As velocidades de difusão do carbono no Fe-
e no Ferro-
são dadas por:
(a)Determine os coeficientes de difusão a
e a
.
(b)Explique o valor de
em comparação com
.
(c)Apesar dos resultados anteriores, os tratamentos comerciais de cementação são realizados na condição austenítica (
-CFC). Explique a razão para isso.
(b)Explique o valor de
(c)Apesar dos resultados anteriores, os tratamentos comerciais de cementação são realizados na condição austenítica (
Passo 1
O enunciado dá as difusividades de carbono nas fases ferrita
e austenita
segundo leis de Arrhenius, e pede:
• (a) calcular e
a
e a
;
• (b) explicar por que é maior ou menor que
;
• (c) justificar por que, na prática, a cementação é feita em austenita.
Para resolver vamos usar a lei de Arrhenius
• (a) calcular
• (b) explicar por que
• (c) justificar por que, na prática, a cementação é feita em austenita.
Para resolver vamos usar a lei de Arrhenius
onde
,
e
em Kelvin.
Passo 2
Converter as temperaturas para Kelvin e calcular as difusividades a
:
Para ferrita:
Para austenita:
Passo 3
Repetir o cálculo a
:
Para ferrita:
Para austenita:
Passo 4
Comparando os resultados nota-se que
. Isso ocorre porque a energia de ativação
para difusão na austenita
,
é muito maior do que na ferrita
,
, de modo que, mesmo com um pré-fator maior, o termo exponencial torna
bem menor.
Passo 5
Na prática a cementação é feita com o aço em austenita porque essa fase apresenta muito maior solubilidade de carbono, permitindo atingir concentrações superficiais elevadas sem precipitar carbonetos. Apesar de
ser menor, a grande solubilidade aliada às altas temperaturas usadas garante difusão suficiente e, após resfriamento, a austenita enriquecida em C se transforma em martensita, conferindo dureza à superfície.
Resposta
(a)
,
.
,
.
(b) é maior porque a energia de ativação para difusão na ferrita é menor que na austenita.
(c) A cementação é feita em austenita devido à sua alta solubilidade de carbono, o que permite elevar muito a concentração de C na superfície antes de resfriar e transformar em martensita.
(b)
(c) A cementação é feita em austenita devido à sua alta solubilidade de carbono, o que permite elevar muito a concentração de C na superfície antes de resfriar e transformar em martensita.