Laboratorio de Metalurgia Fsica IPRACTICA N 01I. TITULO:
DIFUSIONDE CARBONOENEL ACEROAISI 8620II. OBJETIVOS:Aplicar el
fundamentotericodel procesodedifusinenel acero AISI 8620.Demostrar
que la Segunda Ley de Fick, gobierna el proceso de difusin de
carbono en el hierro.Calcular el espesor
delacapadedifusinenfuncindela temperatura y el tiempo.Evaluar las
curvas de penetracin de carbono hacia el interior del acero.III.
FUNDAMENTOS TERICOS:Difusin:La difusin puede ser definida como
transporte de masa (migracin de tomos), depende y depende del
tiempo, temperaturaygradientesdeconcentracin. Estefenmeno ocurre en
slidos, lquidos y gases. El transporte de masa en lquidos y slidos
se origina generalmente debido a una combinacin de conveccin
(movilizacin de fluido) y difusin. En los slidos, estos movimientos
atmicos quedan restringidos (no existe conveccin), debido a los
enlaces que mantienen los tomos en las posiciones de equilibrio,
por lo cual el nico mecanismo de transporte de masa es la
difusin.Ladifusintambinesel movimientodelostomosenun material. Los
tomos se mueven de manera ordenada, tendiendo a eliminar las
diferencias de concentracin y producir una composicin homognea en
el material.La difusin interviene en el tratamiento trmico de
metales, en la manufactura de cermicos, en la solidificacin de
1Ingeniera Metalrgica-UNTmateriales, en la fabricacin de
transistores y celdas solares,
yaunenlaconductividadelctricademuchosmateriales
cermicos.Haydostiposprincipalesdedifusin: laintersticial ylade
vacancias o sustitucional3.1.1. Mecanismo de difusin por vacantes o
sustitucionalLos tomos puedenmoverse enlas redes cristalinas
desdeunaposicinaotrasi haypresentesuficiente energa de activacin,
proporcionada sta por la vibracintrmicadelostomos, ysi hayvacantesu
otros defectos cristalinos en la estructura para que ellos los
ocupen. Las vacantes en los metales son defectos en equilibrio,
ypor elloalgunosestnsiemprepresentes para facilitar que tenga lugar
la difusin sustitucional de lostomos.
Segnvaaumentandolatemperaturadel metal se producirn ms vacantes y
habr ms energa trmicadisponible, por tanto, el gradodedifusines
mayor a temperaturas ms altas.La energa de activacin para la
difusin propia es igual a la suma de la energa de activacin
necesaria para formar la vacante y la energa de activacin necesaria
para moverla.La siguiente tabla presenta la relacin de algunas
energas de activacin para la autodifusin en metales
puros.2Laboratorio de Metalurgia Fsica IMetalPunto de fusin, CRango
de temperatura estudiado, CEstructuraCristalinaEnerga deActivacin,
KJ/molCinc 419 240-418 HCP 91.6Aluminio 660 400-610 FCC 165Cobre
1083 700-990 FCC 196Nquel 1452 900-1200 FCC 293Hierro a1530 808-884
BCC 240Molibdeno2600 2155-2540 BCC 460Se pude observar que a medida
que incrementa el punto de fusin del material. La energa de
activacin tambin aumenta. Esto se da porque los metales con
temperatura de fusin ms alta tienden a mayores energas de enlace
entre sus tomos.Ladifusintambinpuededarseporel mecanismode
vacantesensolucionesslidas. Ladiferenciaentrelos
tamaosdelostomosylasenergasdeenlaceentre ellos son factores que
afectan la velocidad de difusin3.1.2. Mecanismo de difusin
intersticialLa difusin intersticial de los tomos en redes
cristalinas tiene lugar cuando los tomos se trasladan de un
intersticio a otro contiguo al primero sin desplazar
permanentemente a ninguno de los tomos de la matriz de la red
cristalina. Para que el mecanismo intersticial sea efectivo, el
tamao de los tomos que se difunde debe ser relativamente pequeo
comparado con el de los tomos de la matriz. Los tomos pequeos como
