4ª Lista de exercício MCM

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ 
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ 
FACULDADE DE ENGENHARIA 
 
4ª Lista de Exercício MCM 
1ª) O coeficiente de difusão do Cr3+ no Cr2O3 é de 6 x 10-15 cm2/s a 727 °C e de 1 x 10-9 cm2/s a 
1400 °C. Calcule. 
a) A energia de ativação; e 
b) A constante Do 
 
2ª) Sem conhecimento prévio dos dados verdadeiros, é possível prever se a energia de ativação 
para a difusão do carbono no ferro CFC será maior ou menor que a do ferro CCC? Justifique 
 
3ª) Qual é a força motriz da difusão? 
 
4ª) Explique como os defeitos cristalinos contribuem para a difusão. 
 
5ª) Explique porque a difusão de intersticiais é mais rápida que a difusão de vacâncias. 
 
6ª) A difusão é mais rápida no contorno de grão ou na superfície? Por quê? 
 
7ª) Cite 3 exemplos práticos de processos que são baseados em fenômenos difusivos. 
 
8ª) Quais são os principais parâmetros que governam a difusão? 
 
9ª) A difusão de uma impureza intersticial se dá mais facilmente no ferro CCC ou no ferro 
CFC? Explique. 
 
10ª) De que depende o coeficiente de difusão? 
 
11ª) Uma amostra de silício com 0,2 mm de espessura é submetida a um gradiente de 
concentração constante de antimônio. Uma das superfícies contém um átomo de Sb para cada 
108 átomos de Si, ao passo que a outra superfície contém 500 átomos de Sb para cada 108 
átomos de Si. O parâmetro de rede para o Si é de 0,5407 nm, a estrutura cúbica do tipo diamante 
do si apresenta 8 atómos/célula. Calcule o gradiente de concentração em termos de: 
a) Percentual atômico de Sb por cm; e 
b) Sb átomos/cm3.cm 
 
 
12ª) Os coeficientes de difusão do cobre no alumínio a 500°C e 600°C são 4,8.10-14 m2/s e 
5,3.10-13 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 a 600°C durante 10 h. 
 
 
13ª) A purificação do gás hidrogênio pode ser feita por difusão usando uma folha de paládio. 
Calcule quantos quilogramas 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 1,7.10-8 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. 
 
 
14ª) Um aço com 0,35% C está exposto a uma atmosfera isenta de carbono a temperatura de 
1227 °C durante um tempo de 10 horas. Determine a que profundidade o teor de carbono será 
de 0,15%. 
 
 
15ª) Determine o tempo de carbonetação necessário para atingir uma concentração de carbono 
de 0,3% em uma posição a 4 mm da superfície de uma liga ferro-carbono contendo inicialmente 
0,1% C. A concentração na superfície deve ser mantida em 0,9% C e o tratamento conduzido a 
1100°C. 
 
16ª) Para uma liga de aço, foi determinado que um tratamento térmico de carbonetação com 
duração de 15h irá elevar a concentração de carbono para 0,35% em um ponto a 2 mm da 
superfície. Estime o tempo necessário para atingir a mesma concentração em uma posição a 6 
mm da superfície para um aço idêntico e à mesma temperatura de carbonetação. 
 
17ª) Sabemos que são necessárias 10 h para cementar adequadamente um lote de 500 
engrenagens de aço a 900°C. Nessa temperatura, o aço tem uma estrutura CFC. Sabemos 
também que operar o forno de cementação a 900°C custa $1.000 unidades monetárias por hora e 
$1.500 por hora caso seja operado a 1.000°C. É econômico aumentar a temperatura de 
cementação para 1.000°C? 
 
18ª) Uma folha de ferro CCC com 0,0254 mm é usada para separar um gás com alto teor de gás 
hidrogênio (H2) de uma mistura com baixo teor de hidrogênio a 650°C. A concentração de 
5x108 átomos/cm3 de H está presente em um dos lados da folha e existe 2x103 átomos/cm3 de H 
do outro lado. Determine 
a) O gradiente de concentração do hidrogênio; e 
b) O fluxo de hidrogênio através da folha. 
 
19ª) (a) Cite três razões pelas quais as ligas ferrosas são usadas tão extensivamente. (b) Cite três 
características das ligas ferrosas que limitam sua utilização. 
 
20ª) Com base na microestrutura, explique sucintamente por que o ferro fundido cinzento é 
frágil e pouco resistente em tração. 
 
21ª) Compare os ferros fundidos cinzento e maleável em relação à (a) composição e tratamento 
térmico, (b) microestrutura e (c) características mecânicas 
 
22ª) O nitrogênio de uma fase gasosa deve difundir para o interior de um ferro puro a 675°C. Se 
a concentração superficial for mantida em 0,2% N, qual será a concentração a 2 mm da 
superfície após 25 horas? O coeficiente de difusão para o nitrogênio no ferro, a 675°C, é de 
1,9x10-11 m2/s. 
 
23ª) Quais os tipos de aço inoxidáveis e suas aplicações? 
 
24ª) Explique por que os aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos não são tratáveis 
termicamente.