Execs_EngProducao_2017_EstruturaCristalina

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Recredenciamento
Portaria MEC 347, de 05.04.2012 - D.O.U. 10.04.2012.
Lista de exercícios: Estruturas Cristalinas
1. Diferencie estrutura cristalina de microestrutura.
Estruturas cristalinas são arranjos regulares, tridimensionais, de átomos no espaço. A regularidade com que os átomos se agregam nos sólidos decorre de condições geométricas impostas pelos átomos envolvidos, pelo tipo de ligação atômica e pela compacidade.
Microestrutura - estrutura que, embora pertencendo a outra mais vasta, apresenta regularidades específicas e uma organização que lhe garante relativa autonomia de funcionamento.
2. Represente em um gráfico as forças de atração, repulsão e resultante versus distância interatômica. Nesse mesmo gráfico, represente a energia potencial resultante. Identifique claramente as posições de equilíbrio e valores máximos ou mínimos. Note que essas curvas possuem uma estreita relação obtida a partir de operações de derivação/integração.
3. O que é uma célula unitária (CU)? Qual a ordem de grandeza da CU (milímetro, mícrons, nanômetros, ângstrons, picômetros...)? Como pode ser descrita? Quais as CU possíveis? Classifique sua resposta em função dos vários sistemas cristalinos e redes de Bravais.
Célula Unitária - menor arranjo de átomos que pode representar um sólido cristalino.
NANOMETRO
Existem 7 sistemas cristalinos básicos que englobam todas as substâncias cristalinas conhecidas
 
4. Represente tridimensionalmente as células unitárias das estruturas: a) cúbica simples, b) cúbica de corpo centrado, c) cúbica de face centrada e d) hexagonal compacta. Para cada uma delas, em função do raio atômico R,descreva: e) a aresta do cubo a e f) seu volume V.
5. Na figura abaixo são mostrados 3 diferentes planos cristalográficos para uma célula unitária de um metal hipotético (os círculos representam os átomos). Pergunta-se: a) A que sistema cristalino a célula pertence? b) Como esta estrutura seria chamada. c) Se a densidade deste metal é 8,95 g.cm-3, determine sua massa atômica. d) Quais os metais candidatos a essa estrutura?
A) CÚBICO
B) CÚBICO DE CORPO CENTRADO
D) Exemplos de metais CCC: Ferro α (Fe), Cromo (Cr), Molibdênio (Mo), Tantâlo (Ta), e Tungstênio (W)
6. Considere que defeitos na estrutura cristalina são interrupções no padrão de repetição do arranjo. A partir desta definição responda: a) Qual o maior defeito que uma determinada porção de material pode ter? b) É possível eliminar esse defeito? c) Quais as implicações físico-químicas desse defeito? d) Explique o papel desse defeito no comportamento de oxidação de peças produzidas em alumínio.
O tipo e o número de defeitos dependem do material, do meio ambiente, e das circunstâncias sob as quais o cristal é processado. Os tipos de defeitos podem ser definidos como:
 • Defeitos pontuais: irregularidades que se estendem sobre somente alguns átomos (defeitos adimensionais - dimensão zero), podendo ser lacunas, intersticiais ou substitucionais;
 • Defeitos lineares: irregularidades que se estendem através de uma única fileira de átomos (unidimensionais), podendo ser discordâncias em hélice ou discordâncias em cunha; 
• Defeitos planares: irregularidades que se estendem através de um plano de átomos (bidimensionais, que incluem as superfícies exteriores e os limites de grão interiores), podendo ser contornos de pequeno ângulo, contornos de grão, interface precipitado - matriz;
 • Defeitos volumétricos: defeitos macroscópicos tridimensionais se estendem sobre o conjunto dos átomos na estrutura ou no volume. Como exemplos destes defeitos pode-se citar os poros, as fendas, os precipitados e as inclusões.
7. O que são defeitos intersticiais? Para as estruturas CFC e CCC existem dois tipos de diferentes tipos de posições interesticiais. Quais são eles?
Defeito intersticial refere-se a uma variedade de defeitos cristalográfico, i.e., átomos que ocupam um sítio (local) na estrutura cristalina em que geralmente não há um átomo, ou dois ou mais átomos compartilhando um ou mais locais de rede tal que o número de átomos é maior que o número de locais de rede.
CFC e CCC – OCTAÉDRICA E TETRAÉDRICA.
8. O que são soluções sólidas? Que características os metais devem possuir para permitir a formação do tipo substitucional?
