Examen de Ciencia de Materiales UB 2021 · Parcial de Ciència dels Materials (Novembre 2021)

Pregunta 1. Enllaç iònic i electronegativitat

En la formació d'enllaços iònics, els àtoms o elements que presenten valors elevats d'electronegativitat tendeixen a:

Pregunta 2. Propietats dels materials ceràmics

Quina de les següents afirmacions defineix millor el comportament típic dels materials ceràmics?

Pregunta 3. Direcció de màxima compacitat en FCC

En les estructures cristal·lines d'empaquetament cúbic centrat a les cares (FCC), la línia sobre la qual els àtoms es troben en contacte directe (direcció compacta) coincideix amb:

Si es compara amb la mobilitat a l'interior d'un gra cristal·lí, la difusió o mobilitat atòmica a la zona dels límits de gra és:

D'entre els següents defectes estructurals en un sòlid cristal·lí, quin es classifica com a defecte de dimensió zero (puntual)?

Indiqueu quina de les asseveracions següents respecte a l'estructura FCC és falsa:

Segons la primera llei de Fick, el flux màssic per difusió en estat estacionari a través d'una làmina plana augmentarà si:

Pregunta 8. Velocitat de difusió per vacants vs intersticial

En comparar els dos mecanismes principals de difusió atòmica en estat sòlid, la difusió per vacants és:

Pregunta 9. Rigidesa dels polímers termoestables

La raó per la qual els materials polimèrics termoestables presenten generalment un mòdul elàstic i una rigidesa superiors als termoplàstics és deguda a:

Pregunta 10. Comportament d'un sòlid cristal·lí en la fusió

Quan s'escalfa un sòlid amb ordenament cristal·lí d'alt abast, aquest experimenta:

Pregunta 11. Definició de línia solvus

En un diagrama d'equilibri de fases binari, la corba de límit de solubilitat que delimita el domini d'una solució sòlida monofàsica $\alpha$ respecte a la regió bifàsica $\alpha + \beta$ s'anomena:

Pregunta 12. Fase austenita en el diagrama Fe-C

En el sistema binari $\text{Fe-Fe}_3\text{C}$, la fase coneguda amb el nom d'austenita ($\gamma$) és:

Pregunta 13. Composició del sòlid abans de fondre (Fe-C)

Preneu com a referència el diagrama d'equilibri metaestable Fe-C adjunt:

Si s'escalfa a ritme quasi-estàtic des de la temperatura ambient (20 °C) una fosa amb un contingut global del 3% en pes de carboni, quina és aproximadament la composició química de la darrera porció de fase sòlida que sobreviu just abans de la fusió completa?

Pregunta 14. Fase majoritària d'acer hipoeutectoide a T ambient

Si sotmetem un acer amb un 0,2% en pes de C a un refredament molt lent des de la zona austenítica fins a temperatura ambient, quina fase constituirà la major part del material?

.

Pregunta 15. Efecte de l'envelliment en aliatges d'alumini

El tractament tèrmic d'enduriment per envelliment (o maduració) aplicat als aliatges d'alumini provoca que la seva resistència mecànica:

Pregunta 16. Característiques de la transformació martensítica

La transformació de fase que dona lloc a la martensita es defineix físicament com un procés:

Pregunta 17. Corrosió intergranular en soldadures

La corrosió intergranular és un mecanisme de degradació que té lloc de manera característica en les zones afectades tèrmicament per soldadura en:

Pregunta 18. Mecanisme de la corrosió galvànica

El procés de corrosió galvànica té lloc específicament quan:

Pregunta 19. Definició de corrosió per erosió

Com es defineix el fenomen de corrosió per erosió?

