Lista de Exercicios Difusao

Prévia do material em texto

Exercícios – Cap. 5 -7ª Ed. Callister 
Difusão 
 
Resolva os seguintes exercícios: 
5.7 Uma chapa de aço com 2,5 mm de espessura está 
sob uma temperatura de 900°C e sob uma atmosfera 
de nitrogênio em ambos os lados. Deixou-se atingir 
uma condição de difusão em regime estacionário. O 
coeficiente de difusão para o nitrogênio no aço a essa 
temperatura é de 1,2 x 10
-10 
m
2
/s e o fluxo de difusão 
foi determinado como de 1,0 x 10
-7
 kg/m
2
s. Sabe-se 
também, que a concentração de nitrogênio no aço, na 
superfície sob alta pressão é de 2 kg/m
3
. A que 
profundidade da chapa, a partir desse lado com 
pressão elevada, a concentração será de 0,5 kg/m
3
? 
Considere um perfil de concentração linear. 
5.8 Uma chapa de ferro CCC, com 2 mm de 
espessura, foi exposta, a 675°C, a uma 
atmosfera gasosa carbonetante em um de 
seus lados e a uma atmosfera 
descarbonetante no outro lado. Após ter 
atingido uma condição de regime 
estacionário, o ferro foi resfriado 
rapidamente até a temperatura ambiente. As 
concentrações de carbono nas duas 
superfícies da chapa foram determinadas 
como 0,015 e 0,0068 %p. Calcule o 
coeficiente de difusão se o fluxo de difusão é 
de 7,36 x 10
-9
 kg/m
3
s. Sugestão: Converta as 
concentrações de porcentagem em peso para 
quilogramas de carbono por metro cúbico de 
ferro. 
5.11 Determine o tempo de carbonetação necessário 
para atingir uma concentração de carbono de 0,30%p 
em uma posição a 4 mm da superfície de uma liga 
ferro-carbono contendo inicialmente 0,10%p C. A 
concentração na superfície deve ser mantida em 
0,90%pC e o tratamento conduzido a 1100°C. Utilize os 
dados de difusão para o Fe da tabela 5.2. 
5.12 Uma liga ferro-carbono CFC contendo 
inicialmente 0,55%p C está exposta a uma 
atmosfera rica em oxigênio e virtualmente 
isenta de carbono, à temperatura de 1325 k 
(1052°C). Sob essas circunstâncias, o carbono 
se difunde da liga e reage na superfície com o 
oxigênio da atmosfera, ou seja, a 
concentração de carbono na superfície é 
mantida essencialmente em 0%p C. Em qual 
posição a concentração de carbono será de 
0,25%p após um tratamento com 10 horas de 
duração? O valor de D, a 1325 K, é de 4,3 x 
10
-11
 m
2
s. 
5.21 Os coeficientes de difusão para o níquel no ferro 
são dados para duas temperaturas: 
 
(a) Determine os valores de D0 e da energia de 
ativação Qd. 
(b) Qual é a magnitude de D a 1300°C (1573 K)? 
 
T (K) D (m
2
/s) 
1473 2,2 x 10
-15
 
1673 4,8 x 10
-14
 
5.24 O carbono se difunde em uma placa de 
aço com 10 mm de espessura. As 
concentrações de carbono nas duas faces, 
mantidas constantes, são 0,85 e 0,40 kg C/m
3
 
Fe. Se a constante pré-exponencial e a 
energia de ativação são de 6,2 x 10
-7
 m
2
/s e 
80.000 J/mol, respectivamente, calcule a 
temperatura na qual o fluxo de difusão é 6,3 x 
10
-10
 kg/m
2
s.