Respostas sobre Propriedades Mecânicas e Diagrama de Fases

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P2 de CEMAT 08.2 
Justifique todas as suas respostas 
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1) (3.5) Considere o diagrama de fases abaixo 
 
 
 
C 
a) (0.5) Identifique e nomeie os pontos mais relevantes deste diagrama, escrevendo as reações 
envolvidas. 
Ponto eutetóide – (0,77 wt% C)  (0,022 wt% C) + Fe3C (6,7 wt% C) 
Ponto eutético – L (4,3 wt% C)  (2,11 wt% C) + Fe3C (6,7 wt% C) 
 Considere uma liga com 1.0 wt%C. Esta liga foi aquecida até 1200 °C. 
b) (1.0) No resfriamento lento até 800 °C, qual a fase pró-eutetóide que se forma, qual a sua composição 
e quais são as proporções relativas entre as fases presentes. 
Como é um aço hiper-eutetóide (C0 >0,77 wt% C), a fase pró-eutetóide é a cementita (Fe3C). 
Esta fase tem composição química fixa de 6,7 wt %C – 93,3 wt% Fe. 
As proporções relativas são calculadas pela regra da alavanca com limites dados por uma isoterma a 800 
o
C. Nesta isoterma é possível determinar que C = 0,9 wt% C. Assim: 
W = (6,7-1,0)/ (6,7-0,9) = 5,7/5,8 = 0,98, oue seja, 98% de fase e 2% de fase F3C. 
 c) (1.0) Esboce as microestruturas a 800 °C e a 600 °C. 
 
 
 d) (0.5) A 600 
o
C calcule a quantidade de perlita. 
Usando a linha de 0,77 wt% de Carbono como referência para 100% de perlita, podemos escrever, pela 
regra da alavanca: 
Wperlita = (6,7-1,0)/(6,7-0,77) = 5,7/5,93 = 0,96 
 e) (0.5) Você dispõe de outro aço que, a 600 
o
C, apresenta 92 wt% de ferrita e 8 wt% de cementita. Este 
aço seria mais ou menos dúctil do que o aço original? Justifique de maneira quantitativa. 
 Para o aço original: W total = (6,7-1,0)/6,7-0,022) = 5,6/6,7 = 0,85 ou 85%. 
 Assim, WFe3CTotal= 15% 
 O novo aço tem mais ferrita e menos cementita que o original. Assim será mais dúctil e menos 
resistente. Isto porque com menos carbono ocorre menos distorção da rede cristalina, permitindo maior 
mobilidade das discordâncias. Além disso, a cementita é um composto muito duro e resistente, reduzindo a 
ductilidade do material. Com menos cementita, o material será mais dúctil. 
 
 
 
 
 
 
Fe3C 
Pró 
2) (2,5) Três peças (A, B, C) de aço com 1% de manganês, inicialmente idênticas, sofreram diferentes 
tratamentos termo-mecânicos. Ao final, cada peça sofreu um ensaio de tração, a partir do qual se determinou os 
seguintes gráficos de duas propriedades mecânicas. 
 
 
 
a) (1,5) Identifique o provável tratamento empregado em cada uma das peças, explicando seu raciocínio. 
b) (1,0) Suponha que o ensaio mecânico foi feito a temperatura de 50 oC. Se outro ensaio agora fosse feito 
a 0 
o
C, desenhe aproximadamente nos gráficos acima os valores que seriam obtidos para a peça B. 
 
