CORSO DI CHIMICA E MATERIALI MODULO DI MATERIALI PER ALLIEVI DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE E DI INGEGNERIA NUCLEARE E DELLA SICUREZZA E PROTEZIONE.HOME WORK #3 DA RICONSEGNARE IL GIORNO 13/04/2013

Esercizio n.1 Una lamiera di acciaio di spessore 8 mm e superficie 10x10 cm separa un volume di idrogeno dallambiente esterno. Sperimentalmente si conoscono i seguenti dati per la diffusione dellidrogeno in quel determinato acciaio:Temperatura [C]D [cm2/s]

05.9 x 10-5

508.7 x 10-5

1001.1 x 10-4

2001.7 x 10-4

3002.2 x 10-4

4002.6 x 10-4

Si richiede di:a) Disegnare su una scala ln D 1/T i dati sperimentali tracciando la retta rappresentativa del coefficiente di diffusione (si ricordi che la T deve essere espressa in Kelvin);b) Esprimere lequazione del coefficiente di diffusione in funzione della temperatura;c) Utilizzando la formula ottenuta al punto b, determinare il flusso di idrogeno uscente dalla membrana di acciaio a 25C ipotizzando una concentrazione lato idrogeno di 15 x 10-6 moli H/cm3 di metallo e 0 dal lato aria in condizioni stazionarie;d) Determinare a quale temperatura si dovrebbe operare, con la stessa concentrazione lato idrogeno, per ottenere un flusso doppio di materia.

Esercizio n.2 Si vuole realizzare un processo di cementazione (arricchimento di carbonio in un acciaio per aumentarne la durezza superficiale) nelle seguenti condizioni sperimentali: T=900 C, Cs = 0.8% (concentrazione superficiale di carbonio), Co = 0.15% (concentrazione iniziale di C nel materiale). Conoscendo i parametri di diffusione del carbonio nella struttura CFC dellacciaio a queste temperature (D0=0.23 cm2/s, Ea=137.85 kJ/mol), determinare il tempo di cementazione per ottenere un tenore di carbonio pari a 0.4 % ad una profondit di 1.5 mm dalla superficie.A quale temperatura si dovrebbe condurre il processo per dimezzare il tempo di cementazione per avere gli stessi risultati di cui in precedenza?Per i valori della funzione erf si consideri la tabella seguente.xerf(x)xerf(x)

0.000.00000.700.6778

0.010.01130.750.7112

0.020.02260.800.7421

0.030.03380.850.7707

0.040.04510.900.7969

0.050.05640.950.8209

0.100.11251.000.8427

0.150.16801.100.8802

0.200.22271.200.9103

0.250.27631.300.9340

0.300.32861.400.9523

0.350.37941.500.9661

0.400.42841.600.9763

0.450.47551.700.9838

0.500.52051.800.9891

0.550.56331.900.9928

0.600.60392.000.9953

0.650.6420

Esercizio n.3 Dato il diagramma di stato alluminio-silicio, descrivere le trasformazioni microstrutturali in raffreddamento a Tamb. e le relative curve di Tamman a partire dalle seguenti condizioni iniziali:a) Lega con 1,0 %Si da 700 C;b) Lega con 5,0%Si da 700 C;c) Lega di composizione eutettica da 600 C.Inoltre, determinare la composizione e il rapporto volumetrico delle fasi presenti allequilibrio per una lega al 5,0 %Si a T= 600 C e T=500 C.

Esercizio n.4 - Dato il diagramma di stato Fe-Fe3C, descrivere tutte le trasformazioni microstrutturali che si presentano a partire dalla fase liquida in raffreddamento a Tamb. per una lega di composizione peritettica (0,16 %C), indicando le trasformazioni invarianti che si presentano, le composizioni chimiche delle fasi che ivi si formano e il loro rapporto in massa percentuale.