los de hidrgeno, carbono, oxgeno y nitrgeno, pueden
difundirseintersticialmenteenalgunasredescristalinas metlicas. Por
ejemplo, el carbono puede difundirse intersticialmente en hierro
alfa BCC y hierro gamma FCC. 3Ingeniera Metalrgica-UNTEn la difusin
intersticial de carbono en hierro, los tomos de carbono deben pasar
entre los tomos de la matriz de hierro.3.1 Difusin de Carbono en el
Acero :Tambin llamado carburizacin o cementacin Consiste en el
movimiento detomos decarbonohacialazonacentral del acero.Los
factores ms importantesde este proceso son la temperatura y el
tiempo. Carburizacin:Proceso termoqumico de enriquecimiento con
carbono de la capa superficialde un acero de bajo contenido
decarbono (0,1 a0,35 % C).El objetivo principal
esobtenerunagrandurezasuperficial y alta resistencia al desgaste;
conservando la tenacidadenel ncleo. Estoselograal templary revenir
la capa superficial, enriquecida con
carbonohastaunaconcentracinde0,8- 1,0%C. Una concentracin ms alta
de carbono produce un desmejoramiento de las propiedades mecnicas
de la pieza cementada.4Laboratorio de Metalurgia Fsica
ILaCarburizacinpuede hacerse enunmedio slido, lquido o gaseoso,
dependiendo del monto de la produccinydeladisponibilidaddeequipo,
entodos estos medios existe un componente capaz de suministrar C, y
esto se llama agente carburante, puede ser carbn, cianuro o
hidrocarburo. As se puede hablar de cementacin slida, lquida o
gaseosa.Mecanismo de Difusin:La difusin de carbono en el acero es
de tipo intersticial, aqu el tomodecarbonoocupalosintersticios,
estos tomossemuevendeunaposicinintersticial aotra debido a saltos
producidos por las vibraciones trmicas..La solucinslida por difusin
intersticial, como la que forma el carbono disuelto en la matriz de
hierro, ocurre slo si el tomo de soluto tiene un dimetro menor que
eldel solvente. Aqu se encuentran involucrados tomos pequeos como
carbono, hidrgeno y nitrgenoFiguraDifusin Intersticial5RT Qe D
D/0Ingeniera Metalrgica-UNTDifusibilidad.El coeficiente de difusin
o difusibilidad, D (cm2/s), est dado por la siguiente ecuacin de
ArrheniusDonde:D0: Factor de frecuencia de los tomos que se
difunden (cte); expresada en cm2/s.Q:Energa de activacin de la
reaccin expresada en Cal/mol.R:Constante universal de los gases
ideales; 1,987 Cal/mol K.T:Temperatura absoluta; expresada en
K.D:El coeficiente de difusin expresa la rapidez con que se realiza
la difusin de un material en otro. Aunque este coeficiente depende
de diversas variables (naturaleza del soluto y de los tomos
solventes, resistencia de enlace y estructura del cristal, etc.),
la ms importante es la temperatura.6X C /Laboratorio de Metalurgia
Fsica IDifusin En Estado Estacionario (Primera Ley De
Fick).Enladifusinenestadoestableoestacionario, el gradiente de
concentracin es constante en la unidad de tiempo. Este gradiente
ser la concentracin de soluto que cambia slo con la distancia entre
dos planos de diferente concentracin.La ecuacin que expresa esta
difusin, es la primera ley de Fick: Donde:J: Flujo neto de tomos
que se difunden en la direccin x, a travs de un plano en la unidad
de tiempo; expresado en tomos/cm2/s.D: Coeficiente de difusin o
difusividad; expresado en cm2/s. : Gradiente de concentracin;
expresado en
tomos/cm3.cm.Seempleaunsignonegativodebidoaqueladifusin tiene lugar
de una concentracin mayor a una menor, es decir, existe un
gradiente de difusin negativo. Esta
ecuacinesllamadaprimeraLeydeFickyafirmaque para condiciones de
flujo en estado estacionario, la densidad de flujo neto de tomos es
igual a la difusividad D por elgradiente de concentracin dC/dX.
