Difusão em Ciência e Tecnologia de Materiais

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Lista - DIFUSÃO 
 
 
Ciência e Tecnologia de Materiais 1o semestre 2015 
 
1- Explique como os defeitos cristalinos contribuem para a 
difusão. 
 
2- Explique porque a difusão de intersticiais é mais rápida que 
a difusão de vacâncias. 
 
3- A difusão é mais rápida no contorno de grão? Por quê? 
 
4- Cite dois exemplos práticos de processos que são baseados 
em fenômenos difusivos. 
 
5- Quais são os principais parâmetros que governam a difusão? 
 
6- De que depende o coeficiente de difusão? 
 
7- Quais são os principais fatores da estrutura dos materiais 
que favorecem a difusão? 
 
8- Quais são os principais fatores da estrutura dos materiais 
que dificultam a difusão? 
 
9- A difusão de uma impureza intersticial se dá mais 
facilmente no ferro ccc ou no ferro cfc? Explique. 
 
10- 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 5 mm de espessura e de área de 0,20 m
2
 a 500C. 
Suponha que o coeficiente de difusão do hidrogênio é 1,0 x 
10
-8
 m
2
/s, que as concentrações de hidrogênio nos lados de 
alta e baixa pressão sejam de 2,4 e 0,6 Kg de hidrogênio por 
m
3
 de paládio, respectivamente, e que o estado estacionário 
seja atingido. (resp.: M = 2,6 x 10
-3
 Kg/h) 
 
11- Uma chapa de ferro CCC de 1,0 mm de espessura foi 
exposto a uma atmosfera carbonetante (rica em carbono) em 
um lado e descarbonetante no outro lado, à temperatura de 
725 C. Depois de alcançado o estado estacionário, o ferro 
foi rapidamente resfriado até a temperatura ambiente. As 
concentrações de carbono determinadas em ambos os lados 
da chapa foram de 0,012 e 0,0075%p (% em peso). Calcule 
o coeficiente de difusão se o fluxo difusivo foi de 1,4 x 10
-8
 
Kg/m
2
.s. (resp.: D = 3,95 x 10
-11
 m
2
/s) 
 
12- Determine o tempo de carbonetação (cementação) 
necessário para atingir uma concentração de carbono de 
0,45%p em uma posição de 2mm em direção ao interior de 
uma liga ferro-carbono contendo inicialmente 0,2%p de 
carbono. A concentração de carbono na superfície deve ser 
mantida em 1,30%pC, e o tratamento foi realizado a 
1000C. Utiliza as informações para o Fe-γ. Consulte as 
tabelas 1 e 2. (resp.: t = 19,7 h) 
 
13- Uma liga ferro-carbono com estrutura cristalina CFC 
contendo inicialmente 0,35%pC está exposta a uma 
atmosfera rica em oxigênio e virtualmente isenta de 
carbono, a 1400 K. Sob essas circunstâncias, o carbono se 
difunde da liga e reage com o oxigênio na atmosfera 
(descarbonetação), isto é, a concentração de carbono na 
superfície é mantida essencialmente em 0%PC. Em qual 
posição a concentração de carbono será de 0,15%pC após 
um tratamento de 10h ? O valor de “D” a 1400 K é de 6,9 x 
10
-11
 m
2
/s. (resp.: x = 1,26 mm) 
 
14- Determine os valores dos coeficientes de difusão para a 
interdifusão do carbono no ferro  (CCC) e no ferro  
(CFC) à 900 
o
C. Qual valor é maior ? Explique por que isso 
acontece. Consulte a tabela 1. (resp.: D = 1,7 x 10
-10
 m
2
/s; 
D = 5,8 x 10
-12
 m
2
/s) 
 
15- Calcule o valor de “D” para a difusão do zinco no cobre a 
650 
o
C. Consulte a tabela 1. (resp.: D = 4,8 x 10
-16
 m
2
/s) 
 
16- A qual temperatura o coeficiente de difusão para a difusão 
do cobre no níquel possui um valor de 6,5 x 10
-17
 m
2
/s? 
Consulte a tabela 1. (resp.: T  1152 K) 
 
17- A constante pré-exponencial e a energia de ativação para a 
difusão do ferro no cobalto são de 1,1 x 10
-5
 m
2
/s e 253.300 
J/mol, respectivamente. A qual temperatura o coeficiente de 
difusão terá um valor de 2,1 x 10
-14
 m
2
/s ? (resp.: T = 1518 
K) 
 
18- A energia de ativação para a difusão do carbono no cromo é 
de 111.000 J/mol. Calcule o coeficiente de difusão a 1100 
K, sabendo-se que “D” a 1400 K é de 6,25 x 10-11 m2/s. 
(resp.: D = 4,6 x 10
-12
 m
2
/s) 
 
19- Os coeficientes de difusão para o ferro no níquel são dados 
a duas temperaturas diferentes: 
 
T (K) D (m
2
/s) 
1273 9,4 x 10
-16
 
1473 2,4 x 10
-14
 
 
a) determine os valores de D0 e da energia de ativação 
Qd, (resp.: Qd = 252,4 x 10
3
 J/mol, D0 = 2,2 x 10
-5 
m
2
/s) 
b) qual é a magnitude de “D” a 1100 oC ? (resp.: D = 5,4 
x 10
-15
 m
2
/s) 
 
20- O Carbono é difundido através de uma placa de aço de 15 
mm de espessura. A concentração de carbono nas duas faces 
são 0,65 e 0,30 Kg/m
3
 de Fe, os quais são mantidas 
constantes. Se Do e a energia de ativação são 6,2 x 10
-7
 m
2
/s 
e 80.000 J/mol, respectivamente, calcule a temperatura na 
qual o fluxo de difusão será 1,43 x 10
-9
 Kg/m
2
.s. (resp.: 
1044 K) 
 
21- O fluxo de difusão em estado estacionário através de uma 
placa metálica é de 5,4 x 10
-10
 kg/m
2
s a uma temperatura de 
727 
o
C, enquanto o gradiente de concentração é de – 350 
kg/m
4
. Calcule o fluxo de difusão a 1027 
o
C para o mesmo 
gradiente de concentração e assumindo uma energia de 
ativação para a difusão de 125.000 J/mol. (resp.: J = 1.74 x 
10
-8
 kg/m
2
s)