Determine a composição de uma atmosfera
que seja capaz de, simultaneamente, evitar a oxidação de um aço com
, e de cementar?
Passo 1
O enunciado pede a fração de CO e C
em uma atmosfera puramente redutora (sem outros gases) que, à temperatura de trabalho (digamos cerca de
C), satisfaça simultaneamente:
- evitar a oxidação do aço (i.e.\ manter o
da atmosfera abaixo do valor de equilíbrio Fe/FeO); - permitir a cementação de superfície até uma atividade de carbono
.
Para isso usaremos duas reações‐base e seus respectivos equilíbrios:
– reação de formação de C /CO (oxidação do CO)
– reação de formação de C
com constante de equilíbrio
– reação de Boudouard (grafite/C
↔ CO) estendida ao carbono dissolvido no aço:
com constante de equilíbrio
Chamando
e tomando
(ausência de outros gases), vamos obter de cada uma das duas condições um limite para
.
Passo 2
(Evitar oxidação)
Da reação
Da reação
temos
Logo
Para evitar oxidação do aço, requer-se
Chamemos este limite inferior
Passo 3
(Exigir cementação até
)
Da reação
Da reação
temos
Como
, isto dá
A solução positiva desta equação quadrática fixa o valor mínimo de
para que a atmosfera tenha potencial de carbono
:
Passo 4
(Valores numéricos a
C)
Consultando tabelas de equilíbrios a C obtém‐se aproximadamente:
Consultando tabelas de equilíbrios a
- Oxidação:
- Cementação:
Portanto é necessário
Isto equivale a
Resposta
Uma atmosfera composta de pelo menos 99,0 % CO e no máximo 1,0 % C
(em pressão parcial) satisfaz simultaneamente a condição de não oxidação do aço e de cementação até
a
C.