Atividade de pesquisa 01 - Ciência dos Materiais

Prévia do material em texto

Ciência dos Materiais
Aluno (a): Luis Alfredo de Lima
Data:28/08/2023
Atividade de Pesquisa 01
NOTA:
INSTRUÇÕES:
· Esta Avaliação de pesquisa contém 08 questões, totalizando 10 (dez) pontos.
· Você deve preencher dos dados no Cabeçalho para sua identificação
· Nome / Data de entrega
· Utilize o espaço abaixo destinado para realizar a atividade.
· Ao terminar grave o arquivo com o nome Atividade de Pesquisa 01(nome do aluno).
· Envie o arquivo pelo sistema.
1 - Como podem ser alteradas as propriedades dos materiais?
 As propriedades dos materiais podem ser alteradas de diversas maneiras, dependendo do tipo de material e das propriedades específicas que se deseja modificar.
 Algumas maneiras comuns de alterar as propriedades dos materiais:
· Composição Química: Alterar a composição química de um material pode ter um impacto significativo em suas propriedades. Isso pode envolver a adição de elementos ou compostos para melhorar características específicas, como resistência, condutividade elétrica ou resistência à corrosão.
· Tratamentos Térmicos: Tratamentos térmicos envolvem aquecer ou resfriar um material em taxas específicas para alterar sua microestrutura e, consequentemente, suas propriedades. Isso é frequentemente usado para ajustar a dureza, a tenacidade e outras características mecânicas dos materiais metálicos.
· Processamento Mecânico: A aplicação de forças mecânicas, como laminação, forjamento ou extrusão, pode melhorar a resistência e a ductilidade dos materiais metálicos. Isso realinha as estruturas internas dos materiais, tornando-os mais fortes ou mais maleáveis.
· Tratamentos de Superfície: Modificações na superfície de um material podem melhorar suas propriedades específicas. Isso inclui processos como galvanização, nitretação e anodização, que podem aumentar a resistência à corrosão, dureza superficial e outras características.
· Adição de Ligas e Ligantes: Adicionar elementos de liga ou ligantes a um material pode melhorar suas propriedades. Isso é comum em metais, onde pequenas quantidades de outros elementos podem impactar positivamente características como condutividade elétrica, resistência à tração, etc.
· Tratamentos Químicos: Alguns materiais podem ser tratados com produtos químicos para modificar suas propriedades. Por exemplo, polímeros podem ser tratados para melhorar sua adesão, resistência química ou resistência ao fogo.
2 - De acordo com suas classificações básicas, como foram classificados os materiais sólidos?
 Os materiais sólidos podem ser classificados de várias maneiras com base em diferentes critérios, como composição, estrutura cristalina, propriedades mecânicas, entre outros.
Composição:
· Metais: Materiais compostos principalmente por átomos metálicos, caracterizados por alta condutividade elétrica e maleabilidade.
· Polímeros: Materiais feitos de cadeias moleculares longas, conhecidos por sua baixa densidade e isolamento elétrico.
· Cerâmicos: Materiais compostos principalmente por elementos não metálicos, como oxigênio, nitrogênio e carbono. Eles geralmente têm alta dureza e resistência térmica.
Estrutura Cristalina:
· Cristalinos: Materiais cujos átomos ou íons estão arranjados em uma estrutura regular e repetitiva, formando cristais com superfícies planas e ângulos definidos. Exemplos incluem metais e muitos cerâmicos.
· Amorfos: Materiais que não têm uma estrutura cristalina ordenada. Os átomos estão arranjados de forma desordenada, resultando em uma estrutura vítrea ou amorfa. Exemplos incluem vidro e certos tipos de polímeros.
Propriedades Mecânicas:
· Dúcteis: Materiais que podem sofrer deformação plástica significativa sem quebrar, como metais dúcteis, que podem ser esticados em fios.
· Frágeis: Materiais que tendem a quebrar sem deformação plástica significativa, como cerâmicos frágeis, que quebram sem aviso prévio sob tensão.
· Rígidos: Materiais que têm uma alta resistência à deformação. São geralmente duros e não deformam facilmente.
· Flexíveis: Materiais que podem ser dobrados ou curvados sem quebrar.
Condutividade Elétrica:
· Condutores: Materiais que permitem o fluxo fácil de corrente elétrica devido à presença de elétrons livres. Exemplos incluem metais.
