

DIFUSIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO

El estado estacionario se da cuando después de un período de tiempo la concentración de átomos en los planos

atómicos no varía. Este tipo de difusión tiene lugar cuando un gas no reactivo se difunde a través de una lámina

metálica.

Si no existe interacción química entre los átomos de soluto y el disolvente, dado que hay una diferencia de

concentraciones entre los planos, habrá un flujo neto de átomos desde la concentración superior a la inferior. El

flujo o corriente de átomos en este tipo de sistema puede representarse con la primera ley de difusión de Fick: ,

donde J es el flujo neto de átomos, D la difusividad o capacidad de difusión, y dC/dx el gradiente de

concentración.

Los valores del coeficiente de difusión D dependen de muchos factores:

1. Tipo de mecanismo de la difusión: intersticial o sustitucional.

2. Temperatura a la que tiene lugar la difusión: a mayor temperatura, mayor difusividad.

3. Tipo de estructura cristalina de la red matriz: BCC, FCC, HCP.

4. Tipo de defectos cristalinos presentes en la región: a estructuras más abiertas, más rápida difusión.

5. Concentración de las especies que se difunden.

DIFUSIÓN EN ESTADO NO ESTACIONARIO

El estado no estacionario es cuando la concentración del soluto varía con el tiempo de un punto a otro del

material.

Si el coeficiente de difusión es independiente del tiempo, se aplica la segunda ley de Fick: . Esta ley establece

que la velocidad del cambio de composición es igual al coeficiente de difusión multiplicado por la velocidad de

cambio del gradiente de concentración.

50- Efecto de la temperatura en la difusión de los sólidos

El aumento de la temperatura de un sistema de difusión incrementa la velocidad de difusión: , donde D es la

capacidad de difusión, D0 la constante de proporcionalidad independiente de la temperatura, Q la energía de

activación y R la constante molar de los gases.

51- Regla de Gibbs

Se puede calcular el número de fases que pueden coexistir (P) en equilibrio en cualquier sistema: P+F=C+2,

donde C es el número de componentes en el sistema, y F los grados de libertad.

Los grados de libertad son el número de variables que se pueden cambiar independientemente sin variar el

número de fases en equilibrio en el sistema elegido.

52- Regla de la Palanca

Se usa para calcular los porcentajes en peso de las fases en cualquiera de las regiones de doble fase de un

diagrama de fases en equilibrio binario.

Para obtener las ecuaciones hay que considerar un diagrama de fases en equilibrio de dos elementos A y B

totalmente solubles el uno en el otro. x es la composición de la aleación y w0 la fracción en peso de B en A.

Construimos la línea de enlace a la temperatura T desde la línea de líquidos hasta la de sólidos, formando la

línea de enlace LOS. A esta temperatura, la aleación x consta de una mezcla de líquido de fracción en peso w l de

B y sólido de fracción en peso ws de B.

La suma de las fracciones en peso de las fases líquida y sólida en la aleación es igual a uno: 𝑋𝑙 + 𝑋𝑠 = 1. Así,

𝑋𝑙 = 1 − 𝑋𝑠 y 𝑋𝑠 = 1 − 𝑋𝑙.

Además, al tomar sólo el componente B, hay que balancear el peso:

𝐺𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝐵 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑠𝑒𝑠 = 𝐺𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝐵 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎 + 𝐺𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝐵 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑎

𝑤0 = 𝑋𝑙𝑤𝑙 + 𝑋𝑠𝑤𝑠

Combinando estos datos, obtenemos que:

𝐹𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑎 = 𝑋𝑠 =𝑤0 − 𝑤𝑙

𝑤𝑠 − 𝑤𝑙

𝐹𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎 = 𝑋𝑙 =𝑤𝑠−𝑤0

𝑤𝑠−𝑤𝑙

53- Sistema de aleaciones isomorfas binarias

Una mezcla de dos metales se llama aleación binaria y constituye un

sistema de dos componentes, puesto que cada elemento metálico se

considera un componente separado. En algunos sistemas binarios

metálicos, los dos componentes son completamente solubles entre sí, tanto

en estado sólido como líquido. En estos sistemas solo existe un único tipo

de estructura cristalina para todas las composiciones de los

componentes, y por lo tanto se llaman sistemas isomorfos.

En relación a los dos elementos que se disuelven completamente entre sí, normalmente satisfacen una o más de

las siguientes condiciones formuladas por Hume-Rothery y conocidas como reglas de solubilidad de sólidos de

Hume-Rothery:

1. Las estructuras cristalinas de cada elemento de la muestra deben ser iguales.

2. El tamaño de cada uno de los dos elementos no deben diferir en más del 15 por 100.

3. Los elementos no deben formar compuestos entre sí. no debe haber diferencias apreciables en las

electronegatividades de los dos elementos.

4. Los elementos deben tener la misma valencia.

54- Sistema de aleaciones eutécticas binarias – Temperatura eutéctica

Muchos sistemas de aleaciones binarias tienen componentes que presentan solubilidad sólida limitada de un

elemento en otros. Las regiones de solubilidad sólida restringida en cada extremo del diagrama se designan

como fases alfa y beta, y se denominan soluciones sólidas terminales. A medida que la temperatura di sminuye

por debajo de una cierta temperatura (temp. eutéctica), la solubilidad máxima disminuye siguiendo las líneas de

solvus.

En los sistemas binarios eutécticos simples hay una aleación compuesta

conocida como composición eutéctica, la cual solidifica a temperatura más

baja que todas las demás composiciones. Esta baja temperatura es la mínima

a la cual puede existir la fase líquida cuando se enfría lentamente, y se llama

temperatura eutéctica. La composición eutéctica y la temperatura

eutéctica determinan un punto en el diagrama de fases llamado punto

eutéctico. Cuando el líquido de la composición eutéctica se enfría

lentamente hasta la temperatura eutéctica, la fase simple líquida se transforma simultáneamente en dos formas

sólidas (α y β), durante la llamada reacción eutéctica. Esta reacción también se llama invariable, ya que tiene

lugar bajo condiciones de equilibrio a temperatura específica y a composición de la aleación invariable (F=0).

