RESUMO - MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA 
 
1.1 Estrutura Atômica e Ligação Interatômica (NOTA 10 / 10) 
 
Através do conceito que aprendemos sobre estruturas eletrônicas, assinale a 
alternativa que explique por que a temperatura de fusão do sódio (89ºC) é maior 
do que a temperatura de fusão do potássio (63,5ºC). 
Os átomos de sódio possuem ligações metálicas mais fortes, uma vez que seu raio é 
menor que o do potássio. 
 
O polipropileno é um polímero ou plástico derivado do propeno ou propileno e 
possui forma molecular (C3H6)x. Dentre as suas principais propriedades, 
podemos citar alta resistência à fratura por flexão ou fadiga, boa resistência ao 
impacto e boa processabilidade (fácil moldagem). Esse tipo de material é 
amplamente utilizado para a confecção de utensílios domésticos, brinquedos, 
componentes automotivos, entre outros. Com base nessas considerações e no 
conteúdo apresentado até o momento, identifique qual das alternativas apresenta 
o correto tipo de ligação presente nos polímeros. 
Os polímeros apresentam ligações covalentes. 
 
Sabemos que a ligação iônica é o resultado da atração entre os íons negativo 
(ânion) e positivo (cátion) e geralmente é encontrada em compostos cuja 
composição envolve tanto metais como não metais. Em uma ligação iônica 
perfeita, há uma transferência completa de carga eletrônica de um átomo para 
outro. Com base no seu conhecimento a respeito de ligações iônicas, assinale a 
alternativa que corresponda ao composto que possua o maior caráter iônico 
dentre os citados a seguir: KF, CsCl, NaCl, KBr e LiBr. 
O fluoreto de potássio possui maior caráter iônico de ligação. 
 
Escolha a alternativa que explique por que o fluoreto de hidrogênio possui 
temperatura de ebulição mais elevada do que o cloreto de hidrogênio. 
Temperatura de fusão 19,4ºC versus -85ºC, apesar de o fluoreto de hidrogênio 
possuir um peso molecular menor. 
Essa diferença pode ser explicada devido à presença de ligação de hidrogênio entre as 
moléculas do fluoreto de hidrogênio. Já o cloreto de hidrogênio possui uma força de 
atração menor resultante de um momento dipolar permanente. 
 
Sobre a tabela periódica e sua utilização, assinale a alternativa incorreta. 
O elemento cloro é menos eletronegativo que o elemento sódio. 
 
 
 
 
1.2 Estrutura Cristalina e Amorfa dos Materiais (NOTA 10 / 10) 
 
A 20°C, o ferro apresenta a estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), sendo o 
raio atômico 0,124 nm. Calcule o parâmetro de rede "a" da célula unitária do ferro 
e, de acordo com o conhecimento adquirido nesta Unidade de Aprendizagem, 
assinale a alternativa correta. 
0,2864 nm. 
 
Calcule o fator de empacotamento atômico de uma célula unitária CCC. Com base 
na resposta do seu cálculo, podemos afirmar que: 
Isso significa que 68% do volume da célula unitária CCC está ocupado pelos átomos; o 
restante, 32%, é espaço vazio. 
 
Com base em seu conhecimento a respeito das principais estruturas cristalinas 
dos metais, assinale a alternativa INCORRETA. 
A estrutura cristalina HC possui numero de coordenação 8, ou seja, nesta célula, vemos 
que o átomo central esta rodeado por 8 vizinhos mais próximos. 
 
Com base no que aprendemos ao longo desta Unidade de Aprendizagem, indique 
a alternativa que informa corretamente a estrutura cristalina dos seguintes metais: 
molibdênio, tântalo, cromo, ouro, platina, zircônio e zinco. 
CCC, CCC, CCC, CFC, CFC, HC e HC. 
 
Utilizando o que aprendemos a respeito de materiais amorfos, assinale a 
alternativa incorreta. 
Ligas de 78% Fe-9%Si-13%B possuem estrutura cristalina, quando solidificados 
rapidamente e com velocidade de resfriamento superior a 108ºC/s. 
 
 
 
 
 
 
 
1.3 Uso dos diagramas de fases para compreender os materiais (NOTA 10 / 10) 
 
Ao que se refere o termo equilíbrio de fases, empregado com frequência no 
contexto dos diagramas de fases? 
Ao equilíbrio, na medida em que este se aplica a sistemas nos quais pode existir mais 
do que uma única fase. 
 
