Propiedades mecánicas y eléctricas de los materiales

Actividad 4

Estudiante Robert Angarita

Profesor: julian gutierrez

Abril 2022
 TALLER N°2- UNIDAD 2
PROPIEDADES DE LOS
MATERIALES

Instrucciones:
Estimado estudiante, el presente cuestionario debe ser resuelto preferiblemente en medio
digital, si decide resolverlo a mano, recuerde que la digitalización debe realizarse en
formato PDF y debe ser completamente legible, de lo contrario no será calificado. El
trabajo se entrega individualmente, dentro de las fechas establecidas. Cada pregunta debe
ser resuelta con su correspondiente argumentación o cálculos. Recuerde revisar el material
bibliográfico recomendado para la unidad. Cualquier duda, consultar con el tutor
correspondiente. ¡¡Éxitos!!

A. Propiedades mecánicas

1. ¿Cómo se fabrican las aleaciones metálicas mediante los procesos de fundición?

Existen dos métodos industriales en la práctica moderna para la atención de

aleaciones.

• Unión directa por función de sus constituyentes.

Es el método por función se empieza por fundir el constituyente mayor punto
de fusión usando de antemano un material conocido como fúndete el cual
difunde primero que metan de modo que este funde, el fundete ya se
encuentra derretido y tiene por objeto cubrir por completo metal.

• Por sinterización de los constituyentes de la aleación en polvo en este proceso

los constituyentes de la aleación por separado se reducen a polvo hasta un
índice que finura que depende la naturaleza y punto de función de cada
constituyente, esos componentes incorporan entre sí usando mezclador
mecánicos adecuados en cada caso.

2. ¿Qué diferencias hay entre un producto de fundición y uno de forja?

• Producto fundido: se realiza por medio del proceso de casting donde el metal
se caliente hasta que se funde, asimismo se producen pasando de un estado
líquido para verter lo molde y generar el estado de solidificación, por lo tanto
el producto toma la forma del molde a medida que baja sube temperatura Y
después se retira del molde para obtener el producto terminado.
• Producto de forja: si aplica energía térmica Y mecánicas metal ya que suelen
encontrarse en forma de hoja o lingotes entonces se usa alta presión por
medio de golpes con martillo O presionando con un troquel hasta darle forma
deseada al material Y buscando la forma deseada hasta obtener producto
 terminando.

3. Una chapa de aleación de aluminio se lamina en frío 30 por ciento hasta un

espesor de
0.080 pulgadas. Si se lamina de nuevo en frío hasta un espesor final de 0.064
pulgadas.
¿Cuál será el trabajo en frío total aplicado?
4. Una chapa de latón con 60% Cu-40% Zn de 0.0955 cm de espesor se lamina en frío
hasta reducir 40 % su espesor. ¿Cuál será el espesor final de la chapa?
5.describa e ilustre los siguientes procesos de extrusión: a) extrusión directa y b) extrusión
indirecta. ¿Cuál es la ventaja de cada proceso?

• Se conoce también como estrucion delantera es el proceso de que se almacena una

barra de metal en un recipiente fuertemente reforzado en el que fluye en la misma
dirección del pistón, entonces la/el metal se desplaza la cámara de comprensión
durante el proceso.

• La mayor fuerza de la extrusion es requerir el comienzo del proceso y decrece según

la barra se va agotando al final de la barra la fuerza aumenta grandemente porque la
barra es delgada y el material debe fluir no radialmente para salir del troquel.

-Ventajas
-Se puede hacer secciones huecas
-Se puede realizar gran variedad en formas en la sección transversal
 • Extrusion indirecta

La parte extruida es forzada a través del vástago apisonador se requiere menos fuerza por
este método debido que no existe fuerza de rozamiento entre el techo y la pared contiene al
penetrar el pisón en el trabajo fuerzas metal a fluir a través declaró en una dirección opuesta
a la del pistón Como el tocho se mueve con respecto al recipiente no hay fricción en las
paredes del recipiente.

Ventajas
-Permite una reducción de la fuerza de fricción asimismo permite la extrucción de largas
barras.
-Presenta una porcentaje para quebrarse el material ya que no presenta calor por la fricción.

6.¿Que diferencia hay entre a) forja martillo y forja a prensa, b) forja con matriz abierta y
forja con matriz cerrada. Dé un ejemplo de producto metálico producido por cada proceso.