Durante la reacción eutéctica coexisten tres fases y están en equilibrio, y como en un diagrama binario esto

puede pasar sólo a una temperatura, en la curva de enfriamiento de la aleación se observa una estabilización

térmica horizontal.

55-Sistema de aleaciones peritécticas binarias

En esta reacción una fase liquida reacciona con una fase sólida para formar una fase solida nueva y diferente.

Puede ser representada de cómo general como sigue:

Liquido + α (enfriamiento) β

Durante el equilibrio o en un muy lento enfriamiento de una aleación de composición peritéctica a través de la

temperatura peritéctica, toda la fase solida α reacciona con todo el líquido para producir una nueva fase solida

β. Durante la solidificación rápida de una aleación fundida a través de la temperatura peritéctica, tiene lugar un

fenómeno de equilibrio llamado región circundante. Durante la reacción la fase creada por la reacción

peritéctica rodea o envuelve la alfa primaria. La fase β formada alrededor de la α crea una barrera de difusión y

la reacción peritéctica cursa con una velocidad incluso decreciente.

56- Metalurgia (definición y pasos)

Es la ciencia y la tecnología de la extracción de metales de sus fuentes naturales y de su preparación para usos

prácticos. Consiste en varios pasos:

Explotación de las minas.

Concentración de la mena o su preparación por algún otro medio para el tratamiento posterior.

Reducción del mineral para obtener el metal libre.

Refinación o purificación del metal.

Mezclado del metal con otros elementos para modificar sus propiedades.

Después de la extracción, la mena se tritura, se muele y luego se trata de concentrar el metal deseado. Esta

etapa de concentración se basa en las diferencias de propiedades entre el mineral y el material indeseable que

lo acompaña, llamado ganga.

57- Obtención del arrabio

Se lleva a cabo en un alto horno, en el cual se añade por la parte superior una mezcla de mena de hierro, coque

y piedra caliza (carbonato de calcio).

Dentro del alto horno, el coque (que contiene alrededor de 85-90% de Carbono) actúa como combustible que

produce calor a medida que se quema pero su reacción con el vapor de agua en es endotérmica, por lo que se

adiciona vapor de agua para controlar la temperatura del horno. Es también la fuente de los gases reductores

CO y (los cuales reducen los óxidos del hierro).

La piedra caliza funciona como fuente del óxido básico en la formación de escoria, donde la capa de escoria

sobre el hierro ayuda a protegerlo de las reacciones con el aire. El aire precalentado que ingresa por el fondo del

horno es también una materia prima importante requerida para la combustión del coque.

Por último se separan dos fracciones: la escoria y el arrabio (hierro fundido, materia prima de la industria).

58- Obtención del hierro esponja

El proceso HyL utiliza una mezcla rica en hidrógeno y monóxido de carbono, producida a partir de gas natural de

vapor de agua en un reformador, para extraer el oxígeno del mineral de hierro.

El y el CO salen del reformador acompañados de pequeñas cantidades de gas natural y bióxido de carbono. La

tubería se conecta con los hornos de reducción directa, que son enormes recipientes metálicos donde se carga

el mineral de hierro en forma de pequeñas esferas de 2 cm. de diámetro.

Una vez finalizada la reducción se obtienen partículas de mineral más livianas pero del mismo tamaño (poros).

59- Fundiciones: grises, maleables, nodulares, blancas, atruchadas, aleadas

Fundición gris la mayor parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en forma de escamas o

láminas de grafito, las cuales dan al hierro su color y propiedades deseables. Es fácil de maquinar, tiene

alta capacidad de templado y buena fluidez para el colado, pero es quebradizo y de baja resistencia a la

tracción.

Fundición maleable los hierros maleables son tipos de hierros producidos por el tratamiento térmico

de la fundición blanca. Éstas se someten a rígidos controles y como resultado, la mayoría del carbono

está en la forma combinada de cementita. Por su estructura, la fundición blanca es dura, quebradiza y

muy difícil de maquinar.

Fundición nodular se produce por la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza.

Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula con magnesio, cerio, o

ambos. Produce alta ductilidad, resistencia, buen maquinado, buena fluidez para la colada, buena

endurecibilidad y tenacidad. En ella, el grafito aparece en forma de esferas, lo que da lugar a una

resistencia a la tracción y tenacidad mayor. Se obtiene directamente en bruto de colada.

Fundición blanca se forma al enfriar rápidamente la fundición de hierro desde el estado líquido.

Durante el enfriamiento, la austenita solidifica en forma de dendritas. A los 1130°C el líquido alcanza la

composición eutéctica (4,3%C) y solidifica como un eutéctico de austenita y cementita llamado

ledeburita.

Fundición atruchada se caracteriza por tener una matriz de fundición blanca combinada parcialmente

con fundición gris. El carbono se encuentra libre y combinado, siendo difícilmente maquinable.

Fundición aleada son aquellas que contienen Ni, Cr, Mo, Cu, etc., en porcentajes suficientes para

mejorar las propiedades mecánicas o para comunicarles alguna otra propiedad como alta resistencia al

desgaste, alta resistencia a la corrosión, al calor, etc.

60- Aceros, cementación, laminación, método del crisol.

Cementación método para convertir la superficie de hierro forjado en acero, rodeando la pieza de hierro

completamente de carbón de leña molido en un recipiente al rojo vivo. Luego de varias horas se consigue que el

carbono de la leña se difunda hacia el interior del metal, formándose una capa dura de acero, con una

profundidad variable dependiendo del tiempo y la temperatura.

Laminación hacer pasar un trozo de metal maleable a través de un sistema de dos rodillos que al girar

aplanan al metal. A veces los rodillos tienen acanalados que sirven para conformar barras o

configuraciones superficiales más complejas.

Método del crisol consiste en cementar pequeños trozos de hierro y fundirlos en un crisol, que al

solidificarse, el acero resulta sumamente uniforme.

