P1 2 semestre 2015 materiais metálicos

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DISCIPLINA: NR7120 Materiais Metálicos P1 II 2015 
P 
DATA: 24.09.2015 
NOME: G A B A R I T O 
NOTA: 
 
ASS.: Prof. Jorge Kolososki 
Instruções gerais: 1. Prova sem consulta. 2. O rascunho não será considerado. Turma A 
 3. Calculadora alfa-numérica: não permitida. 4. Duração: 70 minutos. 
1ª Parte (3 pontos). Uma empresa, fabricante arames, dispõe em estoque de fios de ligas de alumínio ABNT 
2017 (basicamente Al-4%cobre) com 4,50 mm, já com 350 MPa de limite de resistência. Ela recebeu um 
pedido para fornecimento de fios desse material, com 2,00 mm e com 370 MPa de limite de resistência. 
Objetivando não efetuar nova compra de matéria prima, pede-se: 
- Calcular/propor sequência de reduções e recozimento para atender esse pedido a partir do material disponível; 
- Desenhar as curvas de encruamento (indicar sobre ela os diâmetros, reduções aplicadas, recozimentos, etc.). 
 
Cálculo de Do (diâmetro original do fio, 
antes do encruamento que conferiu os 
350 MPa de limite de resistência): 
 - para 350 MPa  12 %RA 
 
0,12 = ((Do)2 – (4,5)2)  Do = 4,80 mm 
 (Do)2 
 
Cálculo de Dn (diâmetro que antecede 
a etapa acabadora): 
 - para 370 MPa  40 %RA 
 
0,40 = ((Dn)2 – (2)2)  Dn = 2,58 mm 
 (Dn)2 
 
Cálculo do número de sequências trefilação / recozimento 
 
 para n = 1  %RA = 71 %  ultrapassa o valor máximo! 
 
 para n = 2  (4,8)2 – (D1)2 = (D1)2 – (2,58)2  D1 = 3,52 mm 
 (4,8)2 (D1)2 
 
 %RA1 = %RA2 = 46,2 %  OK! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nº 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 Nº seq. 
Do = 4,80 mm 
Di = 4,50 mm 
D1 = 3,52 mm 
Df = 2,00 
D = 
Dn = 2,58 mm 
Preencher: 
12 + 34,2 46,2 40 %RA 
 RZ RZ 
 D
o
=4,80 D
1
=3,52 D
n
=2,58 D
 
(mm) 
 D
i 
= 4,50
 
D
f 
= 2,0 
350 
 LR (MPa) 
 
 
 
370 
Fig. 1. Curva de encruamento 
 da liga ABNT 2017 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Espaço para contas (estas não serão consideradas na avaliação) 
 
Definindo o ponto de coordenadas (4; TR), temos (R é a resposta): 4 – R = 0,03  R = 2,48 %cobre 
 53 - R 
Ou: 3 % com 53 %cobre  97 % com R %cobre 
 
 53 – 4 = 0,97  R = 2,48 %cobre 
 53 - R 
 
De outra forma, fazendo um balanço de massas: 
- 3% com 53 %cobre = 0,03 x 53 = 1,59 
- 97% com R %cobre = 0,97 x R = 2,41 . 
 100 4,00. Portanto, 2,41 / 0,97 = 2,48 %cobre = R 
 
Fig. 3. Efeito do tamanho médio 
de grão sobre o limite de 
resistência da liga ABNT 2017. 
Fig. 2. Efeito do tempo de 
envelhecimento sobre o limite de 
resistência da liga ABNT 2017. 
Fig. 4. Diagrama de equilíbrio Al-Cobre (à 
esquerda, detalhe ampliado da região rica em Al). 
3 
Al v 53 %Cu
T (ºC) 
Al v 53 %Cu
T (ºC) 
 
T (ºC) 
 