• Forja martillo
-permite la aplicación de impactos constantes sobre el material.
-son más económicos en el mercado y permitiendo flexibilidades
-su capacidad comienza definida por la energía disponible en el momento del
impacto sobre el material
-rejas para todo tipo de vivienda mesas para el comedor respaldos de cama barandas
escaleras Y demás
• Forja a prensa
-genera una aplicación de presión sobre material.
-su capacidad viene definida por la fuerza disponible en la carrera de bajada de
estampa.
-menos riesgo de accidente
-la profundidad de impresión es exacta
-mayor presión de las piezas forjadas
• Forja con matriz abierta
-suele ser más barata sin embargo sólo tiene una limitada cantidad de formas a forjar.
-son hechos sobre dados planos
-se asocia con la realización de piezas simples por los moldes redondeados moldes en
v
-se genera menor desperdicio material
-se realiza piezas como barras anillos y demás
• Forja con matriz cerrada
-crea una infinidad y de formas esto gracias que utiliza moldes
-presenta buena precisión dimensional entre material
 -bielas, ejes , rejas y demás.

7. Describa el proceso de trefilado. ¿Por qué es necesario asegurar la limpieza y lubricación

adecuadas del alambre durante éste proceso?

Este proceso consiste disminuir el diámetro de un alambre de cobre O aluminio a través

de un juego de dados que posee forma cónica una entrada grande y una salida más
pequeña,
En su interior por lo tanto se parte de una barra alambron o alambre y se consigue
alambre menor diámetro pero mayor longitud.
Es necesario asegurar la limpieza lubricación de alambre teniendo en cuenta que el
alambre pasa por una serie de montes para disminuir su diámetro al momento que no se
encuentre limpio va a llevarse consigo la suciedad que presenta el mismo si nos
encuentra con la lubricación adecuada el mismo no ha pasado por el proceso iba general
demoras.

8.Un alambre de 90.5 % de Cu y 0,25 pulgadas de diámetro se trefila en frío con 45 % de

reducción. ¿Cuál será el diámetro final del alambre?
9. ¿Que diferencia hay entre deformación elástica y plástica?, ¿que es la tensión
convencional y qué unidades son utilizadas comúnmente en Estados unidos y en el SI de
unidades?
Deformación plástica
-es irreversible
-El material experimenta cambios termodinámico
-es aquella en la que el cuerpo no recupera la forma original al retirar la fuerza que le
provocará deformación.
-en los materiales metálicos esta información ocurre la formación y movimientos de
dislocación.

Deformación elástica
-reversible
-es aquella en la que el cuerpo recuperar su forma original al retirar la fuerza que le provoca
la deformación
-en este caso el sólido varió su estado tensional y aumenta su energía interna en forma
energía potencial elástica
-se evidencian cambios termodinámico reversibles

10.Calcule la tensión convencional en el SI de unidades que actúa sobre una barra redonda
de 50 cm de longitud y una sección transversal de 12.00 mm x 7 mm que soporta una carga
de 7500 kg.
 11.Una probeta de un material de dimensiones 10 x 10 x 10 cm con un comportamiento
elástico lineal rompe cuando la carga ha alcanzado un valor de 15.000 kg, registrándose
en ese momento un acortamiento de 0,3 mm. Se pide:

Representación gráfica el comportamiento mecánico en material Y tipo fractura que

experimenta
c) calcular la información unitaria en rotura

Deformación unitaria la relación que incremente mencionar y la dimensión

14¿Qué son las bandas y líneas de deslizamiento? ¿Qué causa la formación de las bandas de
deslizamiento en la superficie de un metal? Describa el mecanismo de desplazamiento que
permite que un metal se deforma plásticamente sin llegar a la fractura.

Bandas de deslizamiento: aparece con una serie líneas paralelas a través del sistema
cristalino correspondientes a los planos de deslizamiento prueba dulce al deformarse cuerpo.

Son observables cuando la superficie sobre la que se observa han sido pulidas antes de la
deformación

Líneas de deslizamiento: correlacionar la la densidad de líneas de deslizamiento medias a

través de la rugosidad con el grado de información plástica la observación ocular de la líneas
de deslizamiento de la aleación con deformación plástica inicial permite correlacionar la
dencídad en la líneas de deslizamiento con la rugosidad superficial de las probetas.

¿Qué causa la formación de las bandas de deslizamiento en la superficie de un metal?