Lasunidades sonlas siguientes enel sistema internacional:7XCD J
XCIngeniera Metalrgica-UNTLos valores de la difusividad dependen de
muchas variables, las ms importantes son las siguientes:El tipo de
mecanismo de difusin. El hecho de que la difusin sea intersticial o
sustitucional afectar la difusividad. Los tomos pequeos pueden
difundirse intersticialmente en la red cristalina de tomos mayores
del solvente. De esta manera los tomos de carbono se difunden
intersticialmente enla redBCCo FCC. Los
tomosdecobrepuedendifundirsesustitucionalmente en una red de
aluminio siempre y cuando los tomos de cobre y aluminio sean
aproximadamente iguales.Latemperaturaalacual ocurreladifusin.Si la
temperatura aumenta en el sistema la difusividad tambin se ve
incrementada.El tipo de estructura cristalina de la red matriz. La
estructura cristalina BCC que posee un factor de empaquetamiento de
0.68 ayuda a que la difusividad sea mayor que una red FCC que posee
un factor de empaquetamiento de 0.74. De esta manera los tomos
decarbonosepuedendifundirmsfcilmenteenuna red de hierro BCC que una
red FCC. El tipo de imperfecciones cristalinas.La mayora de
estructuras abiertas permiten una difusin ms rpida de los tomos.
Por ejemplo, la difusin tiene lugar ms rpidamente a lo largo de los
lmites de grano que en la matriz del mismo, en metales y cermicos.
Las vacantes en exceso incrementarn las velocidades de difusin en
metales y aleaciones. 81]1
xCDx xC22xCDtCLaboratorio de Metalurgia Fsica ILa concentracin
de las especies que se difunden. Las concentraciones mayores de
tomos de soluto difundibleafectarnladifusividad. Esteaspectodela
difusin en el estado slido es muy complejo.Difusin En Estado
Transitorio (Segunda Ley De Fick).Es el estado ms comn en la
prctica. En la difusin en estado no uniforme, el perfil de
concentracin de las sustancias que se difunden cambia con el
tiempo.Esto significa que el flujo y la gradiente de
concentracintambincambianconel tiempo. La segunda ley de Fick se
refiere a la difusin en estado transitorio y se expresa
como:Desindependientedelaconcentracin, estonos conduce a una
simplificacin de la ecuacin anterior: Donde:C:Concentracin de la
especie que se difunde, a una distancia x de la superficie.t:
Tiempo; expresado en segundos.En los casos de difusin en estado
slido, donde la 91]1
DtxferC CC Csx s201]1
Dtxfer2Dt x 2 Ingeniera Metalrgica-UNTconcentracin Csde la
especie que se difunde (soluto) enlasuperficiedeunmaterial
(solvente) permanece constante, la solucin de sta ecuacin
diferencial puede expresarse como:Donde: Cs: Concentracin enla
superficie, producida en forma instantnea por la atmsfera. C0:
Concentracinal iniciodel proceso, enun tiempo t= 0. Cx:
Concentracin auna profundidadx de la superficie, en un tiempo t.t:
Tiempo; expresado en segundos., Es una variable que se expresa como
fer (y); representa la funcin de error de Gauss.Parapredecir
laprofundidaddepenetracinoel espesor de capa tratada (X), en funcin
del tiempo de permanencia a la temperatura de operacin; se usa la
relacin:3.2.6. Composicin de la Capa Cementada:Despusdel
enfriamientoenel airelibredelapieza cementada, se debe a distinguir
tres zonas bien definidas en la capa carburizada:10Dt x 2 RT Qe D
D/0Laboratorio de Metalurgia Fsica IZona Hipereutectoide:Compuesto
de perlita y cementita secundaria.Zona Eutectoide: Compuesto de
perlita.Zona Hipoeutectoide:Compuesto de perlita y ferrita. Aqu
lacantidaddeferritacreceinterrumpidamentea medida que se acerca al
ncleo.3.2.7. Factores Que Influyen En La Difusin. Temperatura.La
temperatura es el factor de graninfluencia en el coeficiente de
difusibilidad, funcin directa de la temperatura. Tiempo.
