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Autora: Ing. Pichipil
CONOCIMIENTO DE MATERIALES I (67.13)
TP Nº 5 – DIFUSIÓN EN ESTADO SÓLIDO
Ejercicio 1.- Indicar V o F (justifique su respuesta):
1.a.- En un dado sistema, átomos como el H ó el N, difunden más fácilmente por el mecanismo
de vacancias que por el intersticial o intercambio de átomos;
1.b.- La segunda ley de Fick, se aplica sólo en casos donde la Temperatura se mantiene
constante;
1.c.- Durante un tratamiento de cementación, los aceros de muy bajo carbono (ej. 0.1%C),
presentan un proceso difusivo inicial del C mucho más lento que en aceros de mayor
concentración de C (ej 0.3%C);
1.d.- A mayor T, menor movilidad atómica y por ende menor coeficiente de difusión;
Ejercicio 2.- Suponga que Ud dirige las operaciones de un taller mecánico. Una empresa
distribuidora de gases industriales llega a su taller para preguntarle si pueden fabricarles
recipientes esféricos de 0.5 mm de espesor para guardar H2 (g). Estos recipientes deberán
operar a 250ºC y debido a restricciones de seguridad industrial la pérdida de hidrógeno a través
de las paredes del recipiente deber ser la menor posible. Para seleccionar el material, dispone
de las siguientes opciones:
Material D0 (cm 2 /seg) Q (cal/mol)
Niquel 0.0055 8900
Aluminio 0.1600 10340
Cobre 0.110 9380
Hierro 0.0012 3600
2.1.-¿Cuál de estos materiales seleccionaría para garantizar que se pierde la menor cantidad
posible de H2 y por qué?
2.2.-Suponiendo que la concentración de hidrógeno dentro del recipiente es de 5.10 8 at/cm 3 y
que los sensores detectan perdidas de 2.10 2 at/cm 3 (ambas constantes); calcular el flujo
difusivo y dibujar el perfil de concentraciones a través del espesor. (R: 1,987 cal/molK ) Para
disminuir la perdida ¿recomendaría aumentar la temperatura del sistema? Justifique
2.3.- ¿Qué mecanismo difusivo se encuentra asociado a este proceso? ¿Qué otros
mecanismos conoce? Describa brevemente cada uno.
Ejercicio 3.- En la siguiente tabla, se presentan los coeficientes de difusión del C en titanio alfa
(estructura hcp) y en Fe-α (estructura bcc), calcular:
3.a.- El D0 y la energía de activación para la difusión
del C en Ti-α
3.b.-Calcular el coeficiente de difusión del C en Fe-α
a 400ºC
3.c.- ¿Qué conclusiones podría dar respecto de los
resultados obtenidos y la información suministrada?
Temperatura D (cm
(ºC)
2 /seg) D (m
en Ti-α
2 /seg)
en Fe-α
500 3.34112 10 -12 2.3 10 -12
782 5 10 -9 6.57263 10 -11
900 3.74519 10 -8 1.6 10 -10
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Autora: Ing. Pichipil
CONOCIMIENTO DE MATERIALES I (67.13)
Ejercicio 4.-
Se desea fabricar una pieza metálica que tenga un núcleo muy dúctil y una dureza superficial
alta. Para ello se cuenta con dos piezas de acero SAE 1035 y 1010, y se sabe que para
conseguir las propiedades óptimas la dureza a una profundidad de 0.2 cm de la superficie debe
ser de 200 HB. El acero se colocará en un horno que trabajará entre los 900ºC-1200ºC, en una
atmósfera que le proporcionará 1.2% de C. Diseñe el tratamiento termoquímico que optimice el
tiempo, señalando:
4.a.-Material y temperatura con la que trabajaría para conseguir su objetivo, justificando su
elección;¿Cuál es la principal desventaja de realizar el tratamiento a la temperatura que
optimiza el tiempo?
4.b.-El tiempo necesario para lograrlo; dibuje el perfil de concentraciones en función de la
posición para t0=0, t1 > t0 y t2=∞
4.c.-¿Qué otros tratamientos termoquímicos conoce? Breve descripción
Datos R: 1.987 cal/molK Fig. 2
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