Surgen ya en los primeros ciclos de carga y con la continuidad de solicitud nuevos planos
van a formarse para acomodar la nueva deformaciones plásticas.

Debido al acortamiento del material cada plano actúa una única es durante medio ciclo
De esta forma el conjunto de planos de deslizamiento forma una banda deslizamiento cuya
densidad de plata gradualmente aumentando.
mecanismo de desplazamiento que permite que un metal se deforma plásticamente sin llegar
a la fractura

• La plasticidad se caracteriza por la aparición deformaciones permanentes O

deformaciones plásticas no se recupera cuando cesa la carga.

• Está deformaciones corresponden hay desplazamientos relativos entre átomos

desplazamientos que son estables al cesar la solicitación.

• El origen de las deformaciones plásticas en la presencia Y particularmente el

movimiento dislocación en la red cristalina.

• La presencia de dislocaciones reduce la estabilidad de la red cristalina

• Debido a esto la información plástica observa desde un punto de vista macroscópico

es homogénea.

• El proceso por el cual se produce la deformación plástica por el movimiento de

locaciones se denómina deslizamiento

• Una fuerza de cizalladura puede producir desplazamientos atómicos de tal manera

que un plano los átomos se coloquen como si fueran imágenes espectaculares de los
átomos del otro lado

16 ¿Qué función desempeña el maclado en la deformación plástica de los metales con

respecto a la deformación por desplazamiento? ¿Por qué la deformación por maclado es tan
importante en los metales HCP?

El maclaje es un movimiento de planos de átomos en la red paralelo a un plan específico de

manclaje de manera que la red se divide en dos partes simétricas directamente orientadas la
cantidad de movimiento de cada plano átomos en la región maclada es proporcional a su
distancia de plano de maclaje.
Se dice que un cuerpo está deformado cuando las posiciones relativas besos puntos han
cambiado mientras que se trata un cuerpo desplazado cuando las posiciones de los punto
respecto un punto externo al cuerpo han cambiado pero permanecen estables entre sí.
¿Por qué la deformación por maclado es tan importante en los metales HCP?
-Una porción de cristal cambia orientación
-queda imagen espejo
-el plano de simetría se llama plano demasia
-movimientos atómicos menores que distancia inter atómica
-tiene plano y direcciones definidas
-poner otros sistemas disponibles a deslizamiento
-Baja contribución a deformación
-Maclas de recocido y de solidificación

18.Si tuviera que elegir un material con la menor deformación elástica posible para la
construcción de un brazo de robot (importante para el correcto posicionamiento del brazo) y
el peso no fuera un criterio crítico, ¿qué material de entre los que se muestran en la siguiente
figura elegiría? ¿Por qué?

El aluminio es material óptimo para la construcción de brazos de robot ya que por ejemplo en
el caso del avance hexagonal inferior de aluminio la cual debe.
Resistir sin deformarse prácticamente todo el peso en si de robot puede llegar a soportar hasta
62000n
A. Propiedades eléctricas.
19. Describa el modelo clásico de conducción eléctrica en metales.

En sólidos metálicos los átomos están distribuidos en la estructura cristalina y están ligados
mediante sus electrones de Valencia exteriores por medio de enlace mecánico.

Distinga entre a) núcleos de iones positivos y b) electrones de valencia en una red

cristalina metálica tal como el sodio.

En el modelo clásico en la conducción eléctrica en sólidos metálicos los electrones de

valencia exteriores se suponen completamente libres de moverse entre los núcleos de iones
positivos tienen energía cinética Y vibra de alrededor de sus posiciones de retícula Metallica
a temperatura ambiente los núcleos de iones positivos tiene energía cinética Y vibran
alrededor de sus posiciones de retícula con el aumento de temperatura estos iones vibran con
amplitudes crecientes Y existe un continuo intercambio energía.

20.¿A qué temperatura un alambre de hierro tendrá la misma resistividad eléctrica que uno
de aluminio a 40°C?
600grados

22¿Cómo explica el modelo de bandas de energía la pobre conductividad eléctrica de

un aislador como el diamante puro?
El diamante tiene una pobre conductividad debido que tiene una alta resistencia lo
que lo convierte en un aislador esto sucede porque diamante tiene una barrera energía
muy alta entre un orbital 2P lleno y los restantes vacíos.
El diamante debido a su particular estructura cristalina existe una barrera energía más
 baja 2p Y los restantes estados disponibles por lo cual no se puede promover
electrones de lavanda Valencia hacia la banda de conducción para este aislante no es
posible ganar energía por absorción de fotones por el contrario en los materiales
conductores los electrones de Valencia pueden ser promovido fácilmente hacia la
banda de conducción por incidencia fotónica también por temperaturas ya que hay un
continuo de estados disponibles inmediatamente por esta razón los materiales
conductores son opacos a la luz visible el diamante ese especial totalmente
transparente a la luz visible.

