Laboratorios De Metalurgica Fisica

1.- Dos cámaras de amoníaco están separadas por una lámina de hierro de 4mm de espesor ambas a 950º C. en una de ellas el amoníaco imparte 0.15% peso de N constante a una superficie de lámina de acero, y en la otra, el amoniaco imparte 0.06% en peso de N constante a ala otra superficie de hierro. Determine el flujo específico de Nitrógeno a través de la lámina de hierro en a) at/cm2.s, b) engramos/cm2.s D0 = 0.034 cm2/s Q= 34600 cal/mol

Solución
Datos
C1 = 0.15%
C2 = 0.06%
Q = 34600 cal/mol
D0 = 0.034 cm2/s
R = 1.987cal/mol. ºK
x = 4mm = 0.4cm
T = 950 ºC = 1223 ºK

Densidad del nitrógeno en tablas es 0.0012 g/cm3, entonces:

ρN=0.0012gcm3*6.023x1023átomos 14 g=5.16x1019átomos cm3

Utilizando la Fórmula de Arrhenius y reemplazando en datos se tiene:
D= D0.e-QRTD=0.034cm2s. e-34600calmol1.987calmol ºK(1223 ºK)
D=2.228x10-8cm2s
Ahora hallamos el flujo específico por la fórmula de la primera Ley de Fick:

J= -DdCdXJ dCdX=(0.0006-0.0015)(0.4-0)cm = -2.25x10-3cm-3

J=-2.228x10-8cm2s. -2.25x10-3cm-3

J=5.013x10-11cm/s

JxρN=5.013x10-11cms5.16x1019átomos cm3=2.59x109átomoscm2.s

2. Se carburiza un acero 8620 en una atmósferagaseosa que de inmediato imparte el contenido de carbono saturado a la austenita de la superficie, si la carburización se hace a 26 horas a 920 °C, determine la profundidad de capa total y profundidad de capa efectiva.
Solución



Datos
Acero=8620
T=920C =1193K
R=1.987cal/molK
D0= 0.22 cm2/s
Q= 34000 cal/mol
t = 26h = 93600seg
* Coeficiente de difusión (D)
D=

D=0.22cm2s. e-34000calmol1.987calmol ºK(1193 ºK)
D= 1.298x10-7cm2/s.
* Espesor de capa difundida
x=2DT

X=2(1.987X10-7cm2/s)x(93600s)
X=0.27cm =2.7mm

* Profundidad de la capa efectiva:
Se sabe que:

=

Y | |
0.92 | 0.80677 |
Y | 0.815 |
0.96 | 0.82542 |

Interpolando:

y = 0.93765
Pero:
y=
0.94236=(x’2.7)

x’ =0.93765x2.7mm =2.53mm = 25.3cm

3. - Un recipiente cubico de aluminio de 12 cm por lado, con paredes de 6mm de espesor, contiene hidrogeno y se calienta a 620 ºC. A esta temperatura la solubilidad del aluminio es 2.5x10-4 (TPE) de H2 por gramos de aluminio. El coeficiente de difusión de los átomos de hidrogeno a través del aluminio es de 1.13x10-5 cm2/s. Suponiendo condiciones enel estado estacionario determine la perdida de hidrogeno del recipiente en (a) gramos por día y (b) litros por día (TPE significa presión y temperatura estándar, una expresión que se aplica a los gases en química básica. El volumen de un mol de gas TPE es 22.4 litros)
Sol:
T=620ºC=893ºK
NA=6.023x1023
aAl=4.64958




Solubilidad=2.5x10-4cm3H21gr Alx26.98 gr Al1 NA de at deAlx10-3litros H21cm3 de H2x1 NA at H222,4 litros H2

Solubilidad = 3.01x10-7at H2at Al

Calculamos el número de átomos de aluminio en este bloque:
Volumen del recipiente cubico = volumen H2 con contenido
Volumen del bloque de Al=6x12x12=864 cm3
Volumen de una celda de Al: a3=4.649583=66.41x10-24cm3

Nº de celdas=86466.4x10-24=1.30x1025celdas

Nº de atomos de Al =4 x 1.30x1025 at Al=5.20x1025 at Al

Nº de átomos de H2 que pasan en el bloque:
3.01x10-7at H2at Alx 30x1024at Al=9.03x1018 at Al

0.6 cm =21.13x10-5cm2s.t

T=7964.60 seg

Perdida=9.03x1018at H27964.60 segx 3600 seg1hx24 h1 diax2 gr de H26.023x1023 at H2

Perdida=3.253x10-4 gr H2/dia

Perdida=3.253x10-3gr H2diax 1 mol H22 gr H2x22.4 LtH21 mol H2=3.6433x10-3litros/dia

4. Un par difusor entre cobre puro y una aleación Cobre- Níquel, después de calentar el par difusor a 1020⁰C, durante 26 días, la concentración de Ni en el cobre es de 8.2% a 0.46mm de la inter cara Cobre-Aleación de Ni ¿Cuál será la composición de la aleación Cobre-Níquel? D0=2.7x10-4 m2/s y Q= 23600 J/mol

Solución
CA1= 0% Ni...