Uma solução sólida é uma solução em que os átomos do ácido são utilizados para sufocar o efeito metálico do material em questão, o qual pode ser Bromo, Iodo ou Ferro apenas e o resultado dessa mistura deve ser um cátion isoeletrônico ao elemento com maior numero de elétrons na camada de valência mais próximo da tabela periódica.As soluções podem ser substitucionais ou intersticiais.
As soluções sólidas substitucionais são usualmente formadas entre dois tipos de átomos que tenham aproximadamente o mesmo tamanho
9. O que são vacâncias? Represente esquematicamente os defeitos tipo Schotky e Frenckel.
VACÂNCIAS: são posições da rede que deveriam estar ocupadas por átomos, mas estão vazias. A presença de lacunas altera a energia livre da rede.
10. Poros ou trincas visíveis a olho nu podem ser considerados defeitos da estrutura cristalina?
Sim, defeitos volumétricos.
11. O que são sistemas de escorregamento (slip systems)? Como eles afetam o comportamento de deformação plástica de metais? Estes sistemas de escorregamento podem dar origem aos diferentes tipos de defeitos tipo discordância para metais? Se sim, quais são eles?
Um sistema de escorregamento é definido por um plano e por uma direção de escorregamento, ambos com a maior densidade atômica em um dado reticulado cristalino.
A macla é um tipo de defeito cristalino que pode ocorrer durante a deformação plástica. 
• A maclação ocorre em um plano cristalográfico determinado segundo uma direção cristalográfica específica. Tal conjunto plano/direção depende do tipo de estrutura cristalina.
Deformação por maclação é um mecanismo importante na deformação plástica de metais HC e CCC, principalmente a baixas temperaturas e em altas velocidades de deformação.
12. Explique a relação entre sistemas de escorregamento, endurecimento por deformação plástica (encruamento) e a densidade de linhas de discordância em uma peça metálica.
• Planos de escorregamento → empacotamento mais denso (maior densidade planar) 
• Direções deste plano de escorregamento → mais densamente compactada (maior densidade linear)
O encruamento, também chamado de trabalho a frio, é um fenômeno modificativo da estrutura cristalina dos metais e ligas pouco ferrosas, em que a deformação plástica realizada abaixo da temperatura de recristalização causará o endurecimento e consequente aumento de resistência do metal.
DENSIDADE DE DISCORDÂNCIAS Comprimento total de discordâncias por unidade de volume / número de discordâncias que interceptam uma área unitária de uma seção aleatória
13. Como é possível obter um metal amorfo (2 métodos pelo menos)? Quais suas principais propriedades mecânicas (em relação ao mesmo material policristalino)?
Amostras de materiais amorfos (ou “vidros metálicos” como também são chamados) podem ser obtidas colocando se ligas propícias em contato.
Quando uma liga metálica de estrutura cristalina complexa é resfriada rapidamente, existe a possibilidade de se obter estruturas amorfas.
Material amorfo ou substância amorfa é a designação dada à estrutura que não têm ordenação espacial a longa distância (em termos atômicos), como os sólidos regulares. Os materiais amorfos não apresentam forma geométrica definida, podem apresentar até certa rigidez como os sólidos comuns, mas seus átomos não se encontram em organização espacial (a nível microscópico).
Policristal, ou agregado policristalino, é um sólido é constituído de uma infinidade de cristais, denominados grãos ou cristalitos, com orientações e dimensões aleatórias, fortemente unidos entre si, que preenchem todo o volume do sólido.
Materiais policristalinos são mais resistentes que seus equivalentes monocristalinos.14. Por que os materiais amorfos, em geral, são transparentes?
Dissemos atrás que a interacção da luz com os materiais tem a ver com a sua estrutura amorfa, cristalina ou parcialmente amorfa/cristalina. Nos materiais de estrutura amorfa, a luz incidente atravessa os seus átomos/moléculas constituintes sem qualquer dificuldade, pois não encontra planos cristalinos para ser reflectida. Por esta razão, os materiais amorfos são completamente transparentes.
15. O que são materiais compósitos? Qual suas funções? Apresente 3 exemplos de compósitos com diferentes matrizes e suas aplicações.
Compósitos são materiais de moldagem estrutural, formados por uma fase contínua polimérica (matriz) e reforçada por uma fase descontínua (fibras) que se agregam físico-quimicamente após um processo de crosslinking polimérico (cura).
Amostras de materiais amorfos (ou “vidros metálicos” como também são chamados) podem ser obtidas colocandose ligas propícias em contat
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