61- Que es un convertidor. Convertidor Bessemer. Diferencia con BOF

Un convertidor es un equipo utilizado para la fabricación de acero a partir de arrabio. Consiste en un recipiente

recubierto de material refractario, en donde se produce la oscilación del carbono presente y se eliminan

impurezas indeseadas.

Proceso Bessemer La intención era lograr la transformación masiva de arrabio en acero. La idea era

eliminar las impurezas del arrabio líquido y reducir su contenido de carbono mediante la inyección de

aire en un convertidor de arrabio en acero. El diseño fracasó ya que el refractario que recubría las

paredes del horno era de tipo “ácido”.

Convertidores BOF trabajan con la misma idea de Bessemer, pero en vez de utilizar aire comprimido

utilizan oxígeno para producir la oxidación. Consiste en un recipiente de acero recubierto de refractarios

básicos. Se inyecta mediante una lanza la piedra caliza en polvo y el oxígeno. La carga y descarga se hace

por la parte superior. Aceptan hasta un 20% de chatarra con el arrabio.

62- Funcionamiento de miniacerías

Las miniacerías son pequeñas plantas donde la chatarra se funde en hornos de arco eléctrico. El sistema de

operación es muy sencillo y su éxito comercial depende de la provisión regular de la materia prima.

La chatarra se carga al horno y se funde en algunos minutos, al exponerse al paso de una enorme corriente

eléctrica.

Una vez que la chatarra está en estado líquido, se toma una muestra y se la lleva al laboratorio para determinar

la composición química del acero y realizar los ajustes necesarios.

Del horno, el acero líquido se pasa a una cuchara de colada que se deriva a la sección de moldeo o a una

máquina de colada continua

63- Microestructuras de acero: ferrita, cementita, perlita, austenita

Ferrita (hierro ):

Es una solución sólida de carbono en hierro alfa. Su solubilidad a temperatura ambiente es del orden de 0,008%

de carbono, por lo que se considera como hierro puro. La máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de

0,02% a 723°C.

Es la fase más blanda y dúctil de los aceros. Llega hasta un alargamiento del 40%.

Puede aparecer como cristales mezclados con los de perlita. También aparece como elemento eutectoide de la

perlita formando láminas paralelas separadas por otras láminas de cementita.

Cementita:

Es el carburo de hierro de fórmula, que contiene 6,67% de C y 93,33% de Fe.

Es duro y frágil y cristaliza en la red ortorómbica.

Perlita:

Es el microconstituyente eutectoide formado por capas de ferrita y cementita, compuesta por el 88% de ferrita y

12% de cementita. Tiene una dureza de 250 Brinell y un alargamiento del 15%. La perlita aparece en el

enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita de 650 a 723°C.

Si el enfriamiento es rápido (100-200°C/seg.), la estructura se denomina sorbita.

Austenita (hierro );

Es el constituyente más denso y está formado por una solución sólida de inserción de carbono en hierro gamma.

El carbono disuelto varía de 0,8 al 2% C.

No es estable a temperatura ambiente y está formada por cristales cúbicos, con una dureza de 300 Brinell y un

alargamiento del 30%. No es magnético.

64- Nucleación homogénea y heterogénea

Nucleación homogénea El metal proporciona por sí mismo los átomos para formar los núcleos. Requiere un

elevado subenfriamiento. Para que el núcleo pueda transformarse en cristal debe alcanzar un tamaño crítico. Si

un conglomerado de átomos no alcanza el tamaño crítico se denomina embrión.

Nucleación heterogénea Los núcleos se forman sobre superficies sólidas ya existentes, como el borde del

recipiente, impurezas o partículas introducidas en el fluido. El agente de nucleación sólido debe ser humedecido

por el metal.

65- Granos columnares y equiaxiales

Granos columnares son alargados, delgados y burdos, y se forman cuando un metal se solidifica muy

lentamente en presencia de un alto gradiente térmico, ya que hay pocos núcleos disponibles.

Granos equiaxiales los cristales pueden crecer por igual en todas las direcciones. Suelen aparecer junto

a la pared del molde frío, ya que el fuerte enfriamiento en esta zona origina una alta concentra ción de

núcleos.

66- ¿Cómo se divide el diagrama de fase de hierro-carbono en función de carbono? ¿Cómo se divide en el

mismo la región de los aceros?

En el diagrama de Hierro-Carbono, el carbono se puede encontrar en estado ligado (Carburo de Hierro) o libre

(Grafito), por esto el diagrama comprende dos sistemas:

Metaestable Aceros y fundiciones blancas

Este sistema comprende aleaciones con el carbono ligado, sin carbono libre

Estable Fundiciones grises y atruchadas

Describe la formación de estructuras donde el carbono se encuentra total o parcialmente en

forma de grafito

La región de los aceros se subdivide en dos:

Hipoeutectoides Cuando el porcentaje de carbono es menor a 0,77

Hipereutectoides Cuando el porcentaje de carbono está entre 0,77 y 2,11

67- Método para el tratamiento de los minerales luego de la extracción de la mina y antes de su ingreso a la

fase de reducción a metales libres.

Concentración del mismo, por eliminación de la ganga, por distintas técnicas:

Pulverización adecuada seguida de separación de ciclón

Flotación Aplicable a sustancias que no se "mojan" por agua Descarbonatación / deshidratación convertir carbonatos o hidróxidos a otros compuestos más

fácilmente reducibles

Tostación conversión de los sulfuros en óxidos, por calentamiento en aire

68- Defina polimerización

Proceso que culmina con la elaboración de macromoléculas (PM entre 10.000 y 10.000.000) partiendo de

moléculas simples y de bajo peso molecular (PM entre 30 y 150), denominadas monómeros. Luego de que se

inicia, el proceso de crecimiento avanza o evoluciona por distintos mecanismos de reacción química para la

obtención de las macromoléculas. Las reacciones químicas se clasifican en adición y condensación.