Nos diagramas de fase, em um material ou uma liga com uma dada composição, 
com uma temperatura conhecida e que está em equilíbrio, é possível determinar: 
as fases, as composições e a fração mássica das fases no material. 
 
Dentre as alternativas a seguir, qual reação melhor descreve a reação peritética 
no resfriamento? 
Sólido 1 + líquido 1 = sólido 2. 
 
É fundamental conhecer as diferentes definições e terminologias utilizadas em 
diagramas de fases. Quando estamos falando da porção homogênea de um 
sistema, que tem características químicas e físicas uniformes, estamos nos 
referindo: 
às fases. 
 
Em relação ao diagrama de fases e à regra da alavanca, qual a alternativa correta? 
Dependendo de variáveis como temperatura, pressão e composição, uma liga pode 
exibir microestrutura monofásica ou polifásica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.1 Difusão (Nota 10 / 10) 
 
Escolha a alternativa que justifique por que a difusão intersticial é mais rápida do 
que a difusão por lacunas. 
a) Os átomos intersticiais possuem maior mobilidade. 
 
Utilize o conceito de DIFUSÃO EM ESTADO ESTACIONÁRIO para resolver a 
questão a seguir. Uma placa de ferro é exposta a uma atmosfera rica em carbono 
por um desses seus lados e a uma atmosfera deficiente em carbono pelo outro 
lado a 700ºC. Se uma condição de estado estacionário é atingida, calcule o fluxo 
difusivo do carbono através da placa, conhecendo as concentrações do Carbono 
"Ca e Cb", respectivamente nas posições 5 e a 10 mm seguintes à superfície 
carbonetante. Dados: 
Ca = 1,2 kg/m3 
Cb = 0,8 kg/m3 
D = 3 x 10-11 m2/s 
c) 2,4 x 10-9kg/m2s. 
 
Calcule o valor do coeficiente de difusão D, em m2/s, do carbono no Feγ (CFC), a 
950°C. Dados: D0 = 2,0 x 10-5 m2/s Q = 142 kJ/mol. 
b) 1,73 x 10-11m2/s. 
 
Assinale a alternativa correta: 
e) Autodifusão é o processo de difusão dos metais puros. 
 
Assinale a alternativa CORRETA e utilize seus conhecimentos a respeito dos dois 
mecanismos de difusão existentes. 
b) A primeira Lei de Fick estabelece que difusão e gradiente de concentração são 
inversamente proporcionais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.2 Propriedades elétricas, térmicas e magnéticas dos materiais 
 
Magnetismo é uma força que exerce um poder de atração ou repulsão entre 
determinados objetivos, como ímãs e materiais ferromagnéticos, por 
exemplo. Quando uma barra de ferro é magnetizada, são: 
ordenados os ímãs elementares da barra. 
 
Por propriedade térmica, entende-se a resposta de um material à aplicação de 
calor. À medida que um sólido absorve energia na forma de calor, sua temperatura 
aumenta, assim como também aumentam suas dimensões. A capacidade 
calorífica é uma das propriedades térmicas dos materiais. 
Qual alternativa melhor a define? 
É uma propriedade que serve como indicativo da habilidade de um material em absorver 
calor da sua vizinhança externa. 
 
Qual dos grupos a seguir pode ser classificado como substância ferromagnética? 
Níquel e cobalto. 
 
É importante levar em consideração as propriedades elétricas dos materiais 
quando se está fazendo a seleção de materiais ou quando se está tomando 
decisões em relação às técnicas de processamento dos materiais durante uma 
etapa de projeto de um componente ou de uma estrutura. Quando um material 
metálico for resfriado por meio de sua temperatura de fusão a uma taxa 
extremamente rápida, ele irá formar um sólido não cristalino, ou seja, um vidro 
metálico. 
Dentre as alternativas a seguir, qual está correta em relação ao que ocorreu com 
a condutividade elétrica do metal não cristalino em comparação ao análogo 
cristalino? 
A condutividade elétrica de um vidro metálico será menor, pois os elétrons envolvidos 
no processo de condução experimentarão espalhamentos frequentes e repetidos. 
 