Laprofundidaddecapadedifusindel carbono es funcin directa del
tiempo:Elementos aleantesLadifusinseveafectadapor laexistenciade
pequeas cantidades de materiales(elementos aleantes e impurezas)
adicionales que se encuentran en el aceroEtapas de la Difusin
Slida.El proceso de cementacin consta de tres etapas:a. Formacin
del Carbono Elemental:El carbn vegetal (C), a elevada temperatura y
en contacto con el oxigeno del aire que siempre hay en el interior
de la caja de cementacin, reacciona para formar oxido de
carbono:11Ingeniera Metalrgica-UNTCO O C 2 22 +El
monxidodecarbonoencontactoconlapieza, a elevada temperatura, se
transforma en carbono elemental (naciente o atmico) y dixido de
carbono:+ C CO CO22Al mismo tiempo, el carbonato activa el proceso
de carburacin facilitando la formacin de monxido de carbono y
acelerando la penetracin del carbono elemental, segn las siguientes
reacciones: + ++ +C CO COCO C COCO BaO calor BaCO222 322b.Absorcin
del Carbn Elemental:El carbn elemental es el que produce la
cementacin. Al estar en contacto con el hierro a elevada
temperatura, este carbono se absorbe desde la superficie de la
pieza, por existir un gradiente de concentracin entre el acero y la
atmsfera carburante; formando austenita saturada con carbono: + C
Fe C Fec. Difusin del carbono dentro del acero:Finalmenteel
carbonosedifundeenel acero, quese encuentra austenizado segn las
leyes que gobiernan la difusin atmica.La reaccin general de la
cementacin, a la temperatura de austenizacin, ser:22 CO C Fe CO Fe
+ + Donde FeC representa el carbono disuelto en la austenita.IV.
MATERIALES Y EQUIPOS: Acero SAE 8620, 3 probetas (D= 3/4 ; h= 15
mm).12Laboratorio de Metalurgia Fsica I Medio difusor: Carbn
vegetal de 3-5 mm (4 kg.).Carbonato de Bario (1kg). Caja de difusin
15cmx 15cm Arcilla refractaria. Horno elctrico tipo mufla 7.5 Kw (0
1200 C) Durmetro Brinell. Microscopio ptico Papeles abrasivos: 100,
320, 400, 600, 1000. Pasta de diamante. Nital 3%. Agua Destilada.
Algodn. Cmara fotogrfica. VernierV. PROCEDIMIENTO:Preparacin de las
Muestras:Las muestras debern ser cortadas y maquinadas con las
especificaciones mostradas en materiales y equipo,con el fin de
encontrarlas libres de xido, grasa, aceite, humedad u otros
elementos extraos que impidan o dificulten el buen una buena
carburizacin. Preparacin de la mezcla Cementante:La mezcla se
preparar en una proporcin de 5 carbn de madera por uno de carbonato
de bario.Empaquetamiento de las piezas a carburar:Se agrega una
parte de la mezcla cementante como base, luego se coloca las piezas
sobre esta mezcla tratando de que no choquen entre si ,luego se
cubre a las probetas con el resto de la mezcla, pero tratando de
que la mezcla no llene completamente lacajadedifusin.