 600 
 
 500 
 
 400 
 
 300 
 
 200 
 
 100 
548 
 +  
 
 + L 
 0 1 2 3 4 5 6%Cu 2,48 
 =R 
460 
 
2ª Parte (5 pontos). a) Para essa liga (Al – 4 %Cu): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Desenhe um ciclo térmico completo dessa liga, objetivando obter 320 MPa de limite de resistência. 
Desenhe, esquematicamente, as microestruturas observadas nessa liga, no estado recozido (a), após a 
primeira etapa (b) e final (c) dessa liga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(a) (b) (c) 
 
 
 
 
 
 
 
 
c) Caso desejasse, para essa liga, a presença de 3 %, como deveria ser o ciclo térmico? Desenhe-o abaixo. 
Desenhe, também, a provável microestrutura final. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Obs.: 1. Fala a prova de forma tranquila e organizada. 
2. Deixe indicado sobre as figuras os dados delas extraídos. 
3. Ciclos térmicos: não é necessário estar em escala, mas indicar tempos, temperaturas e resfriamentos usados. 
Identificar os eixos e as operações. 
4. Microestruturas: desenhar e identificar as fases presentes (se possível, quantificar e indicar o teor de soluto das 
fases presentes). 
5. Equações: 
 = o + kd-1/2 
%RA
(n)
(o)
%RA
(n)
(o)
%RA = (Ai-Af).100 / Ai 
 T ºC 
tempo 
Solubilização 
 
Água 
1 h 
Envelhecimento 
~3 h 
540 
 T ºC 
185 
tempo 
Solubilizado 
 100 % αssss com 4%Cu 
Sol. e envelhecido 
 α + ’ 
Não é possível quantificar 
as fases (resfriado fora das 
condições de equilíbrio). 
Recozido: 
 92,45 %α com 0%Cu + 
 7,55 % com 53%Cu 
1 h 
460 
Água 
a. No estado recozido, qual a fração da 
fase  (CuAl2)? 
 
 = (4 – 0) x 100 = 7,55 
 53 – 0 
 
7,55 % com 53 %cobre 
 
b. No estado solubilizado, qual deve ser o provável tamanho 
médio de grão da fase ? 
 
o = 240 MPa (Figura 2) 
 
K  260 = 240 + k x 3  k = 6,67 MPa.mm1/2 
 
285 = 240 + 6,67 x d-1/2  d = (6,67/45)2 
 
d = 0,022 mm 
 
 
 
Resp.: 0,022 mm ou 22 µm Resp.: 7,55 % 
Solubilizado parcialmente: 
 3 % com 53%Cu + 
97 %α com 2,48%Cu 
2 
 
3ª Parte (1,0 ponto). Com relação ao processo de “modificação”, aplicado às ligas Al - Si fundidas, objetivando 
melhorar as propriedades mecânicas, pede-se: 
 
a) Este processo é aplicado às ligas: 
 
 Eutéticas Hipoeutéticas Hipereutéticas Todas elas 
 
b) Objetivo do processo (quanto à microestrutura): Transformar as placas de Si do eutético em fibras. 
c) Este objetivo pode ser alcançado adicionando à liga: Sr - Estrôncio 
d) Aplicando este processo, as propriedades abaixo (- aumentam; - diminuem; - não alteram): 
 LR LE %A Tenacidade Mód. Elasticidade Densidade 
- Aumentam: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
- Diminuem: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
- Não alteram: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
 
4ª Parte (1,0 ponto). Dentro de uma usina siderúrgica integrada, partindo-se da matéria prima primária, chega-
se ao produto final, o qual atende todo mercado constituído pelas indústrias mecânicas, químicas, de 
construção civil, etc. Pede-se listar essas matérias primas, inicial e intermediária, na sequência de fabricação e 
o produto final.RASCUNHO (não será considerado na prova). 
Boa Prova! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Alto-forno 
Minério de ferro, coque (combustível), calcário e ar quente. 
Laminadores 
Placas contínuas com cerca de 200 mm de espessura x 800 mm de largura. 
Conversor (ou convertedor) 
Gusa, escória e GAF (gás do alto forno). 
Lingotamento contínuo 
Aço líquido e escória. 
Tiras a quente (bobinas de aço, laminadas a quente). 
X X 
X X X X 
X X 
3