1- Suponha que uma chapa fina de ferro a 700C

Pontifcia Universidade Catlica do Rio Grande do Sul

Faculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Mecnica e Mecatrnica

Cincia dos Materiais

Lista IV: Exerccios sobre Difuso

1- Suponha que uma chapa fina de ferro a 700(C, tenha um de seus lados exposta a uma atmosfera carborizante (rica em carbono) e seu outro lado a uma atmosfera descarborizante. Supondo que o estado estacionrio seja alcanado, calcule o fluxo de tomos de carbono que se difundem atravs desta chapa se a concentrao de carbono nas posies de 5 e 10 mm da superfcie 1,2 e 0,8 kg/m3, respectivamente. Assumo que o coeficiente de difuso do carbono do ferro nesta temperatura 3x10-11 m2/s.

R: 2,4 x 10 -9 kg/m2/s

2- Para algumas aplicaes necessrio endurecer a superfcie dos aos para conferir maior resistncia ao desgaste. Um maneira de fazer isso atravs do processo de cementao gasosa, na qual h um aumento da concentrao de carbono na superfcie atravs da introduo de tomos de carbono (proveniente de um gs, como o metano) por difuso elevadas temperaturas. Considerando um ao cuja concentrao inicial de carbono 0,25% que seja submetido cementao 900(C e que a concentrao de carbono na superfcie seja aumentada e mantida a 1,2%, calcule quanto tempo necessrio para tingir uma concentrao de 0,8% de Carbono a 5mm abaixo da superfcie.

D= 1,6x10-11 m2/s.

R= 7,1 h

3- Os coeficientes de difuso do cobre no alumnio a 500(C e 600(C so 4,8x10-14 m2/s e 5,3x10-13 m2/s, respectivamente. Calcule o tempo aproximado a 500(C que ir produzir os mesmos resultados da difuso (em termos da concentrao do cobre em algum ponto especfico no alumnio) se a mesma fosse realizada 600(C durante 10 h.

R= 110,4 h

4- Explique como os defeitos cristalinos contribuem para a difuso.

5- Explique porque a difuso de intersticiais mais rpida que a difuso de vacncias.

6- A difuso mais rpida no contorno de gro ou na superfcie? Por qu?

7- Quais so as principais foras motrizes para que ocorra a difuso?

8- Cite 3 exemplos prticos de processos que so baseados em fenmenos difusivos.

9- Quais so os principais parmetros que governam a difuso?

10- De que depende o coeficiente de difuso?

11- Quais so os principais fatores da estrutura dos materiais que favorecem a difuso?

12- Quais so os principais fatores da estrutura dos materiais que dificultam a difuso?

13- A difuso de uma impureza intersticial se d mais facilmente no ferro ccc ou no ferro cfc? Explique.

14- A purificao do gs hidrognio pode ser feita por difuso usando uma folha de paldio. Calcule quantos kilogramas de hidrognio passa por hora atravs de uma lmina de paldio de 6 mm de espessura e de rea de 0,25 m2 a 600(C. Suponha que o coeficiente de difuso do hidrognio 1,7X10-8 m2/s, que a presso do hidrognio nos lados de alta e baixa presso de 2 e 0,4 Kg/m3 , respectivamente e que o estado estacionrio seja atingido.

R= 4,1X10-3 Kg/h

15- Uma chapa fina de ferro ccc de 2,0 mm de espessura foi exposto a uma atmosfera carborizante (rica em carbono) em um lado e descarborizante no outro lado a 675 (C. Depois de alcanado o estado estacionrio, o ferro foi rapidamente resfriado at a temperatura ambiente. A concentrao de carbono determinada em ambos os lados da chapa foi 0,0015 e 0,0068% em peso. Calcule o coeficiente de difuso se o fluxo difusivo foi de 7,36x10-9 Kg/m2.s.

R= 2,3x10-11 m2/s

16- Determine o tempo necessrio para carburizao (cementao) para alcanar uma concentrao de carbono de 0,3% a uma posio de 4mm da superfcie de um ao que continha inicialmente 0,1% de carbono. A concentrao de carbono na superfcie deve ser mantida em 0,9% e o tratamento foi realizado a 1100(C. Use o coeficiente de difuso tabelado para o ferro (.

R= 31,3 h

17- Para um ao determinou-se que o tempo de 15 horas para o processo de carburizao (cementao) promove um aumento na concentrao de carbono para 0,35% a 2,0 mm da superfcie da pea. Estime o tempo necessrio para alcanar a mesma concentrao de carbono a 6 mm da superfcie.

R= 135 h

18- A que temperatura o coeficiente de difuso do zinco no cobre alcanar o valor de 2,6x10-16 m2/s.

R= 901K

19- Os coeficiente de difuso do Nquel no Ferro a 1473 K e 1673 K so 2,2x10-15 m2/s e 4,8x10-14 m2/s, respectivamente.

a- Determine os valores de Do e da energia de ativao (Qo).

R= Do= 3,5x10-4 m2/s e Qo= 316 KJ/mol

b- Qual o valor de D a 1300(C?

R= 1,1x10-14 m2/s

20- O Carbono difundido atravs de uma lmina de ao de 15 mm de espessura. A concentrao de carbono nas duas faces so 0,65 e 0,30 Kg/m3 de Fe, os quais so mantidas constantes. Se Do e a energia de ativao so 6,2x10-7 m2/s e 80.000 J/mol, respectivamente, calcule a temperatura na qual o fluxo de difuso ser 1,43x10-9 Kg/m2.s.

R= 1044K

21- Duas chapas metlicas, A e B, so colocadas em contato ntimo uma com a outra. Depois de 30 horas de aquecimento a 1000 K e subsequente resfriamento at a temperatura ambiente a concentrao de A em B foi de 3,2% a 15 mm da superfcie do metal B. Se outro processo de aquecimento fosse realizado com esses mesmos metais por 30 horas mas a uma temperatura de 800 K, a que posio da superfcie encontraramos a concentrao de A em B de 3,2%? Assuma Do= 1,8x10-5 m2/s e Qo= 152 KJ/mol.

R= 1,6 mm

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