Despusdeestosesellalacajaconarcilla 13Ingeniera
Metalrgica-UNTrefractaria, paraevitar laentradadeoxgenoyquelosgases
carburantes escapen, lo cual ocasionara un mayor consumo de la
mezcla.Donde:1. Tapade caja de difusin.2. Caja de difusin.3. Pieza
a cementar.4. Medio difusor.5. Sello de arcilla refractaria.Proceso
De Carburizacin:Preparadas las cajas, se colocan en el horno
elctrico con control detemperaturaautomtico,
ycalentarhastalatemperaturade austenizacin de 950 C. Una vez
alcanzada dicha temperatura, tomar el tiempo de 3 horas y retirar
una probeta , a la segunda probeta dejarla 2 horas mas despus
retirar la segunda caja.dejandola enfriar dentro del hornoMedicin
de Dureza:Las superficies de las probetas deben estar debidamente
desbastadas para medir la dureza Brinell de su superficie.Anlisis
Metalogrfico:Se procede a bajarle 3 mm longitudinales a la probeta,
para luego ser luego deben ser desbastadas con papeles abrasivosy
pulidas conpastadediamante. El ataquequmicodelasprobetasse realiza
con Nital al 3%, para luego observar al microscopio la capa formada
durante el proceso de carburizacin. Las fases vistas al microscopio
tambin debern ser fotografiadas, para propsito de anlisis y
comparacin entre ellas.VI. RESULTADOS Y DISCUSIN DE
RESULTADOS:14Laboratorio de Metalurgia Fsica ITabla 1:Espesor de
capa carburizada terica a 950C. para un acero AISI 8620, calculada
con la segunda ley de fickProbetas Xteori co (cm)Suministro
0.0Carburizacin (3 h)0.09Carburizacin (5
h)0.115Enestatablaseobservael incrementodel espesordelacapa
cementada respecto al tiempo del proceso.Tabla 2: Espesor de capa
carburizada experimental a 950C. para un acero AISI 862015Probetas
Xteori co (cm)Suministro 0.0Carburizacin (3 h)0.09Carburizacin (5
h)0.125Ingeniera
Metalrgica-UNTComparandolosdatosdelatablaunoconlosrespectivos
datosdelatablaseobservaquelosdatostericosconlos datos
experimentales son muy cercanosTabla 3: Porcentaje de carbono
terico, a diferentes distancias de la superficie carburada a 950C.
para un acero AISI 8620 carburado a 3 y 5 horasX%CARBONOt=3h t=5h0
1.2 1.20.01 1.07641 1.098750.02 0.9558 0.9991450.03 0.84082
0.9026650.04 0.73377 0.810670.05 0.63681 0.724811250.06 0.54354
0.636810.07 0.47018 0.56550.08 0.40829 0.50204250.09 0.3573
0.446380.1 0.398250.11 0.357316CURVA DE
PENETRACION00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.30 0.01 0.02 0.03
0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12PROFUNDIDAD DE
CAPA(cm)CONCENTRACION DE CARBONO(%) Carburizacion a
"t=3h"Carburizacion a "t=5"Laboratorio de Metalurgia Fsica
ICsd1d2d3d4d5d6C0Figura1:DibujodeConcentracindecarbonoenfuncionala
distancia de la superficie hacia el interior de la piezapara un
acero AISI 8620 carburizada a 950 Figura : Curva de Penetracin para
un acero AISI 8620, carburizada a 950 C para un tiempo de 3 y 5
horas respectivamenteDe la grafica se determina que el contenido de
carbono disminuye cadavezmasamedidaqueaumentalaprofundidaddecapa,
tambin se observa que en la superficie la concentracin de
17Ingeniera Metalrgica-UNTcarbono es de 1.2 %y en el ncleo la
concentracin es de 0.2% C. (concentracin de suministro), aunque el
1.2% de C que se asume que tiene en la superficie no es el correcto
debido a que el acero AISI 8620 contiene elementos aleantes que
generan una variacin el diagrama de hierro carbono.De la figura
Tambin se puede determinar quelaconcentracindecarbonoparaunamisma
profundidad de capa a dos tiempos no es la misma, la concentracin
de carbono a 5h es mayor que la concentracin de
carbonoa3hparaunamismaprofundidad, estodebidoauna mayor difusin de
tomos de carbono.Tambin de las dos figuras se puede determinar que
el porcentaje de carbono a una cierta distancia va como sigue:% C
superficie>% C d1>% C d2>% C d3>% C d4>% C d5>% C
d6Tabla 4: Valores obtenidos en las pruebas de dureza Brinell para
probetas de acero AISI 8620, cementadas a 950 oCProbetas Dimetro de
la huella (mm)Dureza (HB)Suministro 0.55 303Carburizacin(3 h)0.59
225Carburizacin(5 h)0.70 159En esta tabla se observa que la dureza
de la capa carburada de 3 horas es mayor que la capa carburada de 5
horas, lo que parece contradictorio, esto es debido a que la
probetacarburizadaa5horasfuedejadaenel interiordel horno,VII.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: La temperatura y el tiempo son
factores influyentes en el proceso de carburizacin.18Laboratorio de
Metalurgia Fsica I Se comprueba que una de las soluciones de la
Segunda Ley de Fick, gobierna el proceso de carburizacin y se puede
afirmar que a mayor tiempo de carburizacin, para una misma
temperatura de proceso; mayor ser el espesor de capa carburizada.