23¿Por qué se dice que un hueco es una partícula imaginaria? Utilice un dibujo para
mostrar cómo los huecos de electrones pueden moverse en una red cristalina de
silicio. Explique, utilizando un diagrama de bandas de energía, cómo los electrones y
los huecos de electrones se crean en pares en silicio intrínseco.

El hueco representa la ausencia de un electrón debido Asus propiedades Y cometido

suelen establecerse su equivalencia con una carga positiva si bien el hueco no tiene
estrictamente una naturaleza real.

Por efecto de los huecos el proceso de liberación del electrón da lugar a la existencia
de dos tipos de transporte de carga O puestos en sentido desplazamiento y aditivos en
cuanto efecto.

Básicamente se considera como una partícula imaginaria debido a que es allí donde se
depositará un nuevo electrón hoy es donde se quiere por lo que se forma imaginaria
se hizo visualiza su posicionamiento en él el respectivo dopado.

El cristal de silicio es diferente un aislante porque a cualquier temperatura por encima

del 0 absoluto, existe una probabilidad infinita de que un electro de la red se ha
golpeado y sacado de suposición dejando tras de sí una deficiencia de electrones
llamada hueco.

Si se aplica un voltaje entonces tanto el electrón como el hueco pueden contribuir un

pequeño flujo de corriente.

El térmico intrínseco aquí, distingue entre las propiedades del silicio puro intrínseco
Y las propiedades radicalmente diferentes del semiconductor dopado tipo n tipo P

24 ¿Qué son los impurificadores en los semiconductores? Explique el proceso de

impurificación mediante difusión.
Impurificadores en los semiconductores
Impurificación o dopado es el proceso mediante el cual se introducen átomos de impureza
a los semiconductores con el fin devolvernos impuros esto se hace para otorgarles
mayores y mejores capacidades de conducción que están en formas puras no podrán
lograr.
Proceso de purificación mediante difusión

El proceso en purificación o dopaje se logra mediante la aplicación al silicio de pequeñas

cantidades de átomos impurezas sustitución al para producir un material semiconductor
mientras que los átomos utilizados como impureza se denominan dopantes.

Mientras que los semiconductores intrínsecos son semiconductores puros cuya

conductividad eléctrica viene determinada por sus propiedades inertes Como el silicio y el
germanio los semiconductores extrínsecos es un semiconductor dopado

Los semiconductores extrínseco son soluciones sólidas sustituciones muy diluidas en las
que los átomos de las impurezas soluto poseen características de Valencia diferente de las
quede el disolvente que constituye la red atómica la concentración de impurezas añadidos
a estos semiconductores está normalmente del rango de 100 a 1000 partes por millón.

25. Una oblea de silicio se impurifica con 8.0x1021 átomos de fósforo/m3. Calcule:
a) Las concentraciones de electrones y huecos después de la impurificación.
b) La resistividad eléctrica resultante a 300K. [Suponga
i n = 1.5x1016 /mn
3
yµ=
2
0.1350 m /(V*s).]

26.Una oblea de silicio impurificada con boro tiene una resistividad eléctrica de
5.00x10-4Ω*cm a 27°C. Suponga movilidades de portador intrínsecas e ionización
completa.
c) Cuál es la concentración de portadores mayoritarios (portadores por centímetro
cúbico)?
 d) ¿Cuál es la proporción entre los átomos de boro y los de silicio en este material?

27.Calcule la conductividad eléctrica intrínseca de InSb a 60°C y a 70°C [Eg=

0.17 eV; µp n = 8.00 m2/(V*s);i µ = 0.045 m2/(V*s); n =1.35x1022 m-3

28. Un capacitor de placas simple almacena 7.5x10-5 C a un potencial de 13000 V. Si

el área de las placas es de 3.5x10-5 m2 y la distancia entre las mismas es de 0.90 mm,
¿cúal debe ser la constante dieléctrica del material entre las placas?

