Difusion en Solidos Segundo Espín

7/23/2019 Difusion en Solidos Segundo Espn

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DIFUSIN EN SOLIDOS

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DEFINICIN

Es el mecanismo por el cual la materia estransportada por la materia.

En los gases: movimiento relativamenteveloz

En los l!uidos: movimiento m"s lento

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#EC$NIS#OS DE DIFUSIN

#ecanismo de di%usi&npor vacantes o

sustitucional.

#ecanismo de di%usi&n

intersticial

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DIFUSIN EN ES'$DO ES'$CION$(IO

Fig. 5.1

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)(I#E($ LE* DE FIC+

Donde:, - Fluo neto de los "tomos

D - Coe/ciente de di%usi&ndC0d1 - 2radiente de concentraci&n

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)(O3LE#$ 456

Una placa de 7ierro se e8pone a una atm&s%erade cementaci&n 9rica en carono; por un lado5 >>C. Si e8iste unacondici&n de estado estacionario5 calcule ladi%usi&n de carono a trav?s de la placa si lasconcentraciones de carono en las posiciones de4 < 6> mm deao de la super/cie decementaci&n son 6.@ < >.A +g0mB5respectivamente. $suma un coe/ciente dedi%usi&n de B86>66m@0s a esta temperatura.

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SOLUCIN

Utilizando la ecuaci&n 4.B !uecorresponde a la primera le< de Fic5tenemos:

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)$(#E'(OS )$($ DIFUSIN

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EFEC'O DE L$ 'E#)E($'U($ SO3(E L$ DIFUSIN ENSLIDOS

D - Capacidad de di%usi&n 9m@0s;

DO - constante de proporcionalidad 9m@0s; G - energa de activaci&n de las especies

en di%usi&n

( es la constante molar de los gases

8.314

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= RTQDD o exp


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)(O3LE#$ 454

Calcule la capacidad dedifusin D en m2/s, para

la difusin del nquel enhierro FCC a 1100oC.

Uilice los !alores de Do"#.#$10%5m2/s& ' " 2(0)*/mol& + " (.1- */

o

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SOLUCIN

Utilizando la ecuaci&n 4.= tenemos:

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DIFUSIN EN ES'$DO NO ES'$CION$(IO

La di%usi&n maormenees en estadono estacionario5 en la cual laconcentraci&n de los "tomos de soluto

en cual!uier punto del material camiacon el tiempo.

)ara casos de di%usi&n en estado no

estacionario5 en el cual la di%usividad esindependiente del tiempo5 se aplica lasegunda le< de Fic sore di%usi&n

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SE2UND$ LE* DE FIC+

La aplicaci&n m"s importante en metalurgiade los principios de di%usi&n es lacarburizacin del acero5 cu


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SOLUCIN $ L$ SE2UND$ LE* DEFIC+

CS=#"8ima concentraci&n producida inmediatamenteen la super/cie 9dada por el diagrama de %ases FeC;

CO=Concentraci&n inicial de carono en el acero CX=Concentraci&n de carono a la distancia 1 deao

de la super/cie en el tiempo t D =Coe/ciente de di%usi&n del C en Fe a la

temperatura del proceso error - Funci&n error t - 'iempo

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o


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'$3L$ DE L$ FUNCION E((O(

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DIFUSIN DE UN 2$S EN UN SLIDO

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SE2UND$ LE* DE FIC+

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C>

C8

Distancia

Direcci&n de Di%usi&n

Cs

8


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C$(3U($CIN DEL $CE(O

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E,E#)LO

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+

Consider one such alloy that initially has auniform carbon concentration of 0.25 wt% and is

to be treated at 50C !"#50$. &f the

concentration of carbon at the surface is

suddenly brought to and maintained at ".20 wt

%' how long will it ta(e to achie)e a carbon

content of 0.*0 wt% at a position 0.5 mm below

the surface ,he diffusion coefficient for carbonin iron at this temperature is ".- "0 "" m 2 s/

assume that the steel piece is semiinfinite.


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E,E#)LO

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+

Considere una aleaci1n tal ue inicialmente tiene una concentraci1nde carbono uniforme de 0.25% en peso y se )a a tratar a 50oC. Si

la concentraci1n de carbono en la superficie se lle)a y se mantiene

a ".2% en peso' 3cu4nto tiempo se tarda en lograr un contenido de

carbono de 0'*0% en peso a una distancia de 0'5 mm por debao

de la superficieEl coeficiente de difusi1n del carbono en el hierro a esta

temperatura es"'-6"0"" m2s/ asumir ue la pie7a de acero es semi

infinita.

SOLUCIN

C0 0.25 wt% C

Cs ".20 wt% C

Cx

0.*0 wt% C

x =0.50 mm 8 5 6 "0

9

mD ".- 6 "0""m 2s


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SOLUCIN

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)(O3LE#$ 45B

Calcule la carurizaci&n de un engranae deacero 6>6A a H@=oC. Calcule el tiemponecesario para incrementar el contenido a

>.B4 en peso a >.J> mm por deao de lasuper/cie del engranae. Suponga !ue elcontenido de carono en la super/cie delengranae es de 6.64 < !ue el contenido

nominal de carono en el engranae antesde carurizar es de >.6A en peso. El valorde D a H@=oC es 6.@A86>66m@0s.

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SOLUCIN

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C08 0."* wt% C

Cs="."5 wt% C

Cx8 0.:5wt% C

x 8 0.90 mm 8 9 6 "09 m

D 8 ".2* 6 "0""m 2s

;eempla7ando en la ecuaci1n 5.- tenemos.A@>H

>.A@J=

1.0 >.AJ@=

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Con la ayuda de la tabla 5." se determinael )alor de 7 para el cual la funci1n de

error es 0.*29# por lo ue debemos

interpolar as7oras a H>>oC 966=Bo+; para carurizarcon ?8ito un lote de 4>> engranaes de

acero5 en estas circunstancias el 7ierrotiene una estructura cristalina FCC. $dem"s se sae !ue operar el 7orno de

carurizaci&n a H>>o

C cuesta 6>>>por 7ora. M(esultara econ&micoincrementar la temperatura de

carurizaci&n a 6>>>o

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SOLUCIN

)ara la di%usi&n de carono en 7ierroFCC se tiene !ue la energa deactivaci&n es B@H>> cal0mol. )ara

conseguir el mismo tratamiento decarurizaci&n a 6>>>oC !ue el !ue seconsigue a H>>oC5 tenemos:

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CONCLUSIN

$ H>>oC5 cada pieza cuesta 9 6>>>07;96> 7;094>>;- @> $ 6>>>oC5 cada pieza cuesta 9 64>>07;9B.@HH7;094>>; - H.H 'omando en cuenta s&lo el costo de operaci&n del 7orno5 al

incrementar la temperatura reduce el costo de tratamientot?rmico de los engranaes < aumenta la velocidad deproducci&n.

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(EFE(NCI$S

6P Q. Callister. Introducci&n a la ciencie e ingeniera demateriales = ed. 9@>6J;.@P R. Smit7. Introducci&n a la ciencie e ingeniera demateriales J ed. 9@>>A;.

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3+4C46 78+ 6U 494:;

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