La curva de penetracin nos muestra la variacin de la cantidad
decarbono difundido enfuncin de laprofundidadenuna probeta
carburizada,esto se verifica alver al microscopio las capas s de
carburizacin, hipoeutectica, eutectica e hipereutectica. La Segunda
Ley de Fick nos permite evaluar la concentracin de carbono a una
determinadadistanciadentrodelacapacarburizadaauntiempotyala
temperatura T que este operando el horno esto es posible por la
existencia de un gradiente de concentracin por lo cual se concluye
que la Segunda Ley de Fick gobierna este proceso.VIII. BIBLIOGRAFA:
ASKELAND,D.(1985).Cienciae Ingenierade los Materiales. Edit. Ibero
Amrica, Mxico. VERHOEVENJ. FundamentodeMetalurgiaFsica, Ed. Limusa,
Mxico. Primera edicin, 1987. Reed Hill,R. Principios de Metalurgia
Fsica. Ed. ECSA. 2 Edicin.1986 SMITH F. W. Fundamentos de la
Ciencia e Ingeniera de Materiales. Ed. Mc Graw Hill, 2 Edicin.
1993. CALLISTER. Jr. W. (1995). Introduccin a la Ciencia e
Ingeniera de los Materiales. Editorial Riverte S.A. Espaa FLINN,
Richard y TROJAN,Paul(1989) Materiales de Ingenieria y sus
aplicaciones. EditorialMc GrawHill Bogota-colombia , 3 Edicin.
MANGONON, Pat (2001)Ciencia de materiales seleccin y diseoEditorial
Pearson Educacin Mexico D.F:19Ingeniera Metalrgica-UNTPaginas
consultadas:http://www.angelfire.com/md2/mambuscay/Art4.htm20Laboratorio
de Metalurgia Fsica IIX. ANEXOFotomicrografa 1:Acero AISI
8620(suministro) atacado con Nital 3%. 125x. Se observa ferrita en
matriz perlitica.Fotomicrografa2:Acero AISI 8620 carburizado
durante3horasa950oC, atacadoconNital al 3%. 125x.
Coronaseobservalas tres zonas delacapa 21Ingeniera
Metalrgica-UNTcarburada (hipereutectoide, eutectoide,
hipoteutectoide)Fotomicrografa3:Acero AISI 8620 carburizada durante
3 horas a 950oC, atacada con Nital al 3 %. 125x.
Ncleoseobservaperlitaenmatrizferriticacon grano fino con respecto a
la probeta carburizada a 5 horas. 22Laboratorio de Metalurgia Fsica
IFotomicrografa4:Acero AISI 8620 cementado durante 5horas a 950oC,
atacada con Nital al 3 %. 125x. Corona .Se observa las tres zonas
de la capa carburada (Hipereutectoide, eutectoide,
hipoetectoide).Fotomicrografa5:Acero AISI 8620 carburizado
durante5horasa950oC, atacadaconNital al 3%. 125x.