69- Mecanismos de polimerización. Adición y condensación

Adición o polimerización en cadena: los monómeros individuales se acoplan entre sí sin cambios en la

composición química respecto de la de los monómeros originales, para formar largas cadenas. Estas

reacciones involucran etapas de iniciación (para iniciarlas se requiere catalizadores), propagación y

terminación de las cadenas poliméricas. Son exotérmicas. Ej: policloruro de vinilo (PVC), polipropileno

(PP), poliestireno, polietileno(PE)

Condensación o polimerización en etapas: dos o más monómeros, distintos en su composición química,

reaccionan entre sí para originar cadenas lineales o entrecruzadas relativamente cortas, que luego

crecen longitudinalmente o en forma reticulada, hasta alcanzar el tamaño o PM deseado. Esta reacción

de condensación se caracteriza por tener lugar con la eliminación de una pequeña molécula

(generalmente agua), como consecuencia de cada una de las reacciones de crecimiento sucesivo del

polímero. La condición fundamental requerida por este mecanismo es que los monómeros sean

bifuncionales, de manera de permitir el crecimiento de cada macromolécula individual. Ej: Nylon,

resinas ureaformaldehido, siliconas, policarbonatos, etc.

ADICIÓN CONDENSACIÓN 1. Las reacciones de crecimiento se

obtienen mediante la adición de unidades individuales a la cadena

2. La concentración del monómero disminuye constantemente a través de la reacción

3. Un polímero de alto peso molecular

se forma instantáneamente; el peso molecular cambia poco a través de la reacción

4. Un tiempo largo de reacción produce grandes rendimientos de conversión, pero tiene poco efecto sobre

1. Cualquiera de las dos especies

moleculares presentes pueden reaccionar

2. El monómero más reactivo desaparece en la primera fase de la reacción: en un grado de polimerización de 10, menos del 1% del monómero permanece

presente 3. El peso molecular del polímero

aumenta constantemente durante la reacción

4. Largos tiempos de reacción son esenciales para obtener altos pesos

el peso molecular

5. Las mezclas de reacción contienen

únicamente monómeros, polímeros de alto peso molecular y alrededor de de

partes de cadenas en crecimiento

moleculares

5. En cualquier instante están presentes

todas las especies moleculares, con una distribución que se puede calcular y

que varía desde el monómero puro al polímero de mayor peso molecular

presente en ese instante

70- Propiedades de los polímeros

La estructura y funcionalidad química de los monómeros define el tipo de macromolécula que se obtendrá luego

de la polimerización. Los lineales o levemente ramificados (en cadena) son termoplásticos, pudiendo ser

repetidamente ablandados y deformados bajo tensión a altas temperaturas y ser solidificados por enfriamiento

sin cambios químicos en las moléculas. Los no lineales (por condensación) son duros e infusibles, se llaman

termoestables, sin poder ser deformados bajo tensión al estar sometidos al calor sin sufrir modificaciones

irreversibles en su estructura química. La existencia de insaturaciones químicas en los monómeros o la presencia

de grupos químicos bifuncionales que faciliten el mecanismo de polímeros en cadena.

Las propiedades químicas de los copolímeros son completamente diferentes a las de los monómeros de los que

se obtienen. En las mezclas de homopolímeros las propiedades originales de cada polímero se mantienen, y la

mezcla tiene propiedades promedio, pero suelen resaltarse las malas cualidades de alguno de los

homopolímeros que se mezclaron.

71- Cristalinidad. Explicar la diferencia para polímeros de materiales orgánicos.

Podemos definir en forma general a la cristalinidad como una medida de ordenamiento tridimensional que

adopta un material determinado.

A diferencia de de los cristales convencionales (minerales inorgánicos, metales y ciertos materiales orgánicos,

tales como el azúcar, el naftaleno, etc.) en las macromoléculas solo segmentos aislados de las largas cadenas

forman elementos de volumen de pequeño tamaño con un ordenamiento asimilable a una estructura cristalina.

estos elementos poseen muchas imperfecciones se distribuyen en la masa o matriz global del polímero que es

fundamentalmente amorga, es decir se dispone de escasas y pequeñas regiones ordenadas dentro de una

estructura caracterizada por ser globalmente desordenada. Ningún polímero es completamente cristalino.

72- Relación entre cristalinidad y propiedades

Los polímeros cristalinos en general presentan altos puntos de fusión, altas densidades, elevados módulos de

rigidez, resisten la disolución y el hinchamiento y son virtualmente impenetrables a la difusión de moléculas

pequeñas. El grado de cristalinidad se determina experimentalmente mediante técnicas de difracción de rayos

X, o por espectropía de absorción infrarroja. Con relación a la cristalinidad, los polímeros presentan algunas

temperaturas características:

Temperatura de transición cristalina (TC): temperatura por debajo de la cual los segmentos móviles de

las cadenas poliméricas están en estado virtual de reposo (pocas vibraciones). Por encima de TC,

(vibraciones violentas) el material pasa de un estado duro y frágil a un estado blando y plástico. Este

ablandamiento solo tiene lugar en las zonas amorfas de las cadenas. Si el calentamiento continua, se

alcanza la temperatura de fusión

Temperatura práctica de ablandamiento sin carga

Temperatura de deflexión bajo carga

Temperatura de ablandamiento VICAT

Temperatura de fusión: las zonas amorfas e inclusive las cristalinas pasan a estado líquido. Por encima de

esta temperatura el material se comporta como una masa fundida, con características de un fluido

viscoso

73- Temperatura práctica de ablandamiento sin carga (Polímeros). JUNTAR 2

Representa la temperatura a la cual un material polimérico dispuesto entre dos extremos y sometido a la acción

del peso propio, sufre una deflexión o pandeo que demuestra que por encima de dicha temperatura resulta inapropiado para una aplicación de tipo estructural (viga de soporte, cañería suspendida, etc). Debe

mencionarse que esta deformación será dependiente del espesor de la muestra ya que la carga (que es su peso propio) es constante.

