Proponha um tratamento térmico elementar para um aço com
C, mantendo-o em uma atmosfera com
C em dadas temperaturas. Note que se atinja
em uma profundidade de 2 mm.
Passo 1
O enunciado pede um ciclo elementar de carburização (case hardening) de um aço com carbono inicial
para atingir
de C a
,mm de profundidade, usando uma atmosfera carburante com potencial de carbono
. O conteúdo necessário é a difusão do carbono na austenita, aplicada pela solução de Fick para semi-infinito com condição de superfície constante e perfil dado pela função de erro.
Passo 2
No regime de difusão semilimitado, o perfil de carbono
satisfaz
onde
é o carbono inicial,
é o carbono mantido na superfície,
é o coeficiente de difusão do carbono na austenita a uma temperatura fixa,
é o tempo de isoterma e
é a função de erro.
é a função de erro.
Passo 3
Definimos a fração adimensional
Logo devemos ter
Da tabulação ou inversão numérica de
encontramos
Passo 4
Escolhemos a temperatura de carburização em torno de
,°C (
,K). Para carbono na austenita valem típicos valores
com
,m
/s,
,J/mol e
,J/(mol·K).
Calcula-se
Calcula-se
Passo 5
A relação
dá
Portanto, para
,mm e
, precisamos de aproximadamente
,horas em
,°C.
Passo 6
Proposta de ciclo térmico elementar:
- Aquecer o aço de
C a ,°C (fase Austenita) em atmosfera carburante com potencial de carbono . - Manter isoterma por
,h para que o carbono difunda até ,mm e alcance nessa profundidade. - Resfriar rapidamente (têmpera) em óleo para obter martensita na camada carburizada.
- Fazer revenido leve a
– ,°C para alívio de tensões e tenacidade.
Resposta
Temperatura de carburização:
,°C;
Atividade de carbono: ;
Tempo de isoterma: ,h;
Seguida de têmpera em óleo e revenido leve a –
,°C.
Atividade de carbono:
Tempo de isoterma:
Seguida de têmpera em óleo e revenido leve a