Princpio de Cincia dos Materiais - 2014/2

2a. Lista de Exerccios de PCM

1. Defina o que uma fase. So possveis situaes onde mais de uma fase podem coexistir?

2. Metais como Fe, Zr ou Ti apresentam o fenmeno da alotropia/polimorfismo, onde h a alterao da estrutura cristalina com a temperatura (para uma presso definida). Tais diferentes estruturas cristalinas se caracterizam como fases diferentes? Explique.

3. Por que motivo os diagramas de fase no apresentam todas as estruturas cristalinas presentes nos metais, como por exemplo, a martensita no Fe-Fe3C?

4. Baseado no diagrama de fases (ao lado), explique como reatores nucleares conseguem man te r gua em es tado l qu ido em temperaturas bem acima da temperatura de 100oC.

5. Explique o que um diagrama isomorfo. Considere dois elementos que formam um diagrama isomorfo (como Cu e Ni), seria possve l obter endurec imento por precipitao nesse para a conjuno desses dois elementos? Explique a sua resposta.

6. Na maior parte das aplicaes prticas, o resfriamento realizado ocorre fora das condies de equilbrio. Que caractersticas diferem daquelas representadas e prescritas nos diagramas de fase com relao a (explique a resposta):

a) quantidade presente de fases (considere uma situao de solidificao de fase);b) segregao nas fases formadas;c) microestrutura formada;

7. Explique o que so pontos euttico e eutetide. Aps a sua formao, como se apresenta a microestrutura eutetide/euttica? Por que tais pontos so importantes nas seguintes aplicaes:

a) ligas para soldagem de circuitos;b) fabricao de aos;c) classificao de aos;

8. No diagrama de fases a seguir, determine para cada ponto qual fase (ou quais fases) est (esto) presente(s), sua composio e frao aproximadas. Considerando uma composio de 50% de A e 50% de B (representado pela linha tracejada), desenhe um esquema com a formao das fases/fases presentes para cada campo.

9. O que so estruturas pr-eutetides? Quais so os stios preferenciais para sua ocorrncia?

10. O diagrama Fe-Fe3C um dos diagramas fundamentais na engenharia, pois prov informaes fundamentais para prever microestrutura dos aos e ferros fundidos. Identifique cada regio na figura abaixo.

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11. O que so aos hipoeutetides, eutetides e hipereutetides. Que paralelo pode ser estabelecido entre essa classificao e a composio e aplicao desses aos. Pesquise exemplos de aplicao para cada os tipos hipo e hipereutetide.

12. O carbono apresenta grande diferena de solubilidade entre a ferrita e a austenita. Explique porque tal diferena fundamental para a fabricao de aos de alta resistncia.

13. Para um caso de um ao hipoeutetide, monte um esquema do trecho de um diagrama de fase desde o lquido at o slido e as fases que ocorrem para cada regio.

14. As transformaes de fase podem ser divididas naquelas que so dependentes da difuso e nas independentes da difuso. Cite um exemplo de cada caso.

15. Do ponto de vista microestrutural como pode ser dividido o processo de transformao de fase?

16. Descreva os diferentes processos de nucleao de fases e sua relao com a energia necessria para a sua ocorrncia.

17. Em algumas bebidas como refrigerantes, cervejas e espumantes h intensa formao de bolhas, em funo dos gases dissolvidos nas mesmas. Porque a ocorrncia de tais bolhas ocorre preferencialmente nas paredes do copo? Se o copo no estiver muito limpo, haver maior ou menor tendncia formao de bolhas? Explique.

18. Um diagrama de transformao isotrmica construdo partir da observao do percentual de fase formado ao longo do tempo na transformao para uma determinada temperatura. De posse de diversas curvas, um diagrama TTT (transformao-tempo-temperatura) pode ser montado (figura ao lado). Contudo, quando se observa a curva TTT formada ou quando se comparam as diferentes curvas isotrmicas (abaixo) ocorre um comportamento inverso, onde as reaes tornam-se mais lentas para temperaturas mais altas, nas quais a difuso dos elementos mais rpida. Explique essa contradio.

19. Para um diagrama TTT, se o tratamento isotrmico for realizado em uma temperatura mais alta (logo abaixo da temperatura eutetide) haver a formao de lamelas de ferrita e cementita relativamente espessas, formando a microestrutura conhecida como perlita grosseira. Se a temperatura de tratamento for mais baixa, h a formao de uma microestrutura com lamelas mais finas, conhecida como perlita fina. Explique porque h essa diferena na formao dessas fases. E qual a diferena com relao a resistncia mecnica e ductilidade?

20. Explique porque, do ponto de vista prtico, os diagramas de resfriamento contnuo (CCT) so mais teis que os diagramas isotrmicos (TTT).

21. Explique porque o diagrama CCT deslocado para a direita e para baixo em relao ao diagrama TTT. Porque o diagrama CCT no precisa apresentar a parte da curva abaixo do cotovelo?

22. Porque as linhas de transformao martenstica so horizontais?

23. Qual a consequncia mais comum da adio de outros elementos de liga nas curvas de perlita/bainita dos diagramas CCT? Podem afetar as linhas de transformao martenstica? Como isso pode ser usado para fabricar:

a) componentes de grandes dimenses que precisam de estrutura completamente martenstica, mas que no podem ser resfriados muito bruscamente, em funo de problemas de empenamento e gradientes trmicos?

b) produzir aos completamente austenticos;

24. Qual a diferena microestrutural e de propriedades mecnicas entre a martensita temperada e a martensita revenida?

25. Ao considerar a regio Ferrita + Cementita ( + Fe3C), a microestrutura pode se manifestar com diferentes morfologias. Cite as quatro microestruturas do tipo ferrita + cementita que podem ocorrer. Como so relacionadas a velocidade de resfriamento no tratamento trmico?

