Examen de Ciencia de Materiales UB 2018 · Juny

1. Preguntes 1-10. Qüestions tipus test de ciència de materials I

Trieu l'opció correcta per a cadascuna de les següents deu qüestions:

1.

La manca d'ordre periòdic en la posició dels àtoms que formen la frontera o límit de gra en estructures metàl·liques es classifica com un defecte cristal·lí:

2.

La formació d'una solució sòlida de tipus substitucional entre parelles d'elements requereix:

1. Preguntes 1-10. Qüestions tipus test de ciència de materials I

Trieu l'opció correcta per a cadascuna de les següents deu qüestions:

3.

Quina de les següents famílies de materials presenta, en termes generals, energies d'enllaç més elevades?

.

5.

Una elevada energia d'enllaç atòmic té com a conseqüència directa:

.

1. Preguntes 1-10. Qüestions tipus test de ciència de materials I

Trieu l'opció correcta per a cadascuna de les següents deu qüestions:

4.

La cel·la cristal·lina representada a la figura correspon a:

.

1. Preguntes 1-10. Qüestions tipus test de ciència de materials I

Trieu l'opció correcta per a cadascuna de les següents deu qüestions:

6. El procediment de protecció catòdica per corrent imprès es basa en:

7. En cinètica de corrosió electroquímica, la polarització per activació apareix quan:

1. Preguntes 1-10. Qüestions tipus test de ciència de materials I

Trieu l'opció correcta per a cadascuna de les següents deu qüestions:

8. El mòdul de resiliència obtingut d'un assaig de tracció representa:

1. Preguntes 1-10. Qüestions tipus test de ciència de materials I

Trieu l'opció correcta per a cadascuna de les següents deu qüestions:

9. D'acord amb el balanç energètic de Griffith, una fissura en un sòlid traccionat progressarà si l'energia elàstica d'alliberament:

10. Si una xapa d'acer conté una esquerda perpendicular a la càrrega de tracció aplicada, aquesta es propagarà de forma catastròfica si:

Preguntes 11-20. Qüestions tipus test de ciència de materials II

Indiqueu l'opció correcta a cadascuna de les següents preguntes:

1.

La banda d'energia electrònica ocupada per electrons que posseeixen una energia igual o per sota del nivell de Fermi rep el nom de banda de:

.

2.

Aquells materials semiconductors que compten amb nivells acceptors dins la banda prohibida molt pròxims a la banda de valència són de tipus:

.

3.

Quin grup de materials ofereix la major capacitat de transport de calor per conducció tèrmica?

.

Preguntes 11-20. Qüestions tipus test de ciència de materials II

Indiqueu l'opció correcta a cadascuna de les següents preguntes:

4.

Els materials amb un coeficient de permeabilitat magnètica relativa inferior a la unitat ($\nu_r < 1$) es classifiquen com a:

.

5.

Mitjançant la representació d'un cicle d'histèresi magnètica $B - H$ no es pot determinar directament:

.

Preguntes 11-20. Qüestions tipus test de ciència de materials II

Indiqueu l'opció correcta a cadascuna de les següents preguntes:

6.

La distinció fonamental entre les transformacions eutèctica i eutectoide rau en el fet que:

.

Preguntes 11-20. Qüestions tipus test de ciència de materials II

Indiqueu l'opció correcta a cadascuna de les següents preguntes:

7.

Dels processos de transformació de fases indicats, quin no requereix difusió atòmica?

.

8.

Els acers són aliatges de ferro i carboni caracteritzats per:

.

9.

A partir del diagrama TTT següent, quin serà el constituent microestructural final resultant d'aplicar el refredament indicat per la corba D?

.

10.

Segons el diagrama Fe-C, en sotmetre un aliatge amb un 0,35% en pes de C a un refredament en condicions de quasi equilibri des de la regió austenítica, la microestructura final estarà constituïda per:

.

3 Preguntes 21-26. Qüestions tipus test sobre polímers

Escolliu l'opció correcta per a cadascuna de les preguntes relatives a materials polimèrics:

Problema 1. Diagrama de fases Cu-Ag i procés de decantació

En orfebreria i joieria, per obtenir plata de 600 mil·lèsimes (és a dir, un aliatge amb un 60,0% en pes de plata) es parteix d'un lingot inicial de 10 kg d'un aliatge Cu-Ag amb una concentració del 20% en pes de plata.

