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Título : Formulación numérica de la difusión del boro en capas duras de boruros de hierro formadas en una configuración cilíndrica de acero AISI D2
Autor : DR. CAMPOS SILVA, IVÁN ENRIQUE
ING. LÓPEZ GARCÍA., CLAUDIO
Palabras clave : acero AISI D2
Formulación numérica
boro
hierro
configuración cilíndrica
Fecha de publicación : 6-ene-2012
Resumen : In this work, the growth kinetics of borided layer (FeB + Fe2B) formed at the surface of AISI D2 borided steel (with cylindrical and linear geometry) was evaluated. The powder –pack boriding process was carried out at temperatures of 1173, 1193,1223 and 1243 K with exposure times of 4, 5 and 8 h for each temperature. The growth of boride layer was established from two models that consider the mass balance equations at the layer /substrate. The models consider the parabolic law r t   l k  t to T  -  , taking into account the boride incubation time and the boron concentration profile along the surface layer. Furthermore, the boron diffusion coefficients in the boride layer were estimated for both geometrical configurations ( rtot (D ) for cylindrical geometry and ctot (D ) for linear geometry). To validate the diffusion models, the thickness of boride layer was estimated and verified experimentally for the boriding conditions of AISI D2 steels, obtained an accuracy of 2.57% error between the experimental and the theoretical depth of boride layer. Finally, it was verified that the activation energy that stimulates the boron diffusion in the boride layers is independent of the geometrical configuration, and is a function of the chemical composition of the substrate
Descripción : En el presente trabajo se evalúa la cinética de crecimiento de la capa total de boruro de hierro (FeB + Fe2B), formada en la superficie en un acero AISI D2 con geometría cilíndrica y lineal. El endurecimiento superficial del acero se realizó por el proceso de borurización en polvo a las temperaturas de 1173, 1193,1223 y 1243 K con tiempos de exposición de 4, 5 y 8 h para cada temperatura. La cinética de crecimiento de la capa total se establece a partir de dos modelos que consideran las ecuaciones de balance de masa en la interfase de crecimiento capa total/substrato. Estos modelos consideran que la evolución de crecimiento de la capa de boruros, se determina a partir de la ley de crecimiento parabólico r t   l k  t to T  -  , tomando en consideración los tiempos de incubación del boruro de hierro en la superficie del acero AISI D2. Así mismo, se evaluaron los coeficientes de difusión del boro en la capa total, para la geometría cilíndrica rtot (D )y la geometría lineal ctot (D ) . Para validar los modelos de difusión, el espesor de las capas de boruros fue estimado en forma experimental y verificado para los tiempos y temperaturas de proceso antes mencionados, con una aproximación del 2.57 % de error entre los espesores experimentales y los datos teóricos. Finalmente se establece la energía mínima para producir la difusión de los boruros de hierro, para una geometría cilíndrica Q=174 kJ/mol mientras que para una geometría lineal Q=172 kJ/mol . Se analiza la semejanza de los valores infiriendo que la energía de activación será intrínseca e independiente de la geometría de la probeta.
URI : http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/14126
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