Os cientistas e os engenheiros, sejam eles mecânicos, civis, ambientais, químico 
ou elétricos, irão, uma vez ou outra, se deparar com um problema de projeto que 
envolve materiais. Dessa forma,é fundamental conhecer as propriedades destes, 
para evitar problemas futuros. 
Dentre as alternativas a seguir, quais são exemplos de propriedades físicas e 
mecânicas, respectivamente? 
Massa e módulo de elasticidade. 
 
 
É importante levar em consideração as propriedades elétricas dos materiais 
quando se está fazendo a seleção de materiais ou quando se está tomando 
decisões em relação às técnicas de processamento dos materiais durante uma 
etapa de projeto de um componente ou de uma estrutura. Quando um material 
metálico for resfriado por meio de sua temperatura de fusão a uma taxa 
extremamente rápida, ele irá formar um sólido não cristalino, ou seja, um vidro 
metálico. 
Dentre as alternativas a seguir, qual está correta em relação ao que ocorreu com 
a condutividade elétrica do metal não cristalino em comparação ao análogo 
cristalino? 
A condutividade elétrica de um vidro metálico será menor, pois os elétrons envolvidos 
no processo de condução experimentarão espalhamentos frequentes e repetidos. 
 
Os cientistas e os engenheiros, sejam eles mecânicos, civis, ambientais, químico 
ou elétricos, irão, uma vez ou outra, se deparar com um problema de projeto que 
envolve materiais. Dessa forma, é fundamental conhecer as propriedades destes, 
para evitar problemas futuros. 
Dentre as alternativas a seguir, quais são exemplos de propriedades físicas e 
mecânicas, respectivamente? 
Massa e módulo de elasticidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.3 Propriedades Mecânicas I (Nota 10 / 10) 
 
Imagine que uma determinada mola apresenta uma constante elástica de 85N/m. 
Esta mola está presa por um dos seus lados em um teto, e ao ser aplicada uma 
força na outra extremidade, a mesma sofre uma deformação de 3m. Desta forma, 
qual foi a intensidade da força exercida sobre a mola? 
255 N 
 
Quais as propriedades mecânicas dos metais e das ligas em engenharia que 
podem ser obtidas a partir do ensaio de tração? 
Módulo de elasticidade, alongamento percentual até a fratura, tensão de escoamento a 
0,2%, limite de resistência à tração ou tensão máxima, porcentagem de redução de área 
à fratura. 
 
Na figura a seguir é apresentado um caso real de um ensaio à tração de uma liga 
de alumínio de alta resistência, de onde corpos de prova de tração com 12,7 mm 
de diâmetro e 51 mm de comprimento de referência foram retirados de uma chapa 
com 16 mm de espessura. 
 
600 MPa. 
 
 
Quando existe o aparecimento de degraus na superfície, após a deformação 
permanente de um material, ou seja, tracionado além do limite elástico, estamos 
falando de: 
Bandas de deslizamento ou escorregamento de um material. 
 
Qual o efeito que produz o escorregamento simultâneo de um número de átomos 
sobre outros nos cristais metálicos deformados plasticamente? 
A tensão de cisalhamento. 
 
 
 
 
 
 
 
3.1 Propriedades Mecânicas II (Nota: 10 / 10) 
 
Em um projeto de engenharia, um componente plano tem de suportar uma tensão 
de tração e engenharia de 300 MPa. Se, nesta aplicação, for utilizada a liga de 
alumínio 7178-T651, qual o comprimento máximo de uma trinca interna que este 
material poderia suportar? (Use Y = 1). 
b) a = 3,77 mm. 
 
Determine a taxa de fluência para o estado estacionário para a liga de cobre, cuja 
curva de fluência é apresentada na figura seguinte. 
c) Taxa = 1,25 exp.(-6) (mm/mm/h). 
 
Um metal submetido a uma carga ou tensão constante pode sofrer uma 
deformação plástica ao longo do tempo. Esta deformação ao longo do tempo é 
conhecida como? 
d) Fluência. 
 
Quais as características dos materiais altamente dúcteis? 
a) Formam um pescoço até uma fratura pontual, exibindo uma redução de área 
virtualmente de 100%. 
 
O que representa a temperatura de transição dúctil-frágil nos metais? 
d) A transição dúctil-frágil está relacionada com a dependência da absorção da energia 
de impacto em relação à temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2 Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência (mecanismos de aumento 
de resistência) – (Nota 10 / 10) 
 
 
Assinale a alternativa que não corresponde a um Mecanismo de Aumento de 
Resistência de Metais: 
e) Aumento do número de discordâncias via deformação elástica. 
 
