241808614 1 LABORATORIO 2011 Difusion de Carbono en El Hierro AISI8620 doc

PRACTICA N° 01

I. TITULO: “DIFUSION DE CARBONO EN EL ACERO AISI 8620”

II. OBJETIVOS:
1. Aplicar el fundamento teórico del proceso de difusión en el acero AISI 8620.
2. Demostrar que la Segunda Ley de Fick, gobierna el proceso de difusión de carbono en el hierro.
3. Calcular el espesor de la capa de difusión en función de la temperatura y el tiempo.
4. Evaluar las curvas de penetración decarbono hacia el interior del acero.

III. FUNDAMENTOS TEÓRICOS:
3.1 Difusión:
La difusión puede ser definida como transporte de masa (migración de átomos), depende y depende del tiempo, temperatura y gradientes de concentración. Este fenómeno ocurre en sólidos, líquidos y gases. El transporte de masa en líquidos y sólidos se origina generalmente debido a una combinación de convección (movilización defluido) y difusión. En los sólidos, estos movimientos atómicos quedan restringidos (no existe convección), debido a los enlaces que mantienen los átomos en las posiciones de equilibrio, por lo cual el único mecanismo de transporte de masa es la difusión.
La difusión también es el movimiento de los átomos en un material. Los átomos se mueven de manera ordenada, tendiendo a eliminar las diferenciasde concentración y producir una composición homogénea en el material.
La difusión interviene en el tratamiento térmico de metales, en la manufactura de cerámicos, en la solidificación de materiales, en la fabricación de transistores y celdas solares, y aun en la conductividad eléctrica de muchos materiales cerámicos.
Hay dos tipos principales de difusión: la intersticial y la de vacancias osustitucional





3.1.1. Mecanismo de difusión por vacantes o sustitucional
Los átomos pueden moverse en las redes cristalinas desde una posición a otra si hay presente suficiente energía de activación, proporcionada ésta por la vibración térmica de los átomos, y si hay vacantes u otros defectos cristalinos en la estructura para que ellos los ocupen. Las vacantes en los metales son defectos enequilibrio, y por ello algunos están siempre presentes para facilitar que tenga lugar la difusión sustitucional de los átomos. Según va aumentando la temperatura del metal se producirán más vacantes y habrá más energía térmica disponible, por tanto, el grado de difusión es mayor a temperaturas más altas.
La energía de activación para la difusión propia es igual a la suma de la energía de activaciónnecesaria para formar la vacante y la energía de activación necesaria para moverla.
La siguiente tabla presenta la relación de algunas energías de activación para la autodifusión en metales puros.

Metal
Punto de
fusión, °C
Rango de temperatura estudiado, °C
Estructura
Cristalina
Energía de
Activación, KJ/mol
Cinc
419
240-418
HCP
91.6
Aluminio
660
400-610
FCC
165
Cobre
1083
700-990
FCC
196
Níquel
1452900-1200
FCC
293
Hierro a
1530
808-884
BCC
240
Molibdeno
2600
2155-2540
BCC
460


Se pude observar que a medida que incrementa el punto de fusión del material. La energía de activación también aumenta. Esto se da porque los metales con temperatura de fusión más alta tienden a mayores energías de enlace entre sus átomos.
La difusión también puede darse por el mecanismo de vacantes en solucionessólidas. La diferencia entre los tamaños de los átomos y las energías de enlace entre ellos son factores que afectan la velocidad de difusión
3.1.2. Mecanismo de difusión intersticial
La difusión intersticial de los átomos en redes cristalinas tiene lugar cuando los átomos se trasladan de un intersticio a otro contiguo al primero sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz dela red cristalina. Para que el mecanismo intersticial sea efectivo, el tamaño de los átomos que se difunde debe ser relativamente pequeño comparado con el de los átomos de la matriz. Los átomos pequeños como los de hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno, pueden difundirse intersticialmente en algunas redes cristalinas metálicas. Por ejemplo, el carbono puede difundirse intersticialmente en...