Pregunta 20. Principi de la protecció catòdica

El fonament del mètode de protecció catòdica consisteix a:

Problema 1 (5 punts sobre 10). Diagrama de fases Al-Mg

Una foneria metàl·lica treballa fonamentalment amb dos aliatges basats en magnesi i alumini: l'aliatge Mg-7%Al (matriu de Mg amb un 7% en pes d'alumini) i l'aliatge Mg-15%Al (matriu de Mg amb un 15% en pes d'alumini). Utilitzeu el diagrama d'equilibri de fases binari adjunt per respondre als apartats:

Observació: comproveu la denominació de l'eix d'abscisses, expressat en percentatge en pes de magnesi (% wt Mg).

Per a l'aliatge Mg-7%Al:

a)

Determineu quines fases es troben en equilibri a la temperatura de 100 °C després d'un refredament lent des de l'estat líquid, especificant la seva composició química i el seu percentatge ponderal.

% Mg

% Mg

%

%

b)

Suposant que aquest mateix aliatge s'escalfa lentament a partir de 100 °C, a quina temperatura exacta s'iniciarà la transició cap a líquid? Quina composició química tindran les primeres traces de fase líquida formades?

°C

% Mg

c)

És viable formular un aliatge que presenti les mateixes fases a 100 °C que en l'apartat a), però que contingui exactament una fracció del 20% en pes de fase γ? Si és així, indiqueu quina composició global hauria de tenir l'aliatge.

% Mg

Per a l'aliatge Mg-15%Al:

a)

Descriviu la microestructura que s'obté immediatament per sota de la temperatura eutèctica de 437 °C si es refreda lentament des de líquid, i calculeu el percentatge en pes de cadascun dels microconstituents a aquesta temperatura.

%

%

b)

Determineu quines fases individuals conformen l'eutèctic a 437 °C, la composició de cadascuna d'elles i la seva fracció en massa dins de l'estructura eutèctica.

% Mg

% Mg

%

%

Problema 2 (5 punts sobre 10). Xarxes cristal·lines i defectes del liti

En condicions ambientals estàndard, el liti metàl·lic ($M = 6{,}94\text{ g/mol}$, $N_A = 6{,}022 \times 10^{23}\text{ àtoms/mol}$) és el metall més lleuger, amb una densitat teòrica de $530\text{ kg/m}^3$. S'extreu habitualment per via electrolítica i té un ús ampli en transferència tèrmica. A temperatura ambient, experimenta transicions de fase sota alta pressió hidrostàtica.

a.

Si a una pressió d'1 GPa i temperatura ambient el volum de la seva cel·la unitat és $V_c = 4{,}32 \times 10^{-23}\text{ cm}^3$, deduïu quina és l'estructura cristal·lina del liti en aquest estat (2 punts).

b.

Determineu el valor del radi atòmic del liti (expressat en nanòmetres, nm) en aquesta mateixa condició (2 punts).

c.

Sota una pressió hidrostàtica de 7,0 GPa a temperatura ambient, el liti adopta una nova estructura cristal·lina amb una densitat teòrica de $580\text{ kg/m}^3$ i un nombre de $n = 4$ àtoms per cel·la unitària. Calculeu el nou paràmetre reticular $a$ en nm (2 punts).

d.

Determineu la quantitat de cel·les unitàries que conté un volum d'un metre cúbic ($1\text{ m}^3$) d'aquesta nova fase d'alta pressió (2 punts).

Problema 2 (5 punts sobre 10). Xarxes cristal·lines i defectes del liti

En condicions ambientals estàndard, el liti metàl·lic ($M = 6{,}94\text{ g/mol}$, $N_A = 6{,}022 \times 10^{23}\text{ àtoms/mol}$) és el metall més lleuger, amb una densitat teòrica de $530\text{ kg/m}^3$. S'extreu habitualment per via electrolítica i té un ús ampli en transferència tèrmica. A temperatura ambient, experimenta transicions de fase sota alta pressió hidrostàtica.

e. Si s'observa que sota aquestes mateixes condicions de 7,0 GPa la densitat real mesurada experimentalment és de $540\text{ kg/m}^3$ a causa de la presència de defectes puntuals, calculeu el nombre mitjà de vacants presents per cada cel·la unitat (2 punts).

vacants/cel·la