El mètode de processament consisteix a escalfar els 10 kg de material fins a 1.050 °C per fondre'l totalment. A continuació, l'aliatge es deixa refredar lentament fins a assolir una certa temperatura diana; en aquest instant, es decanta el líquid restant per tal d'aïllar un aliatge que contingui exactament el 60,0% en pes d'Ag.

Trobeu:

a.

La temperatura a la qual s'ha de refredar l'aliatge abans d'efectuar la decantació del líquid:

b.

La massa total d'aliatge de 60% en pes de plata que es podrà recuperar:

c.

Quines fases seran presents a l'aliatge obtingut (60% Ag) un cop refredat fins a 600 °C, indicant tant la seva composició química com les seves respectives fraccions relatives:

Problema 2. Disseny i selecció de materials sota criteris de fluència, fractura i creep

En una instal·lació de reciclatge i recuperació de ferralla es requereix una barra cilíndrica per suspendre i transportar una cubeta fins al forn de fusió. La barra treballa sota sol·licitació de tracció pura amb una càrrega màxima de la cubeta de 1,2 tones (1,2 Tn). La longitud de la barra és d'1 m.

Es disposa de dues barres rodones comercials:

Una barra d' aliatge Ni-Fe de 9 mm de diàmetre.

Una barra d' acer Maraging de 10 mm de diàmetre.

Mitjançant un assaig no destructiu per ultrasons es garanteix que no hi ha esquerdes internes de longitud superior a 1 mm (és a dir, mida de defecte intern crític $2a = 1\text{ mm} \rightarrow a = 0{,}5\text{ mm}$). Se sap que el factor de forma geomètric val $Y = 1{,}2$.

La instal·lació ha d'operar de forma ininterrompuda durant un període de servei de 15 anys a 400 °C sense revisions intermèdies. El disseny requereix aplicar un factor de seguretat de 2.

Taula de propietats a 400 °C:

MATERIAL

$\sigma_{0{,}2\%}$ (MPa)

$\sigma_M$ (MPa)

$K_{Ic}$ (MPa$\sqrt{\text{m}}$)

$E$ (GPa)

$\rho$ (kg/m³)

$A$ (%)

Acer maraging

500

850

66

200

7790

65%

Aliatge Ni-Fe

450

720

58

204

7990

45%

Per a l'estudi de fluència tèrmica (creep) es disposa de les corbes de Larson-Miller:

a.

Determineu si cadascun dels dos materials és apte per al servei considerant els criteris de fluència mecànica, fractura fràgil i fluència tèrmica (creep).

b.

En cas que tots dos siguin aptes, escolliu el material que proporcioni el menor pes de la barra.

Problema 3. Càlcul de fracció volumètrica per a compatibilitat magnètica Al-Cu

En el disseny d'un muntatge experimental de laboratori d'alta precisió cal introduir cables de connexió a l'interior d'un camp magnètic homogeni sense generar cap mena de pertorbació sobre aquest.

Per aconseguir aquest objectiu, es proposa fabricar el cablejat combinant filaments de coure i filaments d'alumini de 10 $\mu$m de diàmetre. La inducció magnètica d'una mescla segueix la llei lineal $B = \sum B_i v_i$, on $v_i$ representa la fracció en volum del component $i$.

Propietats dels materials:

Material · $\rho$ (kg/m³) · $C_p$ (kJ/mol·K) · $R_{\text{atòmic}}$ (pm) · $\chi$ ($\times 10^{-6}$) · $\sigma$ (MS/m) · $K$ (W/m·K) · $E$ (GPa) · $Rp_{0,2}$ (MPa) · $\tau_{\text{Max}}$ (MPa)

Alumini · 2700 · 24,2 · 143 · 20,7 · 38 · 237 · 72 · 17 · 55

Coure · 8960 · 24,44 · 128 · -9,6 · 60 · 401 · 110 · 69 · 220

Quina proporció (fracció volumètrica) de filaments de coure caldrà emprar perquè el cable no pertorbi el camp magnètic present?