Assinale a alternativa correta com relação ao que aprendemos até agora: 
b) O Encruamento é uma Técnica de Aumento de Resistência de Materiais. 
 
 
Analise os dados do gráfico de comportamento do ferro e do cobre quando 
deformados a frio e escolha a alternativa correta: 
 
 
e) Os valores de dureza do Cobre quando deformado a frio em 50% são superiores aos 
valores de dureza quando comparados com o Cobre 38% deformado a frio. 
 
Analise os dados do gráfico de comportamento do Ferro e do Cobre quando 
deformados a frio e escolha a alternativa correta com relação aos seus 
respectivos limites de resistência. 
 
d) Os valores de limite de resistência do Ferro quando deformado a frio em 35% são 
superiores aos valores de limite de resistência quando comparados aos valores com 
25% de deformação a frio. 
 
Analise os dados do gráfico de comportamento do Ferro e do Cobre quando 
deformados a frio e escolha a alternativa correta com relação à ductilidade destes 
materiais. 
 
a) Em ambos os materiais podemos observar através do gráfico um decréscimo da 
ductilidade. 
 
 
 
 
 
4.1 Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência (Discordâncias e a 
deformação Plástica) (Nota 10 / 10) 
 
Analise a figura e com base no que aprendemos a respeito do Movimento de 
Discordâncias e assinale a alternativa que relaciona o momento do movimento: 
Rompimento e formação de novas ligações. 
 
De acordo com o que aprendemos nesta Unidade de Aprendizagem, assinale a 
alternativa incorreta: 
A Deformação Plástica de policristais é mais simples do que em monocristais. 
 
Sabemos que as Discordâncias são defeitos cristalinos. Com base nesta 
afirmação analise a figura e responda: 
De acordo com a imagem, trata-se de uma Discordância de Aresta. 
 
Sabemos que as Discordâncias são defeitos cristalinos. Com base nesta 
afirmação analise a figura e responda: 
 
De acordo com a análise feita da imagem, trata-se de uma Discordância do tipo Hélice. 
 
Sabemos que as Discordâncias são defeitos cristalinos. Com base nesta 
afirmação analise a figura e responda: 
Trata-se de uma Discordância do tipo Mista. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2 Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência (recuperação, 
recristalização e crescimento de grão) (Nota 10 / 10) 
 
 
Uma chapa de latão com 85% Cu–15% Zn, de 1mm de espessura, que foi laminada 
a frio com 50% de redução sofre por recozimento a 400°C durante 1h. Analise o 
gráfico do resultado do ensaio de tração e selecione a alternativa que esteja 
relacionada ao comportamento do material com relação ao processo de 
recozimento. 
Um tratamento de recozimento de um material deformado a frio reduz fortemente o limite 
de resistência à tração. 
 
As seguintes generalizações podem ser feitas quanto ao processo de 
recristalização, exceto uma: assinale a alternativa incorreta. 
Quanto menor for o tamanho de grão inicial maior será a deformação necessária para 
produzir, em determinada temperatura, uma quantidade de recristalização equivalente. 
 
Assinale a alternativa correta com a relação ao conteúdo que estudamos nessa 
unidade: 
No processo de tratamento de recozimento é possível diminuir a dureza do material. 
 
a) Acompanhe um gráfico com informações a repeito do processo de 
recristalização do Ferro e assinale a alternativa INCORRETA: 
 
A temperatura de recristalização não varia em função do % de trabalho a frio. 
 
Baseado no conteúdo que aprendemos nessa unidade, selecione a alternativa 
correta. 
Em geral, quanto maior o tamanho de grão mais mole é o material e menor é sua 
resistência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.1 Caráter do escoamento plástico (Nota 10 / 10) 
 
A máxima resistência alcançada na curvade tensão-deformação de engenharia é 
definida como: 
limite de resistência à tração (LRT). 
 
 
No caso de sólidos cristalinos, a deformação plástica ocorre segundo um 
processo denominado: 
deslizamento (também conhecido como escorregamento). 
 
 
Os resultados obtidos mediante o ensaio de tração são “plotados” (fornecidos 
pela própria máquina de ensaio) em um gráfico chamado tensão x deformação (σ 
x ε). Na figura a seguir, o ponto C representa: 
o limite de ruptura. 
 
Qual das alternativas a seguir está correta em relação a exemplos de 
materiais que sofrem deformação plástica? 
O ferro, por ser um material dúctil, sofre deformação plástica. 
 
