709219_4 LISTA DE EXERCÍCIOS MATERIAIS 1 2013

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4a LISTA DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA
1ª QUESTÃO:
A descarbonetação do aço pode ser expressa por uma outra solução da segunda lei de Fick:
Se um aço-carbono com 0,8% carbono for mantido 16 horas a 1300(C em uma atmosfera descarbonetante que mantém a concentração da superfície no valor de 0,1%C, a que profundidade o teor de carbono será de 0,6%C ? Usando os dados abaixo, calcule o coeficiente de difusão dado pela expressão.
D = Do exp 
	D (mm2 / s)
	10-6
	10-7
	10-8
	10-9
	T (0K )
	1350
	1300
	1200
	1150
	Y
	ERF(Y)
	Y
	ERF(Y)
	Y
	ERF(Y)
	Y
	ERF(Y)
	0
	0
	0,5
	0,521
	1,0
	0,843
	2,0
	0,995
	0,1
	0,112
	0,6
	0,604
	1,2
	0,910
	2,4
	0,999
	0,2
	0,223
	0,7
	0,678
	1,4
	0,952
	-
	-
	0,3
	0,329
	0,8
	0,742
	1,6
	0,976
	-
	-
	0,4
	0,428
	0,9
	0,797
	-
	-
	-
	-
Desenhe a curva de evolução do carbono com a profundidade? 
2ª QUESTÃO:
Calcule o tempo de cementação necessário para se atingir um teor de 0,8%C a uma profundidade de 0,8mm em uma amostra de aço que originalmente continha 0,2% de carbono. Suponha que o teor de carbono da superfície pode ser mantido no valor de 1,3% e o tratamento de cementação seja feito a 950°C.
 Dado: D( = 23 exp 
, mm2/s; D( = 0,62 exp 
,mm2/s
3ª QUESTÃO:
Uma peça de aço carbono ABNT 1010 é cementada a 950(C por tempo suficiente a que, numa profundidade de 0,15cm obtenha-se uma concentração de 0,40%C.A cementação é feita em meio gasoso de forma que, após esta, a estrutura da superfície seja constituída de 95% de perlita (%C=0,70) para qualquer tempo diferente de zero. Considerando-se o coeficiente de difusão constante e igual a D = 1,4 x 10-7 cm2/s para todas as composições, pede-se:
Calcule o tempo requerido para a cementação nesta temperatura.
 Se D = 27 exp (-17.400/T)(mm2/s), qual o incremento de temperatura requerido para se atingir uma concentração de 0,45%C a uma profundidade de 0,15 cm no mesmo tempo que se atingiu 0,40% a 950°C? 
Faça um gráfico da variação da composição percentual de carbono versus a profundidade para a barra de aço acima submetida a este processo termoquímico.
4ª QUESTÃO:
Determine o tempo de cementação necessário para se alcançar uma concentração de carbono de 0,30%C em uma posição de 4mm em liga Fe-C que inicialmente contem 0,10%C. A concentração superficial deve ser mantida em 0,90%C e o tratamento deve ser conduzido em 1100°C? 
D( = 23 exp 
, mm2/s; D( = 0,62 exp 
,mm2/s
5ª QUESTÃO:
Uma liga Fe-C inicialmente contendo 0,35%C é exposta à uma atmosfera livre de carbono e rica em oxigênio em 1127°C. Abaixo destas circunstâncias, o carbono difunde da liga e reage na superfície com o oxigênio na atmosfera , isto é, a concentração de carbono na superfície é mantida essencialmente em 0%C. Em que posição a concentração de carbono será de 0,15% após um tratamento de 10h? 
D( = 23 exp 
, mm2/s; D( = 0,62 exp 
,mm2/s
6ª QUESTÃO:
Nitrogênio de uma fase gasosa deve difundir no ferro puro a 675°C. Se a concentração deve ser mantida em 0,2%N, qual seria a evolução do nitrogênio com a distância após 25h de tratamento? O coeficiente de difusão do nitrogênio no ferro a 675°C é 1,9x 10E-11m2/s e o teor inicial de nitrogênio é 60ppm.Qual seria essa evolução se o elemento que difunde é o carbono, cujo 
D( = 23 exp 
, mm2/s; D( = 0,62 exp 
,mm2/s
7ª QUESTÃO:
A superfície de uma engrenagem deve ser endurecida por cementação seguido de beneficiamento. O carbono deve ser fornecido de uma atmosfera rica em carbono que é mantida em uma temperatura elevada. O tratamento de difusão em 850°C por 10 minutos aumenta a concentração em carbono para 0,90% em uma posição de 1,0 mm abaixo da superfície. Estime o tempo de difusão requerido a 650°C para alcançar esta mesma concentração também a 1,0mm da superfície.
 
D( = 23 exp 
, mm2/s; D( = 0,62 exp 
,mm2/s
8ª QUESTÃO:
A descarbonetação do aço ABNT 1008 pode ser expressa por uma outra solução da segunda lei de Fick Se esse aço for mantido 4 horas a 760ºC em uma atmosfera descarbonetante de H2 +N2 que mantém a concentração de superfície no valor de 0,05% C, pede-se: 
8.a	Calcular o coeficiente de difusão do carbono na austenita em função da temperatura, a partir das seguintes informações da tabela:
	Cx(%)
	X(mm)
	T(C)
	T(K)
	0,0675
	0,0005
	900
	1173
	0,0675
	0,0010
	950
	1223
	0,0675
	0,0015
	975
	1248
	0,0675
	0,0020
	1000
	1273
8.b	Calcule a curva de evolução para o carbono para a temperatura de 760°C com base no cálculo do item anterior?Justifique a diferença de resultado do coeficiente de difusão calculado no ítem 1.a com a fórmula dada abaixo?