Ncleoseobservaperlitaenmatriz ferritica, tambinobservagranoms
grandeconrespectoa la probeta carburizada a 3 horas.23Ingeniera
Metalrgica-UNTFotomicrografa 6:Acero AISI 8620(suministro) atacado
con Nital 3%. 125x. Se observa ferrita en matriz
perliticaFotomicrografa7:Acero AISI 8620, tiempo de
carburizacin3horasa950oC, atacadoconNital al 3%. 125x.
Partedelacoronaseobservatreszonas de la capa carburada:
hipoeutectoide (amarilla), eutectoide (marrn),hipereutectoide
(negra).24Laboratorio de Metalurgia Fsica IFotomicrografa8:Acero
AISI 8620, tiempo de carburizacin 3 horas a 950o C, atacada con
Nital al 3 %. 125x. Parte del ncleo se observa perlita en matriz
ferritica con grano fino con respecto a la probeta carburizada a 5
horas (grano ms grande). Fotomicrografa 9:Acero AISI 8620 cementado
durante 5horas a 950oC, atacada con Nital al 3 %. 125x.
Partedelacoronaseobservatreszonasdela capa carburada:
hipoeutectoide (amarilla), eutectoide (marrn), hipereutectoide
(negra).25Ingeniera Metalrgica-UNTFotomicrografa10:Acero AISI 8620,
tiempo de carburizacin5horasa950oC, atacadaconNital al 3 %. 125x.
Parte del ncleoseobservaperlitaenmatriz ferritica, tambin observa
granos ms grandes con respecto a la probeta carburizada a 3 horas
(grano ms fino).X. APNDICEClculo del coeficiente de
difusin:Sabiendo que:T = 950 + 273 = 1223KQ = -34000 cal/molR =
1.987 cal/molKD0=0.22 cm2/sEl coeficiente de difusin ser: ( )( )s
cm De De D DRT Q/ 10 84 . 1 22 . 02 71223 987 . 1 34000/0 Clculo
del espesor de capa difundida:Para 03 horas:3horas x (
1hora/3600s)=10800cm cm XXt D X09 . 0 089 . 0) 3600 )( 3 )( 10 84 .
1 ( 227 26( ) 11 . 00 . 12 . 1ferCX( )( )
,_
10800 10 84 . 1 201 . 02 . 0 2 . 12 . 17FerCXLaboratorio de
Metalurgia Fsica ICurvas de Penetracin: El clculodelos puntos
paratrazar la Curva de penetracin se realizan a travs de la
siguiente formula (solucin de la segunda ley de Fick):
,_
t DXFerC CC CO SX S2'Sabiendo que: CS = 1.2 %C.C0 = 0.2 %C.X =
0.01 cm.D = 1.84 x 10 -7 cm2/st = 10800
sComofer(0.11)noexisteenlatabla se procedeainterpolar utilizando
los datos de la tabla de fer(Z) que se muestran mas adelante09008 .
0 33476 . 009008 . 008 . 0 12 . 008 . 0 08 . 0 ferZ12359 . 0
ferZ27Z fer(Z)0.08 0.090080.11 ?0.12 0.13476Ingeniera
Metalrgica-UNTC CCXX% 07641 . 112359 . 0 2 . 1 De forma anloga se
calculan las dems concentraciones para otras profundidades de capa
y para los dos tiempos de carburizacin de 3 y 5 horas, obtenindose
los resultados que se muestran en la tabla 2 y 3 y en la figura 2.
Clculo de dureza Brinell:[ ]2 22d D D DPHB Donde:D: dimetro de la
bolilla (2.5mm).d: dimetro de la huella.P: carga aplicada (62.5
kp).Para la probeta cementada 05 horas:( )[ ]5 . 184651 . 0 5 . 2 5
. 2 5 . 25 . 62 2651 . 02 2 HB mm dDe manera anloga se hallan las
durezas para las dos probetas restantes. Los valores de dureza se
encuentran en la Tabla 4.28Laboratorio de Metalurgia Fsica
I29Ingeniera Metalrgica-UNT30
