Diseño de una membrana de hierro. Un cilindro impermeable d 3cm de diámetro y 10 cm de longitud contiene un gas formado de 0.5e20 átomos de N/cm3 y 0.5e20 átomos de H/cm3, en uno de los lados de una membrana de hierro. El gas se introduce al tubo en forma continua, para asegurar que las concentraciones de nitrógeno y de hidrógeno sean constantes. Al otro lado de la membrana, el gas está constituido por 1e18 átomos de N/cm3 y 1e18 átomos de H/cm3. Todo el sistema debe funcionar a 700°C, temperatura a la cual el hierro tiene estructura BCC. Diseñe una membrana de hierro que no permita una pérdida de nitrógeno mayor que 1% por hora a través de la membrana y que permita pasar a través de ella al 90% del hidrógeno cada hora. Par de difusión tungsteno-torio. Imagine un conjunto de par de difusión entre tungsteno puro y una aleación de tungsteno con 1% de átomos de torio. Después de exponerlo varios minutos a 200°C, se establece una zona de transición de 0.01 cm de espesor. Cuál es el flujo de los átomos de torio en ese momento, si la difusión se debe: a) difusión en volumen, b) difusión en límite de grano y c) difusión en la superficie?. Diseño de un tratamiento de cementación. Se debe endurecer la superficie de engranes de acero con 0.1% de C, por cementación. En la cementación en fase gaseosa, los engranes de acero se colocan en una atmósfera que suministra 1.2% de C a la superficie del acero a alta temperatura. A continuación, el carbono se difunde de la superficie al acero. Para obtener propiedades óptimas, el acero debe contener 0.45% de C a una profundidad de 0.2 cm bajo la superficie. Diseñe un tratamiento térmico de carburización que produzca estas propiedades óptimas. Suponga que la temperatura es suficiente elevada (mínimo 900°C) para que el hierro tenga la estructura FCC: Diseño de un tratamiento térmico más económico. Se observa que se requieren 10 h para cementar exitosamente un lote de 500 engranes de acero a 900°C, cuando el hierro tiene la estructura FCC. Se observa que cuesta $1000 por hora el funcionamiento del horno de cementación a 900°C y $1500 por hora a 1000°C. Es económico aumentar la temperatura de cementación a 1000°C?. Que otro s factores se deben tener en cuenta? Durante la solidificación de una aleación Cu-Zn se observa que la composición no es uniforme. Si se calienta la aleación a 600°C durante tres horas, la difusión del zinc ayuda a hacer más uniforme la composición, Qué temperatura se necesitaría si se deseara hacer este tratamiento de homogenización en 30 min? Qué temperatura se requiere para obtener 0.5% de C a 0.5 mm bajo la superficie de un acero con 0.2% de C en dos horas, cuando hay 1.1% de C en la superficie? Suponga que el hierro es FCC. Una pared de cerámico de MgO se sinteriza exitosamente a 1700°C durante 90 minutos. Para reducir al mínimo los esfuerzos térmicos durante el proceso, se pretende reducir la temperatura a 1500°C. Qué limitará la rapidez con que se puede hacer la sinterización, la difusión de iones de magnesio o la difusión de iones oxigeno?, Qué tiempo se necesitará a la menor temperatura. Una hoja de oro se une por difusión a una hoja. De plata en una hora a 700°C. A 500°C se requieren 440 horas para obtener el mismo gado de unión y a 300°C, unión, y a 300°C, la unión requiere 1530 años. Cuál es la energía de activación para el proceso de unión por difusión? Qué controlará la velocidad de unión, la difusión del oro o la difusión de la plata?
