Lista 1 de exercicios - Engenharia de Materiais

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1- Mostre que o fator de empacotamento atômico de uma estrutura CCC é 0,68.
2- Mostre que o fator de empacotamento atômico de uma estrutura CFC é 0,74.
3- O cobre possui um raio atômico de 0,128 nm, uma estrutura cristalina CFC e um peso atômico de
63,5 g/mol. Calcule a sua massa específica teórica e compare a resposta com sua massa específica 
medida.
4- Especifique as coordenadas de pontos para todas as posições atômicas em uma célula unitária 
CCC.
5- Esboce uma direção [110] no interior de uma célula unitária cúbica.
6- Construa uma plano (011) no interior de uma célula unitária cúbica.
7- Para o ferro com estrutura cristalina CCC, calcule (a) o espaçamento interplanar e (b) o ângulo de
difração para o plano (220). O parâmetro de rede para o Fe vale 0,2866 nm. Suponha , ainda, que 
seja usada uma radiação monocromática com comprimento de onda de 0,1790 nm e que a ordem de 
reflexão seja 1.
8- Calcule o número de lacunas em equilíbrio, por metro cúbico de cobre, a 1000 °C. A energia para
formação de uma lacuna é 0,9 eV; o peso atômico e a massa específica para o cobre a 1000 °C são 
63,5 g/mol e 8,4 g/cm3, respectivamente. Calcule o número de lacunas em equilíbrio a 800 °C.
9- A taxa com que uma liga de metal oxida em uma atmosfera que contêm oxigênio é um exemplo 
típico da utilidade prática da equação de Arrhenius. Por exemplo, a taxa de oxidação de uma liga de 
magnésio é representada por uma constante de taxa k. O valor de k a 300 °C é 1,05 x10-8 kg/(m4.s) e
a 400 °C este valor sobe para 2,95x10-4 kg/(m4.s). Calcule a energia de ativação Q para esse 
processo de oxidação.
10- Uma chapa de 5 mm de paládio com uma área de seção reta de 0,2 m2 é usada como uma 
membrana difusional em estado estacionário para purificar hidrogênio. Se a concentração de 
hidrogênio no lado de alta pressão (gás impuro) da chapa for 1,5 kg/m3 e a concentração de 
hidrogênio no lado de baixo pressão (gás impuro) da chapa for 0,3 kg/m3 e o coeficiente de difusão 
do hidrogênio no Pd for 1,0 x10-8 m2/s, calcule a massa do hidrogênio purificada por hora.
11- Para algumas aplicações, torna-se necessário endurecer a superfície de um aço a níveis 
superiores aos que existem no seu interior. Uma das maneiras de se conseguir isso é através de um 
aumento na concentração de carbono na superfície do material, através do processo denominado 
carbonetação. A peça de aço é exposta, sob uma temperatura elevada, a uma atmosfera rica em um 
hidrocarboneto gasoso, tal como o metano.
Considere uma dessas ligas contendo uma concentração inicial uniforme de carbono de 0,25 
%p e que deve ser tratada a 950 °C. Se a concentração de carbono na superfície for repentinamente 
elevada e mantida em 1,20 %p, quanto tempo será necessário para atingir um teor de carbono de 
0,80 %p em uma posição localizada 0,5 mm abaixo da superfície? O coeficiente de difusão para o 
carbono no ferro sob essa temperatura é de 1,6 x10-11 m2/s; considere a peça de aço como semi 
infinita.
12- A resistência ao desgaste de uma engrenagem deve ser melhorada mediante o endurecimento de 
sua superfície. Isso deve ser obtido através de um aumento do teor de carbono na camada 
superficial mais externa da engrenagem como resultado da difusão de carbono no aço; o carbono 
deve ser suprido a partir de uma atmosfera gasosa externa rica em carbono que se encontra a uma 
temperatura elevada e constante. O teor inicial de carbono no aço é de 0,20 %p, enquanto a 
concentração na superfície deve ser mantida em 1,00 %p. Para que este tratamento térmico seja 
efetivo, deve ser estabelecido um teor de carbono de 0,60 %p em uma posição localizada 0,75 mm 
abaixo da superfície. Especifique um tratamento térmico apropriado em termos da temperatura e do 
tempo para temperaturas entre 900 °C e 1050 °C.
Espécie em Difusão Metal hospedeiro D0 / m2/s Energia de ativação 
(Qd)/ kJ/mol
C Fe γ 2,3 x10-5 148