P1-33A (2011.2)

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P1 DE CTM – 2011.2 – TURMA 33A – 27/09/2011 
NOME: MAT: 
ASSINATURA: 
1) (1,4) 
a. (0,5) Liste as classes em que são subdivididos os materiais 
Metais, cerâmicos, polímeros, compósitos e semicondutores. 
 
b. (0,9) Cite pelo menos 3 características de pelo menos 3 das classes do item a. 
Metais têm ligações metálicas entre seus átomos, em que um mar de elétrons livres mantém os 
átomos fortemente unidos. Isto também gera alta condutividade térmica e elétrica, reflexão de 
luz, além de alta resistência mecânica. Os metais em geral são materiais densos. 
 
Cerâmicos têm ligações iônicas e covalentes, gerando materiais isolantes térmicos e elétricos, 
com altos pontos de fusão, refratários, Têm baixa densidade, podem ter alta resistência 
mecânica, mas são frágeis. 
 
Polímeros apresentam ligações covalentes intramoleculares e ligações fracas intermoleculares. 
Têm baixa densidade, em geral são menos resistentes do que metais e cerâmicas, mas podem 
ter resistência específica elevada. 
 
Semicondutores são formados por ligações covalentes. Não têm resistência mecânica 
expressiva. Sua principal aplicação é na indústria eletrônica, já que sua condutividade elétrica 
pode ser finamente controlada pela presença de impurezas controladas. 
2) (2,2) 
c. (0,6) Nomeie e desenhe as duas principais estruturas cristalinas do Ferro. OBS: não é necessário 
desenhar os átomos como esferas – basta desenhá-los como pontos. 
 
 CCC – Cúbico de Corpo Centrado 
 
 
 
 CFC – Cúbico de Face Centrada 
 
 
 
d. (0,6) Descreva em palavras e/ou desenhos o que são solutos substitucionais e intersticiais. 
 
 Solutos substitucionais são átomos diferentes dos átomos da rede, que ocupam uma vacância 
deixada por um átomo da rede. 
Solutos intersticiais são átomos diferentes dos átomos da rede, com raio menor, que ocupam os 
interstícios da rede. 
 
 
 
e. (1,0) Que tipo de soluto o carbono forma dentro da rede cristalina do Ferro? Associe este tipo de 
soluto com as estruturas da pergunta (a) e explique a diferença de concentração máxima do 
carbono nestas estruturas. 
 Como o carbono é muito menor do que o ferro, formará um soluto intersticial. No caso 
das redes CCC e CFC, os interstícios da rede CCC são muito menores do que os da rede CFC. Assim, 
o carbono intersticial fica muito mais comprimido na rede CCC, gerando grande distorção na rede do 
ferro. Por isso, a solubilidade do carbono na rede CCC é muito mais baixa (0,022 wt%) do que na rede 
CFC (2,11 wt%). 
3) (2.2) Considere o diagrama abaixo e responda às seguintes perguntas para uma liga com 0,5 wt% de 
Carbono. 
 
 
 
 
a. (0,9) Esboce as microestruturas a 1200, 730 e 600 ºC, indicando as fases presentes em cada 
caso 
 
 1200 ºC 730 ºC 600 ºC 
 
 
 
 
b. A 600 ºC, responda: 
 (0,2) Quais são as composições químicas das fases presentes? 
 
Cα < 0.022 wt% C ; CFe3C = 6.7 wt% C 
 
 (0,5) Quais são suas frações totais? 
 
Wα total = 6.7 – 0.5 / 6.7 – 0 = 6.2 / 6.7 ; WFe3C = 1 - Wα 
 
 
c. (0,6) Identifique os pontos do diagrama onde ocorrem reações relevantes, nomeie e escreva 
estas reações, com as respectivas fases e composições. 
 
 Ponto A: Reação Eutética 
 
L (4.3% C) <=> (2.11% C) + Fe3C (6.7% C) 
 
 Ponto B: Reação Eutetóide 
 
γ (0.77% C) <=> α (0.022% C) + Fe3C (6.7% C) 
4) (2,0) Dada a curva tensão-deformação abaixo determine (em unidades SI): 
 
a. (0.5) o módulo de elasticidade (com a melhor precisão possível.) 
E = 1,33x10
5
 MPa = 133 GPa 
 
b. (0.5) o limite de escoamento (idem). 
τy = 600 MPa 
 
c. (0.4) a tensão e a deformação de ruptura 
τRUP = 580 MPa 
εRUP = 0,16 
 
d. (0.6) Explique porque a curva passa por um máximo e depois decai. 
OBS: a curva interna é uma ampliação da parte inicial da curva maior. 
 Esta curva avalia o valor da tensão dividindo a força em cada instante pela área original 
da seção transversal do corpo de prova. Mas a seção transversal diminui durante o ensaio 
especialmente a partir de τR. Assim, a tensão parece cair, quando na verdade é crescente. 
5) (1,0) Nomeie os 3 mecanismos de aumento de resistência estudados, escolha um deles e explique 
seu mecanismo de funcionamento. 
Os mecanismos são: redução do tamanho de grão, solução sólida e encruamento (ou trabalho a frio). 
Todos se baseiam em bloquear o movimento das discordâncias. Quanto mais difícil é este movimento, 
maior a resistência do material à deformação plástica. 
 
Na redução do tamanho de grão, aumenta-se a quantidade de fronteiras de grão por unidade de área do 
material. Como as fronteiras são regiões desorganizadas, com mudança de orientação cristalina, 
funcionam como barreiras para o movimento das discordâncias. Assim, quanto menor o tamanho de 
grão, mais fronteiras existem, menor o movimento das discordâncias e maior a resistência do material. 
 
Na solução sólida, solutos substitucionais ou intersticiais geram distorções na rede cristalina do 
material solvente. Estas distorções interagem com as deformações existentes em torno das 
discordâncias, efetivamente bloqueando seu movimento. Desta forma, ocorre uma endurecimento do 
material. 
 
No encruamento o material é fortemente deformado em temperatura muito inferior a seu ponto de 
fusão. Uma grande quantidade de discordâncias é criada. A interação entre os campos de deformação 
destas discordâncias bloqueia seu movimento, endurecendo o material. 
 
6) (1,2) Esboce as principais estruturas macromoleculares e associe cada uma às 3 principais classes 
dos polímeros.