Ejercicios de diagramas de fases (I)

Para que podáis practicar los diagramas de fase binarios, aquí teneis unos ejercicios que resolveré en otra entrada.

  1. Un plomero introduce un crisol, con 12 kg de una aleación Pb-Sn con el 30 % de peso de Sn en un hormo eléctrico que alcanza una temperatura máxima de 185 ºC. Cuando el horno llega a su temperatura máxima observa que una parte se ha fundido, pero por más tiempo que mantiene la aleación a esta temperatura, no consigue terminar de fundirla. Se pide, dado el diagrama de fases:
    a) ¿Qué cantidad máxima de líquido podrá obtener a la temperatura anterior?
    b) ¿Hasta qué temperatura deberá llegar el horno para conseguir que toda la masa se funda?
    c) Siguiendo las recomendaciones de su hijo, que estudia Tecnología, le añade al crisol estaño puro, consiguiendo que todo su contenido se funda a temperatura constante de 183 ºC. ¿Qué masa de estaño ha tenido que añadir al crisol?
  2. Un platero dispone de dos lingotes de aleación cobre – plata. Uno de ellos contiene un 30 % de Ag y el otro un 50 % de Ag (en masa). Ambos lingotes tienen una masa de 2 kg y se introducen en crisoles separados, en el interior de un horno que puede alcanzar, como máximo, una temperatura de 900 ºC. Dado el diagrama de fases:
    a) ¿Pueden llegar a fundirse totalmente los lingotes?
    b) ¿Qué cantidad máxima de líquido obtendría en ambos crisoles?
    c) Cuando el indicador de temperatura del horno marque 800 ºC, ¿Qué masa de sólido quedará por fundirse todavía en cada crisol?
    El platero busca una aleación de mayor ley (mayor porcentaje en plata). Para ello extrae con una cazoleta una muestra de líquido de cualquiera de los crisoles y la deja enfriar hasta la temperatura ambiente.
    d) ¿A qué temperatura debería hacer la extracción del líquido del horno para que al solidificar, tenga la máxima ley?
    e) ¿Qué composición de plata tendrá la nueva aleación solidificada?
  3. Dada la siguiente tabla con los datos de enfriamiento de una aleación:
    Composición (en % de A) 100 80 60 40 20 0
    Temperatura de inicio de solidificación (en ºC) 750 725 675 600 500 375
    Temperatura de final de solidificación (en ºC) 750 575 500 450 400 375

    a) Representa gráficamente las curvas de enfriamiento para cada una de las concentraciones.
    b) Representa el diagrama de equilibrio de la aleación. (Curvas Sólidus – Líquidus)
    c) Calcula el porcentaje de fase líquida de una aleación de 30% de B que se encuentra a 575 ºC.
    d) Calcula el porcentaje de fase sólida de una aleación del 60% de A que se encuentra a una temperatura de 450 ºC
    e) Si calentamos a 575 ºC una aleación de composición indeterminada, obtenemos un 44% de fase sólida. Calcular la composición de la aleación.

  4. Dos metales A y B, son totalmente solubles en estado líquido y en estado sólido. Solidifican a 1200 y 700 ºC, respectivamente. Se sabe que una aleación con el 80% de A es totalmente líquida por encima de 1150 ºC y sólida por debajo de 1000ºC. Así mismo, otra aleación con el 40% de A es totalmente líquida por encima de 1000 ºC y sólida por debajo de 800 ºC. Se pide:
    a) Dibuja el diagrama de equilibrio indicando las fases presentes en cada una de sus zonas.
    b) Analiza lo que ocurre en el enfriamiento de una aleación del 50% de A desde 1200 ºC hasta la temperatura ambiente.
    c) Para la aleación anterior y la temperatura de 1000ºC, ¿Existe más de una fase? Si la respuesta es afirmativa, ¿Qué porcentaje hay de cada una?
    .
  5. Una aleación, de composición 60% de A y 40% de B, está a una temperatura en la que coexisten una fase sólida y otra líquida. Si las fracciones másicas son 0,66 y 0,34 respectivamente y el sólido contiene un 13% de B y 87% de A, determina la composición del líquido a esa temperatura.
    .
  6. En un puerto de montaña cuya temperatura ambiente es de -10 ºC, el servicio de mantenimiento de carreteras arroja sal sobre ellas para conseguir fundir el hielo. Se desea saber, con la ayuda del diagrama de fases adjunto:
    a) ¿Qué cantidad relativa o porcentaje en peso del sal mínimo deberá tener la mezcla para conseguir que todo el hielo se funda?
    b) Con un camión de 1000 kg de sal ¿Qué cantidad de hielo se puede fundir a dicha temperatura?.
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