difusao exercicios

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PUCRS
	
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS
Faculdade de Engenharia
Faculdade de Física
Faculdade de Química
	
PGETEMA
Fundamentos de Ciência dos Materiais
Profa. Eleani M. da Costa
Lista II: Exercícios sobre Difusão
Suponha que uma chapa fina de ferro a 700(C, tenha um de seus lados exposta a uma atmosfera carborizante (rica em carbono) e seu outro lado a uma atmosfera descarborizante. Supondo que o estado estacionário seja alcançado, calcule o fluxo de átomos de carbono que se difundem através desta chapa se a concentração de carbono nas posições de 5 e 10 mm da superfície é 1,2 e 0,8 kg/m3, respectivamente. Assumo que o coeficiente de difusão do carbono do ferro nesta temperatura é 3x10-11 m2/s.
R: 2,4 x 10 -9 kg/m2/s
Para algumas aplicações é necessário endurecer a superfície dos aços para conferir maior resistência ao desgaste. Uma maneira de fazer isso é através do processo de cementação gasosa, na qual há um aumento da concentração de carbono na superfície através da introdução de átomos de carbono (proveniente de um gás, como o metano) por difusão à elevadas temperaturas. Considerando um aço cuja concentração inicial de carbono é 0,25% que seja submetido à cementação à 900(C e que a concentração de carbono na superfície seja aumentada e mantida a 1,2%, calcule quanto tempo é necessário para tingir uma concentração de 0,8% de Carbono a 5mm abaixo da superfície.
D= 1,6x10-11 m2/s.
R= 7,1 h
Os coeficientes de difusão do cobre no alumínio a 500(C e 600(C são 4,8x10-14 m2/s e 5,3x10-13 m2/s, respectivamente. Calcule o tempo aproximado a 500(C que irá produzir os mesmos resultados da difusão (em termos da concentração do cobre em algum ponto específico no alumínio) se a mesma fosse realizada à 600(C durante 10 h.
R= 110,4 h
Explique como os defeitos cristalinos contribuem para a difusão.
Explique porque a difusão de intersticiais é mais rápida que a difusão de vacâncias.
A difusão é mais rápida no contorno de grão ou na superfície? Por quê?
Quais são as principais forças motrizes para que ocorra a difusão?
Cite 3 exemplos práticos de processos que são baseados em fenômenos difusivos.
Quais são os principais parâmetros que governam a difusão?
De que depende o coeficiente de difusão?
Quais são os principais fatores da estrutura dos materiais que favorecem a difusão?
Quais são os principais fatores da estrutura dos materiais que dificultam a difusão?
A difusão de uma impureza intersticial se dá mais facilmente no ferro ccc ou no ferro cfc? Explique.
A purificação do gás hidrogênio pode ser feita por difusão usando uma folha de paládio. Calcule quantos kilogramas de hidrogênio passa por hora através de uma lâmina de paládio de 6 mm de espessura e de área de 0,25 m2 a 600(C. Suponha que o coeficiente de difusão do hidrogênio é 1,7X10-8 m2/s, que a pressão do hidrogênio nos lados de alta e baixa pressão é de 2 e 0,4 Kg/m3 , respectivamente e que o estado estacionário seja atingido.
R= 4,1X10-3 Kg/h
Uma chapa fina de ferro ccc de 2,0 mm de espessura foi exposto a uma atmosfera carborizante (rica em carbono) em um lado e descarborizante no outro lado a 675 (C. Depois de alcançado o estado estacionário, o ferro foi rapidamente resfriado até a temperatura ambiente. A concentração de carbono determinada em ambos os lados da chapa foi 0,0015 e 0,0068% em peso. Calcule o coeficiente de difusão se o fluxo difusivo foi de 7,36x10-9 Kg/m2.s. 
R= 2,3x10-11 m2/s
Determine o tempo necessário para carburização (cementação) para alcançar uma concentração de carbono de 0,3% a uma posição de 4mm da superfície de um aço que continha inicialmente 0,1% de carbono. A concentração de carbono na superfície deve ser mantida em 0,9% e o tratamento foi realizado a 1100(C. Use o coeficiente de difusão tabelado para o ferro (.
R= 31,3 h
Para um aço determinou-se que o tempo de 15 horas para o processo de carburização (cementação) promove um aumento na concentração de carbono para 0,35% a 2,0 mm da superfície da peça. Estime o tempo necessário para alcançar a mesma concentração de carbono a 6 mm da superfície.
R= 135 h
A que temperatura o coeficiente de difusão do zinco no cobre alcançará o valor de 2,6x10-16 m2/s.
R= 901K
Os coeficiente de difusão do Níquel no Ferro a 1473 K e 1673 K são 2,2x10-15 m2/s e 4,8x10-14 m2/s, respectivamente.
Determine os valores de Do e da energia de ativação (Qo).
R= Do= 3,5x10-4 m2/s e Qo= 316 KJ/mol
Qual é o valor de D a 1300(C?
R= 1,1x10-14 m2/s
O Carbono é difundido através de uma lâmina de aço de 15 mm de espessura. A concentração de carbono nas duas faces são 0,65 e 0,30 Kg/m3 de Fe, os quais são mantidas constantes. Se Do e a energia de ativação são 6,2x10-7 m2/s e 80.000 J/mol, respectivamente, calcule a temperatura na qual o fluxo de difusão será 1,43x10-9 Kg/m2.s.
R= 1044K
Duas chapas metálicas, A e B, são colocadas em contato íntimo uma com a outra. Depois de 30 horas de aquecimento a 1000 K e subsequente resfriamento até a temperatura ambiente a concentração de A em B foi de 3,2% a 15 mm da superfície do metal B. Se outro processo de aquecimento fosse realizado com esses mesmos metais por 30 horas mas a uma temperatura de 800 K, a que posição da superfície encontraríamos a concentração de A em B de 3,2%? Assuma Do= 1,8x10-5 m2/s e Qo= 152 KJ/mol.
R= 1,6 mm