74- Temperatura de deflexión bajo carga (Polímeros). JUNTAR 2

Representa la temperatura a la cual un material polimérico dispuesto entre dos extremos y sometido a una

determinada carga (264 psi) sufre una deflexión de 0,01 pulgada cuando ha sido sometido a un calentamiento progresivo que responde a una rampa de 2 ± 0,2 oC. Debe observarse que la deformación estará relacionada

con el espesor de la muestra cuando se mantienen contantes la carga y el momento. 75- Temperatura de fusión (Polímeros). JUNTAR 2

Si el calentamiento continúa, eventualmente se alcanza una temperatura para la cual, las zonas amorfas e

inclusive las zonas cristalinas del polímero pasan al estado líquido de agregación. Por encima de Tf, el material se comporta como un fluido viscoso en toda su masa. 76- Definir cerámico

Son materiales de la ingeniería que pueden ser clasificados químicamente como inorgánicos, excepto los

metales y las aleaciones; y que requieran de procesamiento a temperaturas elevadas para la elaboración de

productos y componentes utilizables

77- Propiedades de los cerámicos

Las propiedades dependen de la cantidad de cada fase, composición, estructura, disposición especial de fases,

forma tamaño y orientación de granos y poros.

Propiedades químicas: En los óxidos cerámicos hay una alta estabilidad química en amplias

temperaturas y condiciones. Esta estabilidad es por la estructura cristalina compacta, por las uniones

químicas (iónicas covalentes o mixtas) y a los altos potenciales de campos de elevadas cargas eléctricas,

en especial las formadas por carburos, pero se ven afectadas a altas temperaturas.

Propiedades ópticas: La micro estructura de una cerámica policristalina es el determinante de las

propiedades ópticas, los poros intersticiales tienen a reflejar la luz y dan transparencia u opacidad.

Muchos materiales cerámicos transparentes en forma de vítrea, el grado de polarización es función del

tamaño iónico.

Propiedades elásticas: Se deben a la interacción de las deformaciones con la periodicidad de la

estructura atómica, el modulo elástico depende del tipo de unión química y la configuración electrónica,

y con respeto a la temperatura el modulo elástico depende del grado homogeneidad del material y de

sus defectos estructurales.

Propiedades mecánicas: Los cerámicos son materiales frágiles, resisten la presión pero no tan bien el

esfuerzo de corte, flexión y tracción.

Propiedades eléctricas y magnéticas: Los óxidos cerámicos son aisladores por eso se usan en equipos

eléctricos, los no óxidos son semiconductores (usados en resistores).

Propiedades térmicas: Al moverse con la temperatura las partículas producen cambios de energía, que

hacen variar las fuerzas atómicas, las fuerzas de repulsión aumentan más que las de atracción con la

temperatura así varían las disposiciones interatómicas y se aumenta el tamaño de la retícula se produce

una expansión.

Resistencia al choque térmico: Las propiedades que mejoran la resistencia a la rotura del cerámico por

choque térmico son un bajo coeficiente de expansión térmica, alta conductividad térmica y resistencia

mecánica.

78- Clasificación de los cerámicos

Materiales cerámicos tradicionales: están constituidos por tres componentes básicos: arcilla, sílice y

feldespato. Ej.: ladrillos, tejas, porcelanas.

Materiales cerámicos de uso específico en ingeniería: están constituidos por compuestos puros o casi

puros tales como el oxido de aluminio, carburo de silicio y nitruro de silicio. Ej.: carburo de silicio para

motor.

79- Preparación de materiales. Técnica de conformado

80- Moldeo en barbotina (colado)

(Cerámicos)

En este caso, una suspensión de arcillas y otras partículas sólidas en agua, denominada usualmente “barbotina”,

es colada en moldes porosos de yeso, de manera que la superficie exterior de la suspensión adopta la forma

interna del molde. Como el yeso poroso absorbe agua de la suspensión, se tiene la deposición de una capa de

material solido sobre las paredes del molde. El proceso puede prolongarse hasta absorber la totalidad del agua

de la suspensión, con lo que se elabora una pieza maciza, o bien el molde puede vaciarse de la suspensión

remanente cuando se ha alcanzado el espesor de pared deseado en una pieza cerámica hueca.

Para este proceso, la materia prima previamente tamizada hasta los tamaños de partículas requeridos, se

somete a una molienda húmeda en molinos de bolas. El agregado de un anti floculante, estabiliza la suspensión

en el agua¸ evitando que por decantación, las paredes correspondientes a la parte inferior del molde adquieran

un espesor mayor que el que resto de la pieza.

81- Etapas de la solidificación de metales y aleaciones

- Nucleación formación de núcleos estables

- Crecimiento de los núcleos hasta formar cristales

- Formación de una estructura granular unión de los cristales para formar granos y límites de grano

asociados

82- Solidificación de monocristales

Hay algunos materiales cristalinos que constan de un solo cristal y se llaman monocristales. Se usan por ejemplo,

para componentes electrónicos como transistores o diodos, en los que los bordes de granos afectarían las

propiedades eléctricas deseadas.

Para el crecimiento de los monocristales, la solidificación debe tener lugar alrededor de un único núcleo. Para

lograrlo, la temperatura de la interface solido-liquido debe ser ligeramente inferior a la temperatura de fusión

del sólido, y la temperatura del líquido tiene que superar la Interfase. Para conseguir este gradiente de

temperaturas, el calor latente de solidificación debe conducirse a través del cristal que se está solidificando. La

velocidad de crecimiento del cristal deberá ser lenta.

Ejemplo: monocristales industriales de silicio de 15-20cm de diámetro por método Czochralski:

1. Fundir silicio policristalino de alta pureza.

2. Mantener temperatura apenas mayor al punto de fusión.

3. Mantener agitación constante.

4. Introducir monocristal de silicio de alta pureza.

5. Mantener giro del monocristal a medida que se extrae lentamente el material en fusión para producir un

monocristal de mucho mayor diámetro.

