SET DE EJERCICIOS – CIENCIA DE MATERIALES - PROBLEMAS DE DIFUSIÓN

1.- UNA ALEACIÓN DE ACERO-C DE ESTRUCTURA F.C.C. QUE CONTIENE

INICIALMENTE UNA COMPOSICIÓN EN PESO DE 0,30% C ES CARBURIZADA A

ELEVADA TEMPERATURA EN UNA ATMÓSFERA QUE OTORGA UNA CONCENTRACIÓN

DE CARBÓN DE 1% EN PESO. SI DESPUES DE 72 HORAS LA CONCENTRACIÓN DE

CARBÓN ES 0,45% EN PESO A 3,0 mm BAJO LA SUPERFICIE, DETERMINE LA

TEMPERATURA A LA CUAL EL TRATAMIENTO FUE REALIZADO.

2.- Determinar el tiempo necesario para alcanzar una concentración de 0,3% de

carbono a 4 mm de la superficie de una aleación hierro-carbono que inicialmente

contenía 0,1% C. La concentración de la superficie se mantiene a 0,9 %C y la probeta

se calienta a 800 °C.

3.- El nitrógeno difunde en hierro puro a 675 °C. Si la concentración superficial se

mantiene a 0,2% N en peso ¿cuál será la concentración a 2 mm de la superficie

después de 25 h?

4.- Los coeficientes de difusión del cobre en el aluminio a 500 y a 600 °C son 4,8 x

10-14 y 5,3 x 10-13 m2/s, respectivamente. Determinar el tiempo aproximado

necesario para conseguir, a 500 °C, la misma difusión del Cu en Al en un punto

determinado, que un tratamiento de 10 h a 600 °C.

5.- El Cloruro de metileno es un ingrediente común de removedor de pinturas. Por

su parte es muy irritante, siendo además absorbible por la piel. Cuando se utiliza

este removedor , se deben utilizar guantes.

Si se usan guantes de hule (t = 0,04cm), Cuál es el flujo a través del guante?

Datos:

Coeficiente de difusión en hule: D = 110 x10-8 cm2/s

Concentraciones superficiales: C1 = 0.44 g/cm3 C2 = 0.02 g/cm3

6.- A 300°C el coeficiente de difusión y energía de activación para el Cu en Si son:

D(300°C) = 7,8 x 10-11 m2/s y Qd = 41,5 kJ/mol

Cuál es el coeficiente de difusión a 350°C?

7.- Se tiene una placa de acero 1010 (0.1% de carbono en peso) que debe actuar

como una superficie de soporte. Para lograr la dureza necesaria se decide carburizar

la superficie y, luego, tratarla térmicamente. Conviene alcanzar una dureza

semejante a la de recién templado, de por lo menos 60 Rockwell C (60 Rc) en la capa

de 1 mm más externa. La dureza semejante a la de recién templado varía con el

contenido de carbono, según se en la figura adjunta. La dureza cae a altos

contenidos de carbono debido a la retención de austenita. El coeficiente de difusión

de carbono en hierro γ cambia según D = 0,12 exp(-32.000/RT) donde R = 1,987

cal/mol °K y D está en unidades de cm2/s.

a) Se carburizó la pieza durante 2,4 horas a 1050°C. Usando la relación

apropiada y el diagrama de fases Fe-C de la figura adjunta, calcúlese la

concentración como una función de la posición en la región superficial del

acero. A la vez, graficar el resultado a intervalos de 0,02 cm desde la

superficie hasta una profundidad de 1 mm. Enseguida, graficar la dureza

semejante a la de recién templado que se obtendría con el tratamiento

térmico.

Dureza Rockwell C como una función del contenido de C para

aleaciones Fe-C con dureza semejante a las recién templada

8.- Los coeficientes de difusión de Ni en Fe a dos temperaturas, son los siguientes:

T (K) D (m2/s) 1473 2,2 x 10-15 1673 2,8 x 10-14

¿Cuál es el coeficiente de difusión a 1325 °C?

Considerar la expresión del coeficiente de difusión siguiente:

Siendo R = 8,314 Joule/mol°K

Respuesta al problema 8:

PROFESOR: HERNÁN JAIME M.

NOTA: RESOLVER EL PROBLEMA 7 ES OPCIONAL.