D ETERMINACIÓN DE LA DIFUSIVIDAD DEL CARBONO EN AUSTENITA EN UN ACERO MEDIANTE UNA DESCARBURIZACIÓN SIMPLE

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Ingeniería Química Metalúrgica


Trasformaciones de fase
Práctica 1
(D ETERMINACIÓN DE LA DIFUSIVIDAD DEL CARBONO EN AUSTENITA EN UN ACERO MEDIANTEUNA DESCARBURIZACIÓN SIMPLE)


Profesora: Ma. Eugenia Noguez






Fecha de entrega: 19 de septiembre de 2013


Introducción (Difusión)
La difusión puede ser definida como transporte de masa (migración de átomos),  depende del tiempo, temperatura y la diferencia delpotencial químico de las especies involucradas. Este fenómeno ocurre en sólidos, líquidos y gases. 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 y la advección. La difusión también es el movimiento de los átomos enun material. Los átomos se mueven, tendiendo a eliminar las diferencias de concentración químico y producir un potencial químico homogéneo en el material. La difusión interviene en el tratamiento térmico de metales y otros procesos.
Hay dos tipos principales de difusión: la intersticial y sustitucional.
Sustitucional.Los átomos pueden moverse en las redes cristalinasdesde 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 en equilibrio, y por ello algunos están siempre presentes para facilitar que tenga lugar la difusión sustitucional de los átomos. Según va aumentando la temperatura del metalse producirán más vacantes y habrá más energía térmica disponible, por tanto, el grado de difusión es mayor a temperaturas más altas
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 de la redcristalina. 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.  Por ejemplo, el carbono puede difundirse intersticialmente en hierro alfa BCC y hierro gamma (austenita) FCC.
Es posible modelar la rapidez a la que los átomos se mueven durante la difusión.
Para estimar dicha rapidez, senecesita el concepto de flujo. En la difusión, el flujo es el número de átomos que pasan por una superficie imaginaria de área unitaria en la unidad de tiempo.
Fick modeló el flujo de átomos en un material por medio de la siguiente ecuación:
J = Flujo de átomos en unidades átomos/cm2 s.
D = Difusividad o coeficiente de difusión (cm2/s).
ΔC/ΔX = Gradiente de concentración (átomos/cm2*cm)
El valordel coeficiente de difusión depende de la temperatura según la ecuación de Arrhenius.
D0 es una constante para un sistema de difusión dado. Al incrementar la temperatura, el coeficiente de difusión aumenta, incrementándose el flujo de átomos
Dependencia con el tiempo, a pesar de que la primera ley de fick puede calcular flux, las transformaciones de fase son en estado no estacionario yrequieren saber información sobre la cinética.
La 2da Ley de Fick es una PDE (ecuación diferencial parcial) que permite modelar sistemas con estado no estacionario
Se puede escribir en términos del Flux o de la concentración utilizando la 1era ley de Fick.
Al resolver la 2da Ley de Fick se obtiene una función de 2 variables independientes
𝐶(𝑥,𝑡).
La solución para un sólido...