Analisando a figura a seguir, pode-se dizer que ela representa a curva tensão-
deformação de que tipo de material? Qual é o tipo de deformação sofrida? 
Cerâmica; deformação elástica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.2 Deformação plástica em policristais (Nota 10 / 10) 
 
Quando os átomos ou íons de um material formam uma grade regular, repetitiva 
e tridimensional, sendo composto de várias pequenas regiões com diferentes 
orientações espaciais, qual é o nome do arranjo atômico? 
Material policristalino. 
 
Policristal ou agregado policristalino é um sólido 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. Quase todos os metais comuns e muitas cerâmicas são policristalinas. 
Entre as alternativas a seguir, qual apresenta um exemplo de material com 
estrutura policristalina? 
Chapas laminadas de aço. 
 
Em um ensaio de tração, um corpo de prova ou provete é submetido a um esforço 
que tende a alongá-lo ou esticá-lo até a ruptura. O ensaio de tração tem por 
finalidade determinar: 
o limite de resistência à tração e o alongamento do corpo ensaiado. 
 
Considere as curvas tensão de engenharia versus deformação de engenharia 
para três materiais (A, B e C). Entre as alternativas a seguir, qual está correta? 
O material A apresenta maior limite de escoamento do que B ou C. 
 
Durante o aquecimento de um material metálico deformado a frio em uma 
temperatura suficientemente elevada, são nucleados novos grãos na estrutura 
metálica recuperada, os quais começam a crescer, originando uma estrutura 
recristalizada. Sobre os diferentes fatores que interferem nessa recristalização, 
qual é a alternativa correta? 
 Se o trabalho a frio prévio é zero, haverá energia de ativação para a recristalização e 
ficam mantidos os grão originais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.1 Imperfeições (Nota 10 / 10) 
 
Considerando a energia para formação de uma lacuna de 0,9 eV/átomo, peso 
atômico de 63,5 g/mol e massa específica de 8,4 g/cm³, calcule o número de 
lacunas em equilíbrio, por metro cúbico de cobre à 1000 ºC: 
2,2 x 10 25 lacunas/m³. 
 
Se existem 80 grãos por polegada quadrada em uma fotomicrografia de um metal 
obtida com uma ampliação de 200 vezes, qual é o número ASTM de tamanho de 
grão do metal? 
O número ASTM é 9,3. 
 
Os defeitos em sólidos, também conhecidos como imperfeições, são 
classificados em diferentes tipos. Assinale a alternativa correta em relação aos 
defeitos pontuais: 
O defeito pontual mais simples é a lacuna, que corresponde a uma posição atômica na 
qual falta um átomo. 
 
Em relação às imperfeições, assinale a alternativa correta: 
O defeito pode ser definido como sendo uma imperfeição ou um "erro" no arranjo 
periódico regular dos átomos em um cristal. 
 
"Material 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". Essa definição refere-se a qual 
alternativa? 
Um policristal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.2 Falha (fratura) (Nota 10 / 10) 
 
Assinale a alternativa incorreta de acordo com o conteúdo que aprendemos ao 
longo dessa unidade. 
Na fratura a temperatura é considerada alta quando comparada à temperatura de fusão 
do material. 
 
Analise a figura e escolha a alternativa que corresponda à resposta correta. 
d) Trata-se de uma fratura dúctil, que possui a característica de apresentar uma grande 
deformação plástica antes de romper. 
 
Faça uma análise da figura em anexo e assinale a alternativa correta. 
c) Trata-se de uma fratura do tipo frágil, devido a superfície da fratura ser relativamente 
plana. 
 
Calcule o comprimento máximo de um defeito de superfície que seria aceitável na 
condição de que o material não se rompa. Admita que temos uma placa de vidro 
que foi submetida a uma tensão de 50 MPa, sendo que sua energia de superfície 
é de 0,5 J/m² e seu E = 70GPa. 
b) 8,91μm. 
 
Em um projeto para a indústria marítima, um componente plano deve suportar 
uma tensão de tração de 200 MPa. Se nessa aplicação utilizarmos a liga de 
alumínio 7178-T651, qual seria o comprimento máximo de uma trinca interna que 
este material suportaria? Considere Y=1; Utilize a tabela e a fórmula em anexo 
para te ajudar a responder esse exercício. 
c) 8,484mm.