6. Cortar el cristal en obleas.

7. Secuencia de pulido químico y mecánico hasta acabado deseado.

83- Fabricación de plásticos. Esquematizacion: PVC, PVA, copolímeros vinílicos

Fabricación de Policloruro de Vinilo (PVC):

1) A) SAL COMÚN (CINa) (electrólisis) Cloro

+

B) GAS NATURAL (calor-destilación) Etileno

2) CLORURO DE VINILO (monómero) (autoclave + molienda) RESINA DE PVC (HOMOPOLÍMERO)

Fabricación de Poliacetato de Vinilo (PVA):

1) A) COQUE + CALIZA Carburo de Calcio (agua) ACETILENO (oxidación) ÁCIDO ACÉTICO

+

CLORURO DE VINILO (monómero)

B) CLORURO DE VINILO ACETATO DE VINILO (monómero)

2) ACETATO DE VINILO (autoclave + molienda) RESINA DE POLIACETATO DE VINILO (HOMOPOLÍMERO)

Fabricación de Copolímeros Vinílicos

1) A) ACETATO DE VINILO (monómero a)

+

B) CLORURO DE VINILO (monómero b)

2) A) BUTIRALDEHIDO (monómero a)

+

B) CLORURO DE VINILO (monómero b)

84- ¿Qué representa el índice de fluidez? ¿Cómo se mide?

Indica la relativa fluidez de una resina plástica cuando se encuentra bajo el estado de agregación de un fluido de

carácter viscoso. Puede ser obtenido mediante un ensayo.

El ensayo requiere una extrusora. El polímero es calentado, siendo luego extrudado a través de una boquilla de

un diámetro determinado y con una longitud de cilindro especificado. Como resultado, se mide la velocidad de

flujo.

85- Conformación manual por contacto (Hand lay-up) de plástico reforzado con fibras (PRF). Ventajas y

desventajas respecto de otras técnicas aplicables a los mismos materiales

Es un método de tipo artesanal. Es lento y requiere una cierta habilidad manual. Permite realizar cualquier tipo

de piezas, y se obtiene un acabado superficial muy bueno en la parte que está en contacto con el molde.

Se requiere de un solo molde, y solo la superficie del laminado en contacto con el molde resultará

perfectamente acabada.

Una vez preparados los moldes, se procede a la aplicación del agente separador, en una capa delgada y lo más

uniforme posible. Luego se aplica una primera mano de resina y luego se coloca encima el refuerzo. Cuando la

primera capa ha sido impregnada, se repite la operación hasta completar el espesor deseado.

Ventajas:

Cualquier tipo de piezas

Acabado superficial muy bueno en la parte que está en contacto con el molde

Se puede aplicar en forma de recubrimiento

El material obtiene mayor resistencia mecánica

RESINA DE POLICLOROACETATO DE VINILO

(COPOLÍMERO)

RESINA DE POLIVINILO (COPOLÍMERO)

Desventajas:

Proceso lento

Requiere cierta habilidad del operario

Elevado costo de producción

86- Describa brevemente el principio de protección catódica que se consigue mediante recubrimientos

metálicos y mencione un ejemplo

Técnica para controlar la corrosión galvánica de una superficie de metal, convirtiéndola en el cátodo de una pila.

El zinc se considera anódico con respecto al hierro. Esto significa que puesto en contacto con el hierro,

constituirá el ánodo de la pila de corrosión y sea en este ánodo donde se experimente la oxidación, mientras

que el hierro que constituirá la parte catódica de dicha pila, permanezca inalterada.

87- Teoría de difusión para explicar el fenómeno de adhesión. JUNTAR

Se aplica principalmente a los polímeros. Supone la solubilidad mutua entre sustrato y adhesivo, formando una

verdadera interface (“uno disuelve al otro”). La adhesión entre dos materiales poliméricos, uno sustrato y el

otro adhesivo, está maximizada cuando los parámetros de solubilidad de los dos son iguales. Esta teoría no es

consistente cuando se trata de aplicar en materiales sustancialmente diferentes, como polímeros adhesivos

aplicados a sustratos metálicos.

88- Teoría electrostática para explicar el fenómeno de adhesión. JUNTAR

Se basa en la diferencia de electronegatividad entre los materiales adherentes. Si dos materiales tienen una

diferencia perceptible de electronegatividad en el contacto, puede ocurrir una transferencia de electrones del

material de más baja electronegatividad hacia el de más alta electronegatividad. Esta transferencia forma una

capa doble de cargas eléctricas de distinto signo a través de la interfase y da como resultado una atracción neta.

Esta teoría está considerada como incompleta, desde el punto de vista de justificar la magnitud de las fuerzas de

adhesión observables en la práctica.

89- Teoría de la absorción para explicar el fenómeno de adhesión. JUNTAR

Establece que para que un adhesivo desempeñe correctamente su función, debe mojar la superficie que va a

unir (sustrato). La misma ha conducido al desarrollo de materiales con baja tensión superficial.

90- Vidrios. Propiedades y características principales

Es un líquido subenfriado, estado de agregación que explica su carácter amorfo (no cristalino) y no poroso (a

diferencia de los demás tipos de cerámicos), con una viscosidad extremadamente alta, factor que le confiere la

apariencia de un sólido duro y frágil a temperatura ambiente.

Propiedades:

Aislantes

Capacidad para asegurar cierres herméticos

Excelente resistencia a la corrosión química y electroquímica

Resistencia mecánica a los esfuerzos de tracción

Incombustibilidad

Transparencia

91- ¿Qué es la Energía de ionización y como varía?

Es la cantidad mínima de energía requerida para eliminar el electrón más débilmente ligado a un átomo aislado

en estado gaseoso, para dar lugar a un ion de carga +1.

Los elementos de un mismo período requieren más energía conforme se incrementa su número atómico; para

elementos de un mismo grupo se verifica que la energía requerida es similar ero cada vez menor. Al comparar

un período con el siguiente, el comportamiento energético es similar.

