Problemas de cristalizacion

Fundamentos de Ciencia de Materiales

Problemas Tema 2

SOLIDIFICACION Y CRISTALIZACION 1.- De qué f act or es depende el r adio del menor núcleo est able dur ant e la solidificación? Cual es el factor de terminante? Calcula el radio crítico del Aluminio sabiendo que su t emper at ur a de solidif icación es 933.1 K y que aplicamos un subenfriamiento de 10ºC. Datos: H s = 10450 J mol-1; = 6110-3 J m-2 ; = 2.669 g cm-3 . 2.- Calcular los r adios cr ít icos par a los met ales Al y Pb, consider ando un subenfriamiento de 1, 10 y 100 K, con los siguientes datos: T f (K) H s (J mol-1) (J m-2 ) (g cm-3 ) Al Pb 933.1 600.3 10450 4974 61 10-3 33 10-3 2.669 11.390

3.- En una cr ist alización, el cr ecimient o del gr ano se r ige por la siguient e ley t ipo Newt on, 1/ t = A e-Q/RT, siendo Qla ener gía de act ivación del pr oceso y 1/ t es la velocidad de r eacción. Si la solidif icación se complet a a 400ºC en una hor a, con una energía de activación de 10.45 104 J mol-1, ¿cuanto tardaría a 0ºC? 4.- Const r uir la cur va de enf r iamient o del Pb líquido hast a su solidif icación completa con la siguiente serie de datos: T (ºC) t (seg) T (ºC) t (seg) 600 0 327 240 470 30 327 270420 60 327 300 365 90 293 330 330 120 250 360 327 150 215 390 327 180 180 420 327 210 120 500 Det er minar la t emper at ur a de solidif icación así como el int er valo de cambio de fase. 5.- Calcular la ener gía que se liber a en la solidif icación y el enf r iamient o de 500 g de Zinc f undido desde 500ºC hast a 30ºC. Dat os: T f = 419.4ºC; H s = 7190 J mol -1; cZn(sol) = 24.13 J mol-1; cZn(liq) =29.89 J mol-1; MZn = 65.37; 6.- Consider ando la apr oximación de que la nucleación homogénea se pr oduce cuando el gr ado de subenf r iamient o es del or den del 20% de la t emper at ur a de solidif icación expr esada en gr ados Kelvin, y sabiendo que la t emper at ur a de f usión del cobr e pur o es de 1085º C , det er minar el subenf r iamient o r equer ido par a que se produzca la nucleaciónhomogénea.

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Problemas Tema 2

7.- Calcular el t amaño del r adio cr ít ico y el númer o de át omos en el núcleo cr ít ico cuando el Cobr e pur o sólido se f or ma por nucleación het er ogénea con un subenfriamiento real de 50º C. Datos: H s = 1628 J cm-3 ; = 177 10-3 J m-2 ; = 8.93 g cm-3 ; a(FCC) = 3.6151Å 8.- Sabiendo que en met ales pur os, el crecimient o dendr ít ico r epr esent a sólo una pequeña fracción del crecimiento total : f = (cL T) / ( H s ) donde el numer ador r epr esent a la ener gía en f or ma de calor que el líquido subenf r iado puede absor ber (cL = 4.4 J / ºC cm3 ) y el denominador cor r esponde al calor que debe ser eliminado dur ant e la solidif icación, calcular la f r acción de cr ecimient o dendr ít ico que t ienelugar en el Cobr e pur o cuando (a) ocur r e la nucleación homogénea, y (b) cuando se produce un subenfriamiento de 10º C. 9.- Calcular el númer o de át omos en el núcleo cr ít ico cuando la Plat a nuclea homogéneamente, sabiendo que el parámetro de la Ag FCC es de 4.0862 Å. 10.- Suponer que un núcleo de plomo se f or ma con un subenf r iamient o de sólo 25º C. ¿Cuantos átomos deben agruparseespontáneamente para que esto ocurra? 11.- Est imar el por cent aj e de solidif icación que ocur r e de f or ma dendr ít ica cuando el niquel nuclea (a) con 10º C de subenf r iamient o; (b) con 100º C de subenfriamiento ; y (c) homogéneamente. El calor específico del niquel es 4.1 J / ºC cm3 . 12.- Si el 38% de la solidif icación del hier r o ocur r e en f or ma dendr ít ica, est imar el subenf r iamiento que ha sido necesar io aplicar par a que comience la nucleación. El calor específico del hierro líquido es 5.78 J / ºC cm3 . 13.- Los siguientes datos han sido obtenidos para distintas fundiciones de Aluminio. Det er minar la const ant e del molde y el exponent e n aplicando la r egla de Chvorinov : ts = B (V / A )n TAMAÑO (inch) 0.25 x 6 x 6 0.5 x 6 x 6 1x6x6 3x6x6 SOLUCIONES: 1. r * = 10.89...