· Isolantes: Materiais que têm pouca capacidade de condução elétrica devido à falta de elétrons livres. Exemplos incluem cerâmicos e polímeros.
· Semicondutores: Materiais que têm uma condutividade intermediária entre condutores e isolantes. Sua condutividade pode ser controlada com a adição de impurezas ou variação de temperatura.
3 - Em que consiste os materiais inteligentes?
 Materiais inteligentes, também conhecidos como materiais funcionais ou materiais ativos, são materiais que possuem a capacidade de responder a estímulos externos ou internos de maneira controlada e previsível. Eles podem alterar suas propriedades físicas, químicas ou mecânicas de forma reversível, a fim de se adaptarem ao ambiente ou às condições em que estão inseridos. Esses materiais têm aplicações em uma ampla variedade de setores, incluindo eletrônica, medicina, engenharia, têxteis, automobilística e muitos outros.
4 - Para cada uma das propriedades dos materiais metálicos, relacione um estímulo e sua
resposta.
Propriedade: Condutividade Elétrica
· Estímulo: Aplicação de uma diferença de potencial elétrico (tensão)
· Resposta: Fluxo de corrente elétrica através do material
Propriedade: Dureza
· Estímulo: Aplicação de uma força externa
· Resposta: Resistência à penetração ou deformação plástica
Propriedade: Maleabilidade
· Estímulo: Aplicação de uma força ou pressão externa
· Resposta: Capacidade de o material ser deformado plasticamente e esticado em folhas finas
Propriedade: Tenacidade
· Estímulo: Aplicação de uma carga repentina ou choque
· Resposta: Resistência à fratura ou quebra sob condições de impacto
Propriedade: Resistência à Corrosão
· Estímulo: Exposição a ambientes corrosivos (umidade, substâncias químicas)
· Resposta: Capacidade de resistir à deterioração química e à oxidação
Propriedade: Condutividade Térmica
· Estímulo: Variação de temperatura em diferentes partes do material
· Resposta: Transferência eficiente de calor através do material
Propriedade: Magnetismo
· Estímulo: Aplicação de um campo magnético externo
· Resposta: Geração de um campo magnético próprio ou alinhamento dos momentos magnéticos
Propriedade: Plasticidade
· Estímulo: Aplicação de uma força ou tensão
· Resposta: Deformação permanente do material sem quebra, resultando em uma nova forma
Propriedade: Condutividade Térmica
· Estímulo: Variação de temperatura em diferentes partes do material
· Resposta: Transferência eficiente de calor através do material.
1. Propriedade: Ductilidade
· Estímulo: Aplicação de tensão ou força
· Resposta: Capacidade de ser esticado em fios ou deformado plasticamente.
5 - Desenhe o diagrama de fases para ferro-carbono, mostre todas as fases e especifique cada uma?
 
Ferrita α (alfa):
· Composição: Ferro puro e ligas com baixo teor de carbono (até cerca de 0,022% de carbono a 727°C).
· Características: Estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC). É relativamente macio e dúctil.
Cementita Fe3C:
· Composição: Ligas com teor de carbono de cerca de 6,7%.
· Características: Composto intermetálico de ferro e carbono. É extremamente duro e quebradiço.
Perlita:
· Composição: Mistura de ferrita e cementita.
· Características: Estrutura lamelar formada pela transformação eutetóide da austenita a uma temperatura específica. É uma das microestruturas mais comuns em aços.
Austenita γ (gama):
· Composição: Ligas de ferro-carbono em altas temperaturas, acima da temperatura crítica superior (dependendo do teor de carbono).
· Características: Estrutura cristalina cúbica de faces centradas (CFC). É uma fase de alta temperatura e possui boa tenacidade.
Martensita:
· Composição: Pode ocorrer em ligas de ferro-carbono durante o resfriamento rápido da austenita.
· Características: Estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (TCC). É extremamentedura e frágil, resultado da transformação martensítica.
Bainita:
· Composição: Pode ocorrer em ligas de ferro-carbono durante o resfriamento moderado da austenita.
· Características: Estrutura submicrométrica de ferrita e cementita, formada a temperaturas intermediárias.
6 - Mostre e fale sobre as reações Eutetóide e Eutética.
 Reação eutetóide é um tipo de transformação de fase que ocorre em ligas metálicas, especialmente naquelas que possuem composição próxima ao ponto eutetóide em um diagrama de fases. No caso do diagrama de fases ferro-carbono, a reação eutetóide é a transformação da austenita em duas fases distintas, ferrita e cementita, em uma temperatura específica, conhecida como temperatura eutetóide.