26. Para as seguintes microestruturas: - martensita tetragonal de corpo centrado;- martensita revenida;- bainita;- perlita;- esferoidita;

Classifique-as em funo de:a) dureza;b) ductilidade;

27. Para uma determinada aplicao de alta tenacidade necessita-se produzir uma estrutura de martensita revenida. Sabendo-se que se trata de um ao eutetide e, observando o diagrama de fases do exerccio 10, defina as temperaturas para o tratamento trmico de tmpera e de rebatimento.

28. Um componente grande, feito de ao estrutural, deve passar apresentar uma estrutura martenstica revenida. Durante o tratamento de tmpera, quando foi usado um meio de resfriamento mais rpido (bando de gua com agitao), a pea apresentou trincas ou empenamento. Quando um meio mais lento (ar) foi usado, a microestrutura formada no foi completamente martenstica, resultando em baixa resistncia. O que voc poderia sugerir para atender os requisitos de fabricao de tal componente?

29. Na fabricao de vergalhes, h a necessidade de baixo custo de matria prima e alta resistncia mecnica. Isso obtido pelo processo tempcore" ou thermex" no qual as barras passam em alta temperatura em canhes de gua, onde produzida uma microestrutura que consiste de um ncleo perltico e uma camada de martensita auto-revenida, como mostrado na figura ao lado. Tanto a vazo de gua, quanto a velocidade da barra so controladas para prover as propriedades segundo os requisitos de norma. Pergunta-se:

a) como a martensita consegue ser auto revenida?

b) de que maneira a conjuno entre a martensita revenida dura e a perlita atuam para otimizar as propriedades do vergalho?

c) o que aconteceria em relao a disposio da microestrutura e propriedades se:c.1) a vazo de gua fosse alta e a velocidade da barra fosse baixa;c.2) inverso de c.1;

30. Qual a principal vantagem que as ligas de Mg, Ti e Al apresentam em relao a ligas como aos e superliga?

31. Um dos principais processos de unio de ligas metlicas por soldagem, que promoveu significativas redues de custo e peso de equipamentos, ao dispensar sobremetal que antes era usado para a fixao por rebites. Contudo o processo de soldagem deve ser conduzido com cuidado, em funo do risco de promover microestruturas desfavorveis/frgeis, podendo comprometer todo o componente fabricado. Monte um diagrama esquemtico de uma solda, representando suas principais regies: metal de base, zona termicamente afetada e metal de solda. Qual a relao de cada uma delas com a temperatura desenvolvida no processo?

32. Alguns componentes como blocos de motores e bases de mquinas podem ser fabricados por fundio, no qual o metal lquido vaza por um molde e solidifica com a forma prxima a forma final. Que vantagens o processo de fundio apresenta em relao aos processos de conformao mecnica e usinagem? Quais so suas desvantagens?

33. Faa uma breve descrio de cada rota de tratamento trmico dos aos e descreva a microestrutura provvel:

a) recozimento;b) tmpera;c) normalizao;d) esferoidizao.

34. Cite exemplos de aplicao para cada uma das classes de ligas listadas abaixo:a) superligas de nquel;b) ligas de titnio;

c) ouro;d) ligas de lato;e) ligas de bronze;f) ligas refratrias.

35. Os materiais cermicos cristalinos so primordialmente compostos de ligaes icnicas e podem, teoricamente, apresentar discordncias. Porm, mesmo essas existindo, tem mobilidade virtualmente nula. Porque essa mobilidade das discordncias limitada? Qual o impacto nas propriedades mecnicas? A respeito das ligaes icnicas, qual seu impacto em propriedades como mdulo de elasticidade e temperatura de fuso?

36. Porque cermicos no cristalinos (como o vidro) apresentam uma grande ductilidade quando so aquecidos acima de uma determinada temperatura?

37. Qual a influncia da porosidade nas propriedades dos cermicos?

38. Como so fabricados os vidros temperados? Porque os mesmos apresentam maior resistncia ao impacto que os vidros no temperados?

39. Cite cinco aplicaes para materiais cermicos.

40. Cite trs exemplos de polmeros naturais e cinco exemplos de aplicaes de polmeros naturais ou artificiais.

41. Quais so as trs caractersticas fundamentais dos polmeros e como afetam as propriedades dos mesmos?

42. Como podem ser classificados os polmeros em relao a sua interao com a temperatura? Todos podem ser reciclados por meio de tratamentos trmicos?

43. Os polmeros termoplsticos apresentam um amolecimento com o aumento da temperatura, na forma de um processo reversvel e repetitivo. Contudo, a temperatura no pode ser aumentada alm de um certo valor, ou h a degradao do mesmo. Por que?

44. Os donos de automveis que circulam em regies onde h uma grande amplitude trmica durante o ano normalmente tem conjuntos de pneus para varo e para inverno. Qual seria um potencial problema de usar um pneu de vero no inverno? E no situao contrria?

45. Como o comportamento em fadiga dos polmeros? Qual o efeito da frequncia de ciclos nos mesmos?

46. Como as propriedades dos polmeros podem ser modificadas ou melhoradas?

47. Cite os diferentes tipos de polmeros e encontre trs aplicaes para cada caso.

48. Porque difcil se obter cristalinidade dos polmeros de 100%? E como varia a densidade do polmero com o grau de cristalinidade?