A resistência ao desgaste de um eixo de aço deve ser melhorada pelo endurecimento da sua superfície. Isso pode ser obtido pelo aumento do teor de n...

Question

A resistência ao desgaste de um eixo de aço deve ser melhorada pelo endurecimento da sua superfície. Isso pode ser obtido pelo aumento do teor de nitrogênio no interior de uma camada superficial mais externa, como resultado da difusão do nitrogênio para o interior do aço. O nitrogênio deve ser fornecido a partir de um gás externo rico em nitrogênio a uma temperatura elevada e constante. O teor inicial de nitrogênio no aço é de 0,002%p, enquanto a concentração na superfície deve ser mantida em 0,50%p. Para que o tratamento seja efetivo, um teor de nitrogênio da ordem de 0,10%p precisa ser estabelecido em uma posição a 0,40 mm abaixo da superfície. Para tais condições, especifique a relação entre a temperatura e o tempo de duração do tratamento térmico, para o intervalo de temperaturas de 500 oC a 600oC. A constante pré exponencial e a energia de ativação para a difusão do nitrogênio no ferro são de 3 x 10-7 m2/s e 79.150 J/mol, respectivamente, ao longo dessa faixa de temperaturas.

A resistência ao desgaste de um eixo de aço deve ser melhorada pelo endurecimento da sua superfície.
Isso pode ser obtido pelo aumento do teor de nitrogênio no interior de uma camada superficial mais externa, como resultado da difusão do nitrogênio para o interior do aço.
O nitrogênio deve ser fornecido a partir de um gás externo rico em nitrogênio a uma temperatura elevada e constante.
O teor inicial de nitrogênio no aço é de 0,002%p, enquanto a concentração na superfície deve ser mantida em 0,50%p.
Para que o tratamento seja efetivo, um teor de nitrogênio da ordem de 0,10%p precisa ser estabelecido em uma posição a 0,40 mm abaixo da superfície.
Especifique a relação entre a temperatura e o tempo de duração do tratamento térmico, para o intervalo de temperaturas de 500 oC a 600oC.
A constante pré exponencial e a energia de ativação para a difusão do nitrogênio no ferro são de 3 x 10-7 m2/s e 79.150 J/mol, respectivamente, ao longo dessa faixa de temperaturas.

Ed · Answer

A relação entre a temperatura e o tempo de duração do tratamento térmico pode ser obtida pela equação de difusão de Fick, que é dada por:

C(x,t) = Co + (Cs - Co) * [1 - erf(x/2 * sqrt(D * t))]

Onde:
- C(x,t) é a concentração de nitrogênio em uma profundidade x abaixo da superfície do aço, em um tempo t;
- Co é a concentração inicial de nitrogênio no aço (0,002%p);
- Cs é a concentração de nitrogênio na superfície do aço (0,50%p);
- D é o coeficiente de difusão do nitrogênio no aço, que pode ser calculado pela equação de Arrhenius: D = D0 * exp(-Q/RT), onde D0 é a constante pré-exponencial (3 x 10^-7 m^2/s), Q é a energia de ativação (79.150 J/mol), R é a constante dos gases ideais (8,314 J/mol.K) e T é a temperatura absoluta (K);
- erf é a função erro.

Para obter a relação entre a temperatura e o tempo de duração do tratamento térmico, é necessário resolver a equação de difusão de Fick para x = 0,40 mm e C(x,t) = 0,10%p, para cada temperatura no intervalo de 500 oC a 600 oC. Isso pode ser feito numericamente, por meio de métodos computacionais ou tabelas de soluções analíticas da equação de difusão de Fick.

A resistência ao desgaste de um eixo de aço deve ser melhorada pelo endurecimento da sua superfície. Isso pode ser obtido pelo aumento do teor de n...

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