P3 materiais metálicos GABARITO 1 sem 2015

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1ª Questão (2,0 pontos). Você ficou responsável pela reprodução de um eixo de aço cementado de 6,0 mm 
objetivando a nacionalização de um produto que até então era importado da China. O eixo original foi analisado 
e os resultados dos ensaios preliminares são mostrados no quadro abaixo. 
Pede-se indicar um aço e especificar o ciclo termoquímico (especificar a espessura da camada, dureza e estruturas 
esperadas). 
Eixo Aço 
Espessura 
da camada 
Dureza Estrutura 
camada núcleo camada núcleo 
Importado 
Não espe-
cificado * 
0,9 a 1,1 
mm 
62-64 
HRC 
160 
HV 
Resultado ainda não recebido 
Seu projeto 
 
 
1008 
a 1015 
 
1,0 62 xxxxxx 
100 %Martensita 
revenida com 
0,8 %C 
Ferrita e perlita fina 
* O resultado da análise química indica que esse aço não 
tem equivalentes com aços das normas ABNT / SAE. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Obs. Identifique os eixos e as operações. Indique temperaturas, 
tempos e resfriamento. 
 
2ª Questão (1,0 ponto). Numa fundição, uma carga de liga de alumínio – silício estava em andamento 
objetivando produzir peças de ligas hipoeutéticas, sem modificação. Antes do vazamento veio uma 
contraordem para vazar outro lote peças, de ligas hipereutéticas, refinadas. Objetivando atender esse novo 
pedido, aproveitando a mesma carga, pede-se indicar duas novas providências a serem tomadas (e 
respectivos objetivos). 
Providência Objetivo 
1. Adicionar mais silício Para transformar a liga hipo em hipereutética 
2. Adicionar P Para refinar o silício proeutético 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Disciplina: NR7120 Materiais Metálicos P3 I 15 Data: 18.06.2015 
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. 
 3. Calculadora alfa-numérica: não permitida. 4. Duração: 70 minutos. 
Turma A 
 
Observações: 
1. Faça a prova de forma bem organizada. Pense ... reflita ... antes de começar a escrever! 
2. Seja sucinto e objetivo: não escreva um “romance” para explicar uma coisa simples. 
3. Deixe indicado sobre as figuras os dados delas extraídos. 
4. Descrever uma microestrutura significa, sempre que possível, identificar, quantificar as frações e indicar o 
 teor de soluto das fases / constituintes presentes. 
5. Para converter kgf/mm2 em MPa, multiplique por 10. 
6. Dados necessários não fornecidos deverão ser adotados. 
7. Equações: Área = D2 / 4; Volume = A.L; densidade = m / V; %RA = (Ai-Af).100 / Ai;  = F / A. 
 
BOA PROVA! BOAS FÉRIAS! 
 
Fig. 1. Diagrama de RV 
(camada cementada). 
 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS N° 
G A B A R I T O 
Nº 
T (ºC) 
 2,5 h 
1,5 h 
tempo 
Óleo 
940 
200 
Cement. 
Reven. 
 
 
5ª Questão (1,6 pontos). Considere os seguintes aços (ou ligas) e os respectivos tratamentos térmicos e 
preencha a tabela abaixo. Constituintes: apenas identifique os constituintes formados. 
Fases: identifique as fases e indique a fração e seu respectivo teor de carbono. Qual é a dureza esperada? 
Aço ABNT 
ou liga Fe+C 
Tratamento 
térmico 
Constituinte(s) 
presente(s) 
(só identificar) 
Fase(s) presente(s) 
(indicar fração e %C das fases) 
Dureza 
esperada 
(qualquer escala) 
1040 
 
Recozido 
Ferrita e perlita 
grosseira 
6% Fe3C com 6,7 %C 
94 %α com 0,008 %C 
170 HB 
Fe + 1,2 %C 
 
Temperado 
Martensita e 
Cementita 
3 % Fe3C com 6,7 %C 
97 %M com 1,0 %C 
x x x x 
Fe + 1,0 %C 
 
Esferoidizado Esferoidita 
15% Fe3C com 6,7 %C 
85 %α com 0,008 %C 
180 HB 
1010 
Temperado 
de 800 ºC 
 
Martensita e Ferrita 
~20 %Martensita com 0,5 %C 
~80 %α com 0,00...%C 
x x x x 
8640 
 
Temperado Martensita 100 % Martensita com 0,4 %C 610 HB 
1050 
 
Temperado + 
RV a 370ºC 
Martensita revenida 
100 %Martensita Revenida 
com 0,5%C 
400 HB 
 
Dureza (HB)
%C
Esferoidizado
Normalizado
Recozido
%C
Temperado
Temperado e 
revenido a 370°C
Normalizado
Dureza (HB)Dureza (HB)
%C
Esferoidizado
Normalizado
Recozido
%C
Temperado
Temperado e 
revenido a 370°C
Normalizado
Dureza (HB)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Obs.: Curvas de resfriamento: desenhar a tinta! 
 
