FISICA DEL ESTADO SOLIDO Título: TEMARIO UNIDAD 4 DIFUSIÓN

Jahaziel Isaí Flores Chávez

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Título: TEMARIO UNIDAD 4 DIFUSIÓN

Física del estado solido

Instituto Tecnológico de Saltillo

Ingeniería en Materiales

[pic 1]

1. Considerando un gas de engranaje de un acero a 927ºC. Calcule el tiempo necesario para aumentar el contenido de carbono a 0.4% a 50mm de la superficie a partir de los siguientes datos:

Cs= 0.90%

Co= 0.20% D927ºC=1.28*10-11 m2/s

[pic 2]

1. La superficie del acero se endurece por medio de un proceso de cementación (difusión de C en matriz de Fe-γ(FCC) a una temperatura de 1000

ºC. Se observa una caída en la concentración de carbono del 5 al 4 por 100 (atómico) a una distancia entre 1 y 2 mm de la superficie del acero. ¿Cuál es el flujo de átomos de C en el acero en esa zona?

(Datos: ρ Fe-γ(FCC)  a 1000 ºC = 7,63 g/cm3,  D0 C en Fe-γ = 20·10-6 m2/s)

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1. Se utiliza un medio carbonoso ( un gas hidrocarburo) para mantener el contenido de carbono en la superficie igual a un 1, 0 % en peso. El contenido inicial de carbono en el acero (c0) es un 0,2 por ciento en peso. Utilizando la tabla de la función error, calcular el tiempo que sería necesario mantener el acero a 1000 ºC de temperatura para alcanzar un contenido en carbono = 0,6 por ciento en peso a una distancia de la superficie igual a 1mm.

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1. Determínese la temperatura de tratamiento térmico necesaria para aumentar el contenido en carbono desde el 0.18% en peso hasta un 0,3% en peso a 0.6 mm de la superficie en una pieza de acero sometida a un proceso de cementación, por consideraciones de coste no debe superar las 4horas. El contenido en carbono del medio de cementación es de 1,10% en peso. El factor de frecuencia para la difusión del carbono en el material considerado es 2.0x10-5 m2/s. La energía de activación para la difusión del carbono en hierro es de 142 KJ/mol. Sabiendo que R= 8.314J/molK.

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1. Determínese el espesor de una capa enriquecida hasta un 0,75% en carbono generada desde el exterior de una pieza de acero, cuyo contenido nominal de carbono en peso es del 0,15%, y que es sometida a un proceso de cementación a 925ºC de 4 horas. El contenido de carbono del medio de cementación es de 1.10% en peso. No se dispone de dato de difusividad del carbono en hierro a 925ºC pero se sabe que a 1000ºC, su valor es de 3x10-11 m2/s. La energía de activación para la difusión de carbono en hierro es de 142KJ/mol.

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1. Se va a someter a una lámina de acero de 2,5mm a un tratamiento de nitruración gaseosa a 900ºC a alta presión. En la cara de mayor presión se han obtenido datos de concentración del nitrógeno de 2kg/m3. El flujo de difusión a esta temperatura es de 1.0x107kg/m2s. Para realizar unas mediciones de mantenimiento se necesita obtener un concentración de 0.5kg/m2, suponiendo un perfil de concentración lineal, a qué distancia de la superficie debemos medir? Nota: Do= 1.2x10-10 m2/s Q=142 KJ/mol

1. Tenemos una lámina delgada de hierro sin contenido previo de carbono. El espesor total de esta lámina es de 2.5 mm. Se quiere realizar una cementación, para conseguir un contenido medio de 0.3Kg/m3 en C, para ello se trabaja en una atmósfera de 0.9 Kg/m3 en peso de C. La temperatura de trabajo es 1020ºC. El coeficiente de difusión del hierro a esta temperatura de 4.8x10-10 m2/s. Además, se han hecho diferentes pruebas y se sabe que el flujo estacionario medido desde el exterior de la pieza a esa temperatura sería en torno a -2x10-7 kg/(m2s), ¿qué tiempo debemos aplicar para conseguir esa concentración?

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1. La superficie de un acero puede ser endurecida por cementación (difusión de carbono en acero). Durante un tratamiento a 1000ºC hay un gradiente de concentración de carbono de 8% a 7% entre las distancias de 2 y 3 mm desde la superficie del acero. Estimar el flujo de átomos de carbono en el acero en la región próxima a la superficie. Datos  a 1000ºC: ργ-Fe=7.63g/cm3; MA=55.85g, Dc enγ-Fe=2.98·10-11m2/s.

[pic 9]

1. En un engranaje de acero 1018 (0.18% de C en peso) se realiza una cementación a 927ºC. Calcule el tiempo necesario para incrementar el contenido en C hasta 0.3% en peso a 0.6 mm por debajo de la superficie del engranaje. Suponga el contenido de C en la superficie es de 1% en peso. Datos:

Dc Fe=1.28·10-11m2/s.

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