 No contexto do ferro-carbono, a reação eutetóide ocorre conforme a temperatura diminui. A composição eutetóide é de aproximadamente 0,76% de carbono.
Austenita (γ) → Ferrita (α) + Cementita (Fe3C)
Isso significa que, durante o resfriamento da austenita a uma temperatura eutetóide específica (dependendo da composição da liga), ela se transformará em uma mistura de duas fases: ferrita e cementita. A ferrita é uma fase com menor teor de carbono e uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC), enquanto a cementita é uma fase rica em carbono e possui uma estrutura intermetálica.
 Reação eutética é um tipo de transformação de fase que ocorre em sistemas materiais quando uma mistura líquida se solidifica simultaneamente em duas fases diferentes a uma temperatura específica. Esse tipo de reação é comum em ligas metálicas e outros sistemas materiais, como algumas ligas metálicas binárias e certas misturas de materiais cerâmicos.
 No contexto do diagrama de fases ferro-carbono, a reação eutética ocorre em ligas com uma composição eutética específica, que é de aproximadamente 4,3% de carbono. A reação eutética resulta na formação de duas fases sólidas distintas: a cementita (Fe3C) e o grafite (ou grafita).
Líquido → Cementita (Fe3C) + Grafita
Nessa reação, à medida que o líquido resfria até a temperatura eutética, ele solidifica simultaneamente em duas fases diferentes, a cementita e a grafita. A cementita é uma fase rica em carbono, enquanto a grafita é uma forma cristalina do carbono que possui propriedades de lubrificação e condução elétrica.
7 - Fale sobre a microestrutura perlítica, quais as fases presentes? Como é formada?
 A microestrutura perlítica é uma estrutura cristalina que consiste em duas fases, a ferrita e a cementita, dispostas em lamelas alternadas. A ferrita é uma fase de ferro com baixo teor de carbono, enquanto a cementita é uma fase de ferro com alto teor de carbono. A microestrutura perlítica é formada durante a transformação isotérmica ou o resfriamento contínuo da austenita.
 Durante a austenitização, o material é aquecido a uma temperatura acima da temperatura crítica superior, permitindo que a estrutura cristalina se torne austenítica. Em seguida, o material é resfriado rapidamente para uma temperatura abaixo da temperatura crítica inferior, formando martensita. Para obter a microestrutura perlítica, é necessário aquecer o material a uma temperatura acima da temperatura crítica superior e, em seguida, resfriá-lo lentamente para uma temperatura abaixo da temperatura crítica inferior. Isso permite que a austenita se transforme em perlita, que é composta por lamelas alternadas de ferrita e cementita.
 
8 - A que se refere a estrutura dos materiais?
 A estrutura dos materiais se refere à organização e arranjo dos átomos, íons ou moléculas que compõem um material em nível microscópico. A estrutura dos materiais descreve como essas unidades básicas estão dispostas no espaço e como interagem umas com as outras. A estrutura é um dos principais determinantes das propriedades físicas, químicas e mecânicas de um material.
Os níveis de estrutura nos materiais são:
· Estrutura Atômica: Refere-se à organização dos átomos individuais em um material. A estrutura atômica inclui a disposição dos átomos no espaço tridimensional, os tipos de átomos presentes e os vínculos entre eles. Diferentes tipos de ligações químicas (iônicas, covalentes, metálicas) levam a diferentes arranjos atômicos.
· Estrutura Cristalina: Alguns materiais possuem uma ordem tridimensional repetitiva chamada estrutura cristalina. Nesse arranjo, os átomos estão dispostos em padrões regulares que se estendem por todo o material. As estruturas cristalinas são caracterizadas por planos de rede e direções de rede. Exemplos incluem a estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) e cúbica de faces centradas (CFC).
· Microestrutura: A microestrutura se refere à disposição das diferentes fases ou componentes dentro de um material, incluindo as interfaces entre elas. Isso inclui características como grãos cristalinos, fases diferentes (como ferrita e cementita em aços), impurezas e inclusões.
· Macroestrutura: A macroestrutura é a aparência geral de um material, muitas vezes visível a olho nu. Ela inclui características como tamanho, forma e orientação dos grãos.
Atividade de Pesquisa 01: Ciência dos Materiais