92- Materias primas que ingresan al alto horno para la producción de arrabio. Describir brevemente la función

de cada una

Mena de hierro Compuesto que se debe reducir para obtener el metal libre

Aire precalentado Necesario para la combustión del coque

Coque Sirve de combustible que produce calor

Su reacción con el vapor de agua es endotérmica, ayuda a regular la temperatura del horno

Es fuente de gases reductores y CO

Piedra caliza sirve como fuente del óxido básico en la formación de escoria

93- Describa las técnicas de reducción a metales libres de los no ferrosos en relación con su enlace químico y

su posición en la serie galvánica (nobles, activos)

Cuanto más fuerte sea el enlace entre el anión y el catión metálico, más energía se requiere y más costoso es el

proceso.

- Mercurio puede obtenerse directamente en estado libre por tostación de su sulfuro

- Metales en forma de óxidos se reducen al estado libre por combinación con carbono, procurando evitar

la formación de carburos estables

- Metales muy activos se obtienen por reducción eletroquímica de sus sales anhidras en estado fundido

94- Tratamientos térmicos de aceros al carbono. Recocido, Normalizado, temple y revenido.

Recocido: EL objeto de este tratamiento ablandar el acero, homogeneizar su estructura y composición química y

aumentar su ductilidad. Se presentan cuatro formas:

Recocido de regeneración

Recocido de ablandamiento

Recocido contra acritud

Recocido globular

Normalizado: Este tratamiento consiste en calentar el acero a unos 50°C por encima de la temperatura crítica AC

y enfriarlo luego al aire. Su empleo es importante cuando la estructura cristalina del acero es gruesa por haber

sufrido calentamiento a temperaturas muy elevadas, o cuando el trabajo de forja ha sido insuficiente para

destruir la estructura en bruto de colado, o cuando la estructura cristalina no es la correcta. Incrementa la

resistencia del acero, en comparación con el acero recocido.

Revenido: se entiende por el proceso de calentamiento de un acero martensitico a temperaturas inferiores a las

de la temperatura de transformación de los eutectoides para así hacerlos más blandos y dúctiles.

Temple:

95- Describa características y funciones de tres elementos o aditivos que integran la composición de

productos elaborados con elastómeros. Además del polímero

Composición: iguales que los materiales plásticos, los compuestos utilizados para la fabricación de componentes

elastómeros incluyen en forma primordial al polímero propiamente dicho (caucho natural o sintético no

saturado). A este polímero base se le suma una serie de aditivos con el objeto de mejorar y/o modificar las

propiedades y características del producto final.

Agente de refuerzo: para desarrollar resistencias adecuadas a esfuerzos de tracción, abrasión y

desgarramiento todos los productos elastómeros contienen 50 partes por cada 100 partes en peso (50

pcp) de un agente reforzador. Hay unos pocos elastómeros capaces de desarrollar una resistencia

mecánica razonable sin el agregado de agentes de refuerzos, debido a una propiedad especial de

cristalizar con una dada orientación molecular a elevadas elongaciones.

Rellenos: La función del relleno es la de disminuir el costo del compuesto. Sin mayor incidencia sobre las

propiedades del mismo. Un exceso de relleno sin embargo conspira contra las propiedades elásticas

deseadas al elevar el módulo de elasticidad y consecuentemente la rigidez del compuesto.

Aceites extendedores: su función es doble: por un lado plastifican el polímero ablandándolo y facilitando

así su procesamiento (importante en polímeros de alto peso molecular); y por el otro reducen los costos.

Vulcanización: Su función es la de reticular el polímero. Los más usuales se basan en el azufre que es

capaz de vulcanizar cauchos no saturados mediante la acción no simultánea del calor.

Antioxidantes o estabilizadores: son particularmente importantes en el caso del caucho natural y los

elastómeros sintéticos que contienen cantidades significativas de butadieno, dado que estos polímeros

muy insaturados son extremadamente susceptibles al ataque por oxígeno y ozono, el cual genera

fragilizacion, agrietamiento y degradación general.

Pigmentos: Cuando no se requiere elevada resistencia mecánica los elastómeros pueden ser coloreados

mediante pigmentos similares a los utilizados para materiales plásticos.

Plastificantes: se agregan con el objeto de permitir el ablandamiento de la masa del compuesto en la

etapa de molienda.

ESCTRUCTURA ATÓMICA Y ENLACE QUÍMICO

1. ¿Qué es un enlace metálico?

2. Tabla periódica – Isótopos – Grupos y períodos de la tabla – Número atómico – Enlace metálico

– Iónico – Covalente.

ESTRUCTURAS

1. Defina estructura cristalina.

2. Defina las principales estructuras cristalinas metálicas.

3. Polimorfismo – Alotropía.

4. Pasos para la solidificación de materiales y los dos mecanismos.

5. Estructuras granulas y sus condiciones de formación.

6. Defina soluciones sólidas y los dos tipos existentes. Requerimientos y ejemplos.

7. Imperfecciones cristalinas. Defectos puntuales de línea, límites de grano, tamaño de grano,

defecto de estructura cristalina.

8. Defina energía de activación.

9. Difusión atómica en sólidos, mecanismos de difusión.

10. Difusión en estado estacionario y no estacionario.

11. Efecto de la temperatura en la difusión de los sólidos.

12. Solidificación de monocristales.

13. ¿Qué es la energía de ionización y como varia?

FASES

1. ¿En ciencia de los materiales ¿Qué es una fase? ¿Qué son los diagramas de fase? ¿Qué

información puede obtenerse?

2. ¿Qué condiciones experimental se debe mantener para construir un diagrama de fase en

condiciones de equilibrio?

3. ¿Qué es la temperatura eutéctica? ¿Cuál es la diferencia respectó de la temperatura eutectoide?

4. Regla de Gibbs.

5. Regla de la Palanca.

6. ¿Cómo se divide el diagrama de fase de hierro-carbono en función de carbono?¿Cómo se divide

en el mismo la región de los aceros?.

