LISTA RESOLVIDA CIENCIAS DOS MATERIAIS

Revisão sobre metalurgia física

Leitura recomendada:

1) Callister Jr. W. D. Materials Science and engineering An introduction John Wiley & Sons 5th edition 2000

2) Shackelford J. F. Introdution to Materials Science for Engineers Prentice Hall Inc. 4th edition 1996

1- Quais as principais diferenças entre materiais amorfos e materiais cristalinos?

R:

Alotropia – é uma mudança de reticulado cristalino (não envolve alteração de composição) – pela alteração da temperatura de pressão. Ex: Fe (puro) “CCC” ferrita ---- Temperatura 912°C Fe (puro) “CFC” Austenita.

Polimorfismo – Alteração de reticulado com temperatura ou pressão --- só cerâmico.

3- Calcular a fração de lacunas (Nv/N) para o cobre na temperatura ambiente (293 K) e na temperatura de 1350 K. Assuma uma energia de ativação de 0,9 eV/átomo para as duas temperaturas.

Dados: A temperatura de fusão do cobre puro é 1356 K.

k = 8,62 x 10-5 eV/átomo. K

R:

Nv – (Numero de lacunas)

N – Numero total de átomos

Nv/N –(Fração de lacunas) = e^(-Q/K.T) = Nv/N = exp (Q/K.T)

Nv/N =exp(-0,9/(8,62x10^-5x293) 3.34x10^-16

Outro exemplo - Nv/N =exp(-0,9/(8,62x10^-5x1350) 4.37x10^-4

4- A presença de impurezas ou a adição de elementos de liga diminui o número de lacunas em um material metálico? Justifique sua resposta.

R:

Nv/N não se altera se um átomo ocupar uma lacuna o material produz uma nova fração de equilíbrio

5- Por que a resistência dos cristais reais é muito menor (1/100 a 1/1000) do que a resistência calculada pela tensão teórica cisalhante máxima (cálculo de Frenkel - 1926)?

R:

Nos cristais reais existem defeitos cristalinos denominados discordância, estes facilitam a movimentação de planos atômicos atômica e os cristais deformam-se mais facilmente exigindo uma tensão 1000 á 10000 vezes menor

6- Sabendo-se que a deformação de cristais ocorre pelo escorregamento de planos de alta densidade e que as estruturas CFC e HC possuem o mesmo FEA de 0,74. Por que os metais HC são tipicamente mais frágeis que os CFC?

R:

O mesmo fator de empacotamento não é indicativo de possibilidades de deformação, os metais HC são frágeis porque apresenta menor numero de sistemas de escorregamento, indicando as possibilidades para o escorregamento das discordâncias.

7- Quais são os defeitos cristalinos planares (de superfície) e como estes podem interagir com as discordâncias?

R:

Contornos de fase, contornos de grão e defeitos de empilhamento, como são defeitos bidimensionais ou interfaciais compreende regiões do material com diferentes estruturas cristalinas conseqüentemente interagindo com as discordâncias (existência de um defeito cristalino linear)

As interfaces coerentes são as mais eficientes para bloquear a movimentação de discordâncias

8- Porque a resistência mecânica não pode ser relacionada à energia de ligação química?

R:

Devido à existência de discordâncias, elas produzem a deformação com tensões menores que aquelas que “quebram” as ligações químicas. Se a ligação química determinasse a resistência, o valor do limite de escoamento seria elevadíssimo. quando sofrido um ensaio de resistência mecânica as discordância começam a sofrer restrições de movimentação imposta por novas discordâncias geradas pela deformação

9- Quais as propriedades físicas dos materiais que podem ser relacionadas à energia de ligação química?

R:

Maior ponto Temperatura de fusão do composto, maior resistência mecânica (no item anterior vocâ acabou de escrever que não existia relação), maior dureza (dureza não se relaciona com energia de ligação ), maior modulo de elasticidade, maior estabilidade química e menor dilatação térmica

10- Como é que a deformação a frio afeta a resistência e a ductilidade de um material metálico? O que ocorre com as discordâncias no interior dos grãos?

R:

O metal dúctil (qualquer metal ) torna-se mais resistente e duro à medida que é deformado plasticamente, a deformação a firo aumenta o numero de discordância no metal (interior dos grãos) resultando em restrições de movimentação de discordâncias provocadas por elas próprias

11- Por que o aumento do teor de carbono tende a aumentar a resistência mecânica (limite de escoamento e resistência)? Quais os mecanismos de endurecimento operantes?

R:

Quanto maior o teor de carbono maior a dureza e a resistência a tração, o carbono possui raio atômico menor que o do ferro ocupando posição intersticial na rede de ferro, promovendo um efeito endurecedor mais intenso. A quantidade de C no reticulado do Fe é muito baixa, portanto ele não endurece por solução sólida, mas pelo

Mecanismo de partículas coerentes e incoerentes, maior teor de C, maior precipitação de Fe3C. sendo o mecanismo de partículas coerente tem um numero maior de partículas e estas possuem em campo de tensão associado, este campo de tensão (Tração/Compressão) repelindo as discordâncias, dificultando a sua movimentação.

Transformações envolvendo difusão

Leitura recomendada:

1) Porter, D. A. ; Easterling, K. E. Phase transformatiosn in Metals and alloys 2ª edição CRC Press

2) Bhadeshia, H. K. D. H. ; Honeycombe, R. W. K. Steels microstruture and properties Elsivier 3rd edition 2006

3) Verhoeven, J. D. Fundamentals of physical metallurgy John Wiley & Sons 1975

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