Temperatura (
o
C) 
E
n
er
g
ia
 d
e 
Im
p
ac
to
 (
J)
 
B a 0
o
C 
B a 0
o
C 
a) A Peça A tem a maior resistência e a menor ductilidade. Assim, provavelmente sofreu um processo de 
endurecimento como, por exemplo, uma deformação a frio. 
A peça C tem resistência pouco menor que a da peça A e ductilidade pouco maior. Assim, provavelmente, 
sofreu também um tratamento de recuperação e recristalização. 
A peça B, que tem a menor resistência e a maior ductilidade, deve ter sofrido, também, um crescimento 
substancial do tamanho de grão. 
 
b) Pelo gráfico da energia de impacto, a peça B, a 50 
o
C, seria bastante dúctil (alta energia de impacto). No 
entanto, a 0 
o
C, a peça seria bastante frágil. Portanto, a ductilidade deve cair bastante e a resistência deve 
crescer. Vide gráfico.
3) ((2.5) Dada a curva de tensão-deformação abaixo determine, com a melhor precisão possível (em unidades 
SI): 
(a) (0.5) o módulo de elasticidade – explique como obteve 
(b) (0.5) o limite de escoamento a 0.2% de deformação – explique como obteve 
(c) (0.5) o limite de resistência – explique como obteve 
(d) (0.5) a tensão de ruptura – explique como obteve 
(f) (0.5) se a curva dada é uma curva tensão-deformação verdadeira ou de engenharia. Explique sua resposta. 
 
a) Para determinar o módulo de Young com boa precisão, deve-se usar o gráfico ampliado no interior do 
gráfico maior. Observando as linhas vermelhas marcadas no gráfico pode-se obter: 
E = = 400 Mpa / 0,0033 = 121 GPa 
b) Para determinar o limite de escoamento com boa precisão, deve-se usar o gráfico ampliado no interior 
do gráfico maior. Observando a linha azul marcada no gráfico, que é paralela à região linear, passando 
por 0,002 (0,2%) pode-se obter o ponto de intersecção com a curva. A partir deste ponto pode-se ler o 
valor do limite de escoamento através da linha verde. 
y= 590 MPa 
c) O limite de resistência é o ponto de máximo da curva, obtido do gráfico maior (linha preta). 
R= 750 MPa 
d) A tensão de ruptura é tensão no último ponto da curva, obtido do gráfico maior (linha tracejada). 
R= 580 MPa 
e) A curva é de engenharia, caracterizada por um ponto máximo, a partir do qual a tensão decai até o ponto 
de ruptura. Isto porque a tensão calculada no experimento divide a força em cada instante pela área 
original da secção transversal da peça, ignorando a redução desta secção, que se acentua com a 
estricção. 
 
 
4) (1,5) Nomeie os 3 principais mecanismos de endurecimento estudados no curso. Escolha um deles 
(apenas um !!!) e explique detalhadamente seu funcionamento. 
Todos os mecanismos se baseiam na restrição ao movimento das discordâncias. Ao restringir este 
movimento, os processos de deslizamento, que dependem das discordâncias e que ocorrem sempre que um 
material cristalino é submetido a esforços mecânicos, ficam restritos e o material perde ductilidade, 
ganhando resistência. 
 REDUÇÃO DO TAMANHO DE GRÃO – Ao reduzir o tamanho de grão aumenta-se o número 
de fronteiras por unidade de área do material. Como as fronteiras são barreiras para o 
movimento das discordâncias, já que exigiriam mudança nas direções de deslizamento ao passar 
de um cristal para outro, quanto maior a densidade de fronteiras mas bloqueadas ficarão as 
discordâncias e o material endurece. 
 SOLUÇÃO SÓLIDA – Ao introduzir impurezas susbtitucionais e/ou intersticiais, surgem 
deformações na rede cristalina do material. Estas deformações interagem com os campos de 
deformação causados pelas discordâncias, bloqueando seu movimento e endurecendo o material. 
 DEFORMAÇÃO A FRIO – Ao deformar extensamente um material em temperatura muito 
menor do que seu ponto de fusão, grande quantidade de discordâncias é criada. Como não há 
energia térmica disponível para ativar difusão, as discordâncias não são eliminadas e se 
acumulam. Os campos de deformação de diversas discordâncias interagem entre si, bloqueando 
as discordâncias mutuamente, endurecendo o material.