29¿Qué son los materiales piezoeléctricos PZT? ¿De qué manera son superiores a los
materiales piezoeléctricos de BaTiO3?

Se dividen en dos tipos materiales piezoeléctricos inorgánicos y piezoeléctricos

Orgánicos.

piezoeléctricos inorgánicos

Dividido en cristales y cerámicas piezoeléctricos los cristales piezoeléctricos

generalmente se refieren a mono cristales piezoeléctricos cerámicas piezoeléctricos se
refiere a Poly cristales piezoeléctricos en los que los grados de cristales finos o
tenidos mediante la reacción en fase sólida Y los procesos de sintetizarse entre polvos
y partículas se mezclan aleatoriamente mezclando moldeando Y sintetizando Alta
temperatura con las materias primas de los ingredientes necesarios.

Las cerámicas piezoeléctricos se llaman cerámicas piezoeléctricos Y en realidad son

cerámicas ferro eléctricas hay dominio ferro eléctricos en los granos de esta cerámica
constante 180 dominios con direcciones de polarización espontánea anti paralela entre
si.

Piezoeléctricos orgánicos

También conocidos como polímeros piezoeléctricos Como el cloruro de polivinidero

bueno y representados por este tipo de material y su flexibilidad en material baja
densidad baja impedancia Y alta constante de vuelta Y otras ventajas por la atención
mundial el desarrollo son muy rápidas, Medición ultrasónicas acústica sub acuática,
Detección de presión, iniciación de ignición Y otros aspectos de la solicitud las
desventajas es que la constante de formación piezoeléctricos es baja lo que hace muy
limitada como trasductor de misión activo.
La tercera categoría descompuesta de materiales piezoeléctricos formados por
materiales base de polímeros orgánicos incrustados en laminas varillas o materiales
piezoeléctricos en polvo hasta ahora ha sido ampliamente utilizado en acústica
submarina electroacústica ultrasonido medición y otros campos si se convierte en un
transductor ido acústico no sólo tiene una alta tasa de respuesta depresión hidrostática
Sino que también tiene resistencia al impacto no se haga fácilmente se puede utilizar
con diferentes profundidades.
De qué manera son superiores a los materiales piezoeléctricos de BaTiO3?
Son superiores a esto deriva que con esto se puede trabajar en alto rango diferente
temperatura y presenten fuerte efecto piezoeléctricos aparte cuenta con un mejor
acoplamiento y baja autentificación acústica utilizando para la propagación de ondas
acústicas de superficie.

30Elija el material para un alambre conductor de 20 mm de diámetro que conduce una

corriente de 20 A. La máxima disipación de potencia es 4 W/m. (Utilice la
siguiente tabla y considere el costo como un criterio de selección). Justifique.

31a) ¿Qué son los polímeros conductores?

Los polímeros conductoress son materiales Formados por larga cadena de

hidrocarburos con dobles enlaces alternos o conjugados cuando extraemos un electrón
de uno de estos dobles enlaces se genera un radical catión, también llamado polaron Y
al seguir oxidando se puede arrancar un segundo electrón para formar un dicantión o
bipolaron que es muy estable.
Esta carga positiva puedes pasarse por la caída pasando uno de los dobles enlaces a
otro conduciendo de este modo la electricidad la extracción de electrones u oxidación
puede ser continuo formándose más de un catión por cadena. Las familias más
comunes de polímeros conductores son derivados de poliacetileno poliPirrón y
politiofeno.

b) ¿Cómo funcionan?
Los polímeros conductores conducen la electricidad debido principalmente a la
presencia de ciertas cantidades de otros productos químicos pero también a la
presencia de los dobles enlaces conjugados que permiten el paso un flujo
electrones.

En lo polímeros conductores la conductividad es compleja y depende su

preparación y dopado es bastante conocido que en una cadena polimerica los
electrones se distribuyan estados discretos energía llamados bandas la banda
ocupada electrones demás tanta energía se llama banda de Valencia Y la vacías
y toda ajusta encima de esta es la llamada banda de conducción.
La anchura de la banda de Valencia AB está relacionada con el mayor o el
menor grado de conjugación de los electrones p Como ya se ha visto en los
polímeros conductores existe una elevada conjugación lo cual implica una
locación de electrones y por tanto una cierta movilidad de estos.

Aplicación
-capas para circuitos electromagnéticos
-película anti estáticas
-aparatos de radiofrecuen