7. Método para el tratamiento de los minerales luego de la extracción de la mina y antes de su

ingreso a la fase de metales libres.

METALES

1. Metalurgía definición y pasos.

2. Obtención de arrabio.

3. Obtención del hierro esponja.

4. Aceros, cementación, laminación, método de crisol.

5. ¿Qué es un convertidor? Convertidor BESSEMER, diferencia con BOF.

6. Funcionamiento de miniacerias.

7. Microestructura de acero: ferrita, cementita, perlita y austentita.

8. Nucleación homogénea y heterogénea.

9. Grano columnares y equiaxiales.

10. Describa brevemente el principio de protección catódica que se consigue mediante

recubrimientos metálicos y mención un ejemplo.

11. Materias primas que ingresan al alto horno para la producción de arrabio. Describir brevemente

la función de cada una.

12. Describa las técnicas de reducción a metales libres de los no ferrosos en relación con su enlace

químico y su posición galvánica (nobles, activos).

13. Tratamiento términos de aceros al carbono. Recocido, normalizado, temple y revenido.

FUNDICIONES

1. Fundiciones: definición y principales características y propiedades.

2. Fundiciones: grises, maleables, nodulares, blancas, atruchadas y aleadas.

ALEACIONES

1. Sistema de aleaciones isomorfas binarias.

2. Sistema de aleaciones eutécticas binarias – Temperatura eutéctica.

3. Sistema de aleaciones peritécticas binarias

4. Etapa de solidificación metales y aleaciones.

POLIMEROS

1. Mencione las propiedades típicas de los polímeros cristalinos

2. Temperatura de ablandamiento VICAT definición y ensayo.

3. Defina polímeros y mencione a los menos dos factores que expliquen el uso masivo actual de

estos materiales.

4. Defina el concepto de cristalinidad aplicado a los polímeros, e indique las diferencias respecto de

la cristalinidad de los materiales inorgánicos.

5. ¿Qué es la temperatura e transición cristalinidad o vítrea de un polímero?

6. Defina: homopolímero y copolímero y mencione los tipos de copolímeros de mayor importancia

comercial.

7. Vulcanizado: ¿Qué función cumple? ¿A qué materiales se aplica?¿Cuál es el material

tradicionalmente empleado para llevar a cabo este procesos?

8. Describa la relación entre peso molecular y propiedades de los polímeros, definiendo lo términos

relacionados con esta cuestión (GP, heterogeneidad estructural). Grafique dicha relación

identificando y describiendo zonas o puntos importantes desde el punto de vista del

procesamiento y uso del material.

9. Clases de copolímeros

10. ¿Qué diferencia hay entre cristalinidad de polímeros y de materiales metálicos?

11. Defina polimerización.

12. Mecanismos de polimerización: ADICION y CONDENSACION.

13. Propiedades de los polímeros.

14. Cristalinidad: explicar la diferencia entre polímeros de materiales orgánicos.

15. Relación entre cristalinidad y propiedades.

16. Temperatura práctica de ablandamiento sin carga.

17. Temperatura de deflexión bajo carga.

18. Temperatura de fusión.

19. ¿Qué representa el índice de fluidez? ¿Cómo se mide?

PLÁSTICOS

1. Moldeo de plásticos: definición técnicas usuales según tipo de polímeros (breve descripción).

2. Defina que se entiende por plásticos termoestables o termorrígidos y explique sintéticamente la

razón del comportamiento de esta clase de polímeros.

3. Describa en forma cualitativa o bien a través de valores típicos las propiedades que caracterizan a

los materiales plásticos.

4. Plásticos: clasificación, estructura y propiedades relacionadas con la estructura.

5. Explicar el método de moldeo por inyección.

6. Fabricación de plásticos. Esquematización: PVC, PVA y copolímeros vinílicos.

PLÁSTICOS REFORZADOS CON FIBRAS

1. ¿Qué es un PRF y que propiedades aportan a este compuesto cada uno de sus dos componentes

básicos?

2. Describa al menos dos formas en que se presentan comercialmente las fibras de vidrios.

3. ¿Qué es un plástico reforzado con un agente de refuerzo? ¿Qué propiedades le otorga?

4. Conformación manual por contacto (Hand lay-up) de plásticos reforzados con fibras (PRF).

Ventajas y desventajas respecto de otras técnicas aplicables a los mismos materiales.

ADHESIVOS

1. Adhesivos: ventajas y desventajas.

2. ¿De qué habla la teoría de sujeción mecánica de los adhesivos?

3. Describa la teoría de entrelazamiento mecánico para explicar el fenómeno de adhesión

4. Adhesivos orgánicos.

5. Teoría de difusión para explicar el fenómeno de adhesión.

6. Teoría electronegatividad para explicar el fenómeno de adhesión.

7. Teoría de la absorción para explicar el fenómeno de la adhesión.

ELASTÓMEROS

1. Elastómeros: definición, relación entre peso molecular, estructura espacial y propiedades,

formulación (explique la función que cumplen los aditivos).

2. Explique el rol que juega el peso molecular en el comportamiento de un elastómero.

3. ¿Cuáles son los componentes básicos de la estructura molecular de las siliconas y en que se

diferencias respecto de otros elastómeros?

4. Describa características y funciones de tres elementos o aditivos que integran la composición de

productos elaborados con elastómeros. Además del polímero.

CERÁMICOS

1. Definir cerámicos.

2. Propiedades de los cerámicos

3. Clasificación de los cerámicos.

4. Moldeo en barbotina.

5. Mencione las propiedades más importantes de los cerámicos refractarios y comente brevemente

el esquema de clasificación más usual para estos materiales.

6. Describa objetivo y parámetros de los tratamientos térmicos de los materiales cerámicos.

7. Describa la técnica de fabricación de productos cerámicos denominada “Prensada en seco”.

8. Definir cerámicos refractarios, propiedades y clasificación.

9. Extrusión de cerámicos.

10. Vidrios: Propiedades y características principales.