DC( =0,62 exp (-84100/8,31T), mm2/s; DN( =0,47 exp (-76100/8,31T);mm2/s
DC( =23 exp (-148000/8,31T), mm2/s; DN( =0,34 exp (-140000/8,31T);mm2/s
9ª QUESTÃO:
Durante a cementação de um aço contendo 19 Mn Cr B 5 5 , 0,60%C é introduzido na superfície em 4,0 horas. 
9.a	Calcule o coeficiente de difusão do carbono na austenita em função da temperatura, a partir das espessuras de camada obtidas no processo (X,mm) da tabela abaixo:
	Espessura(cm)
	X(mm)
	T(C)
	T(K)
	0,030
	0,30
	900
	1173
	0,035
	0,35
	923
	1198
	0,040
	0,40
	950
	1223
	0,045
	0,45
	975
	1248
9.b	Calcule a curva de evolução para o carbono para a temperatura de 940°C com base no cálculo do item anterior? Compare o coeficiente de difusão calculado no item 1.a com a expressão abaixo, justificando a diferença?
DC( =0,62 exp (-84100/8,31T), mm2/s, DN( =0,47 exp (-76100/8,31T); mm2/s
 DC( =23 exp (-148000/8,31T), mm2/s, DN( =0,34 exp (-140000/8,31T); mm2/s
10ª QUESTÃO:
Sabendo-se que a concentração de nitrogênio se relaciona com a distância através da relação abaixo para um tratamento de nitretação:
N – N0= ((M / (2
)) .exp( _
), pede-se:
10.a)Se um aço-carbono ABNT H13(N0=0,0040%) for mantido 2 horas em uma banho de NaCN nitretante, calcule o coeficiente de difusão do nitrogênio na fase ferrítica presente, sabendo-se que o perfil de concentração de nitrogênio ocorreu , conforme tabela.
	Distância(mm)
	% Nitrogênio
	0,005
	0,150
	 0,010
	0,125
	 0,050
	0,100
	 0,075
	0,075
	 0,125
	0,067
	 0,200
	0,060
10.b) Calcule a temperatura de tratamento , supondo-se que o coeficiente de difusão médio pode ser determinado pela expressão:
DN( =0,47 exp (-76100/8,31T), mm2/s; DN( =0,34 exp (-140000/8,31T) mm2/s
10.c)Qual a profundidade de camada nesse tempo de tratamento? Faça um gráfico da variação da composição percentual de nitrogênio versus a profundidade para a barra de aço acima submetida a este processo em temperatura 50°C maior que a temperatura encontrada anteriormente?
11ª QUESTÃO:
A descarbonetação do aço pode ser expressa por uma outra solução da segunda lei de Fick.
11.a)Se um aço-carbono com 1,3% C for mantido 12horas em uma atmosfera descarbonetante que mantém a concentração da superfície no valor de 0,1%C, a que profundidade o teor de carbono será de 0,3%C ? Calcule o valor de M na expressão abaixo,sabendo-se que a concentração de carbono se relaciona com a distância através da relação:
C - Cs= ((M / (2
)) exp (
),
DC( =0,62 exp (-84100/8,31T),mm2/s; DC( =23 exp (-148000/8,31T), mm2/s
	Distância(mm)
	C - Cs (% Carbono)
	0,50
	0,500
	 0,65
	0,600
	 0,70
	0,650
	 0,80
	0,750
	 0,85
	0,800
	 0,90
	0,850
	1,00
	0,950
11.b)	Calcule a temperatura de tratamento considerando o processo de descarbonetação na ferrita?Desenhe a curva de evolução do carbono com a profundidade até atingir a abscissa correspondente a 0,5mm de profundidade?
12ª QUESTÃO:
Durante a cementação de um aço ABNT 10B19, 0,70%C é introduzido na superfície em 4,0 horas. 
12.a	Calcule o coeficiente de difusão do carbono na austenita em função da temperatura, a partir das espessuras de camada obtidas no processo (X,mm) da tabela abaixo:
	Espessura(cm)X(mm)
	T(C)
	T(K)
	0,020
	0,20
	900
	1173
	0,025
	0,25
	923
	1198
	0,030
	0,30
	950
	1223
	0,035
	0,35
	975
	1248
12.b	Calcule a curva de evolução para o carbono para a temperatura de 940°C com base no cálculo do item anterior? Compare o coeficiente de difusão calculado no item 1.a com a expressão abaixo, justificando a diferença?
DC( =0,62 exp (-84100/8,31T), mm2/s; DN( =0,34 exp (-76100/8,31T); mm2/s
 DC( =23 exp (-148000/8,31T) mm2/s; DN( =0,47exp (-140000/8,31T) ; mm2/s
13ª QUESTÃO:
Uma peça de aço carbono C20 foi cementada até uma profundidade de camada de 0,3mm em temperatura de 1000°C. O diagrama Fe-C mostra que, nesta temperatura, o ferro pode dissolver até uma concentração máxima de 1,4%C. O coeficiente de difusão pode ser tomado como: 
Calcule o tempo necessário para cementação, se a profundidade acima deve ter em teor de carbono de 0,5%C? 
_1018186966.unknown
_1117704913.unknown
_1159024373.unknown
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