Nº Estrutura Dureza 
1 Martensita 620 HB 
2 Martensita 620 HB 
3 Ferrita e perlita fina 180 HB 
Fig. 2. Dureza de aços submetidos a diferentes 
tratamentos térmicos, em função da sua %C. 
6ª Questão (1,0 ponto). Desenhe, no espaço ao lado, 
uma curva TRC esquemática de aço ABNT 1040. 
Identifique os eixos, as linhas e os campos. 
Desenhe sobre ela as curvas de resfriamento indicativas 
de: (1) Têmpera; (2) Martêmpera e (3) Normalização. 
As microestruturas e dureza obtidas com esses 
tratamentos são: 
 
 
3ª Questão (3,4 pontos). Um eixo de 10,0 mm x 200 mm de aço ABNT 4140 foi projetado e fabricado para 
suportar um carregamento trativo de 7850 kgf sem deformar. Objetivando modernizar o equipamento, decidiu-
se substitui-lo por um eixo de liga de alumínio ABNT 2014 (basicamente Al-4 %cobre). Pede-se: 
a) Recalcular o eixo (diâmetro) e indicar o ciclo térmico que atenda os mesmos requisitos, respeitando duas 
limitações: 
- o novo eixo não deve pesar mais do que o eixo original de aço. Dentro do possível, procure aplicar a máxima 
redução de peso; 
- diâmetro máximo de 18,0 mm (devido a limitação do espaço onde será instalado). 
Eixo  (mm) Área (mm2) Carga (kgf) 
Tensão 
(MPa) 
Densidade 
(g/cm3) 
Peso (g) 
Aço 
 
10 78,5 7.850 1000 7,8 122,46 
 
Alumínio 
Liga ABNT 
2014 
 
 a) 17,0 
 
 b) 15,8 
227 
 
196,3 
7.850 
346 
 
400 
2,7 
122,46 
 
105,8 
b) Ciclos térmicos. Desenhe nos espaços abaixo. Identifique os eixos e as operações. Indique temperaturas, tempos e 
resfriamentos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b1) Aplicado ao aço original b2) A ser aplicado no eixo de alumínio. 
 
c) Microestruturas Após operação 1 Após operação 2 
 
c2) do eixo de aço 
 
100 %Martensita com 0,4 %C 100 %M. Revenida com 0,4 %C 
 
c3) do eixo de alumínio 
 
100 %αssss com 4 %Cobre 100 %α + β’ com 4 %Cobre 
Obs.: Indique apenas constituinte. Se possível, quantifique-o e indique o teor de soluto dissolvido nele. 
 
Espaço para rascunho (não será considerado na avaliação da prova). 
 
Obs.: A resposta (a): (eixo de alumínio com 17 mm) contempla um eixo de mesmo peso. 
 
Para a resposta (b): (eixo de alumínio com 15,8 mm) partiu-se de um LE = 400 MPa. 
Por atender melhor ao solicitado, o ciclo térmico apresentado contempla esta situação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
T (ºC) 
40 min. 
60 min. 
tempo 
Óleo 
860 
560 
Têmpera 
Reven. 
T (ºC) 
 1 h 
2 h 
tempo 
Água 
500 
204 
Solubil. 
Envelh. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4ª Questão (1,0 ponto). O tratamento térmico aplicado aos aços médio / alto carbono que permite obter a 
mínima dureza e máxima ductilidade / usinabilidade é Recozimento para esferoidização . . . . . . . . . . . . 
cuja microestrutura obtida denomina Esferoidita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
e é formada pela(s) fase(s) α e Fe3C esferoidizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3. Resistência da liga de alumínio ABNT 2014 
em função do tempo e datemperatura de 
envelhecimento. Obs.: Tempos menores que 1 h não 
garantem homogeneidade de temperatura da carga 
 
 
 
Tempo na temperatura de envelhecimento
Li
m
ite
 d
e 
es
co
am
en
to
 (M
P
a)
Tempo na temperatura de envelhecimento
Li
m
ite
 d
e 
es
co
am
en
to
 (M
P
a)
Fig. 4. Diagrama de 
revenimento do aço 
ABNT 4140 
Fig. 5. Diagrama de equilíbrio 
Fe – C (região dos aços).