Difuso atmica [8]Difuso importante fenmeno de transporte de massa, que ocorre em escala atmica.

Processos metalrgicos: Tratamentos Trmicos Transformaes de Fase Crescimento de Gro Sinterizao de Ps Purificao de Hidrognio

1>

Difuso atmicaSlidos cristalinos os tomos ocupam posies pr-estabelecidas, de acordo com o sistema cristalino. facilitam a mobilidade

tomos

oscilaes freqncia: ~ 1012 Hz

2>

Difuso atmicaLacunas facilitam os saltos dos tomos, que se movimentam de modo aleatrio.

intersticiais

superfcie livre contornos de gro

Freqncia de saltos: ~ 108 / segundo

3>

Difuso atmicaMecanismos de difuso autodifuso lacunas intersticiais

to

to

to

t1(difuso em anel)

t1

t1t. intersticial

Variveis: tempo, temperatura, gradiente de concentrao

4>

Difuso atmicaFluxo de tomos (J) quantidade de tomos por unidade de tempo por unidade de rea. Primeira Lei de Fick: - clculo da difuso estacionria (fluxo constante)

rea unitria

dc J = D dx

tomos m2 s

D coeficiente de difuso D = f(freqncia e deslocamento) [D] = [m2.s-1] 5>

Difuso atmicaSegunda Lei de Fick considera as variaes de fluxo / concentrao ao longo do tempo.

c c = D t x x fluxo J Soluo:

x c = c o erfc 2 D t sendo co a concentrao inicial, erfc a funo erro complementar, D o coeficiente de difuso e t o tempo. 6>

Difuso atmicaCoeficiente de difuso Dsolvente soluto Q (kJ.mol-1)

Q D = Do exp R T Do (m2 .s-1) T (C)

Fe-

C Ti Fe

136 251 284 80 248 257

0,10 . 10-4

900-1050

0,15 . 10-4 1050-1250 0,49 . 10-4 1060-1390 0,62 . 10-6 3,15 . 10-4 1,67 . 10-4 700-750 700-750 700-7507>

Fe-

C Ti Fe

Difuso atmicaVariao do coeficiente de difuso D no ferro:1E-10

Coeficiente de difuso D [m2/s]

1E-11 1E-12 1E-13 1E-14 1E-15 1E-16 1E-17 1E-18 1E-19 1E-20 1E-21 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 13001400

C Ti Fe C Ti Fe

Fe Fe

Q D = Do exp R T

austenita Fe ferrita FeTemperatura [oC]

8>

Difuso atmicaCoeficiente de difuso D

Q D = Do exp R T

De modo geral tem-seDsup > Dcg > Dvol sendo: Dsup (superfcies) Dcg (contorno de gro) Dvol (volume)9>

Difuso atmicaExemplo de aplicao cementao em aos:

concentrao de carbono

superfcie

centro

10>

Difuso atmicaExemplo de aplicao cementao em aos: Pretende-se criar uma camada com 0,25%C (no mnimo) aps cementao a 1000C durante 1 hora. Supondo que a disponibilidade de carbono seja 1,5% na superfcie temos:co 0,25 = 0,17 c 1,5 co x c = 1 erf sendo c 2 D t xc xc erf 0,97 0,83 2 Dt 2 D t

Usando tabelas

Considerando os dados de difusividade do carbono temosD = 0,10 104

135,7 10 3 2,7 10 11m 2 / s exp 8,314 (1000 + 273 )

Logo, a espessura da camada cementada ser estimada emx c = 0,97 2 (2,7 10 11 ) (3600 ) x c 0,6mm

11>

Difuso atmicaEfeito Kirkendall:Material A Material B

Ni

Cu

Se DA DB a interface arrasta os marcadores, podendo promover a gerao de poros no material com maior D. ~ coeficiente de interdifuso ~ D

JA

Interface inicial

JB

D = NA DB + NB D A

N frao atmica

12>

Difuso atmicaEfeito Kirkendall:

tomos de cobre deslocam-se com mais facilidade que nquel, deixando lacunas no lugar.D(Cu) > D(Ni)

ref.: http://www.msm.cam.ac.uk/phasetrans/kirkendall.html

13>

Difuso atmicaBibliografia: Van Vlack, L. H. Princpios de Cincia dos Materiais. Ed. Edgard Blucher, So Paulo, 1970, pp. 92-104. Guy, A. G. Cincia dos Materiais. LTC/Edusp, So Paulo, 1980, pp. 101-133. Hume-Rothery, W. Estrutura das Ligas de Ferro. Ed. Edgard Blucher/EDUSP, So Paulo, 1968, pp. 42-53. Reed-Hill, R. E. Princpios de Metalurgia Fsica. Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1982, pp. 321-359.Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Materiais de Construo Mecnica I. 2009. Permitida a impresso e divulgao. http://www.dem.feis.unesp.br/maprotec/educacional.shtml/

14