3 LISTA DE EXERCÍCIOS 1 2017 materiais

Prévia do material em texto

3ª FOLHA DE EXERCÍCIO 
 
1. A curva abaixo mostra a porcentagem recristalizada versus tempo de recristalização( Figura 
1.1). 
 
 
Utilizando-se a equação : 
 
 
5,0
1
t
r 
 
determine a taxa de recristalização para o cobre puro nas diversas temperaturas. 
(b)Faça um gráfico do ln(taxa ) em função do inverso da temperatura ( em K
-1
) , e determine 
a energia de ativação para esse processo de recristalização. 
(c) Por extrapolação, estime o tempo necessário para que se processe 50% da recristalização a 
temperatura ambiente , 20°C( 293K). 
 
2. Suponha que um aço com composição eutetóide seja resfriado desde 760°C (1400°F) até 
uma temperatura de 550°C (1020°C) em menos de 0,5s e que então ele seja mantido nessa 
temperatura . 
(a)Quanto tempo será necessário para que a reação de transformação da austenita em perlita 
atinja 50% da sua conclusão? E para que atinja 100% da conclusão? 
(b)Estime a dureza da liga que se transformou completamente em perlita. 
(c)Explique sucintamente por que a taxa de reação para a transformação da austenita em 
perlita , diminui com o aumento da temperatura em aparente contradição com a equação de 
Arrenhius. 
 
3. Usando o diagrama de transformação isotérmica para uma liga ABNT 1080 , especifique a 
natureza da microestrutura final para uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes 
tratamentos térmicos. Para cada caso , suponha que a amostra se encontra inicialmente a uma 
temperatura de 760°C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por tempo suficiente 
para que atingisse uma completa e homogênea estrutura austenítica. 
 
 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
DISCIPLINA: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA 
 PROFESSOR. JOSÉ RUBENS G. CARNEIRO 
 
 
(a)Resfriamento rápido até 700°C , manutenção nessa temperatura por 10000s , e então 
resfriamento rápido até a temperatura ambiente . 
(b)Resfriamento rápido até 600°C , manutenção dessa temperatura por 4s, resfriamento rápido 
até 450°C , manutenção dessa temperatura por 10s, e então resfriamento até a temperatura 
ambiente. 
(c)Resfriamento rápido até 400°C, manutenção dessa temperatura por 2s, e então resfriamento 
rápido até a temperatura ambiente. 
(d)Resfriamento rápido até 400°C, manutenção dessa temperatura por 20s, e então 
resfriamento rápido até a temperatura ambiente. 
(e)Resfriamento rápido até 400°C, manutenção dessa temperatura por 200s, e então 
resfriamento rápido até a temperatura ambiente. 
(f)Resfriamento rápido até 575°C , manutenção dessa temperatura por 20s, resfriamento 
rápido até 350°C, manutenção dessa temperatura por 100s , e então resfriamento rápido até a 
temperatura ambiente. 
(g)Resfriamento rápido até 250°C, manutenção dessa temperatura por 100s , e então 
resfriamento em água até a temperatura ambiente. Reaquecimento até 730°C e manutenção 
dessa temperatura por 1h, seguido pelo resfriamento rápido em óleo até a temperatura 
ambiente. 
4. Usando o diagrama de transformação isotérmica para uma liga ABNT 1050 , especifique a 
natureza da microestrutura final para uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes 
tratamentos térmicos. Para cada caso , suponha que a amostra se encontra inicialmente a uma 
temperatura de 845°C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por tempo suficiente 
para que atingisse uma completa e homogênea estrutura austenítica. 
 
 
 
(a)Resfriamento rápido até 250°C , manutenção nessa temperatura por 1000s , e então 
resfriamento rápido até a temperatura ambiente . 
(b)Resfriamento rápido até 700°C, manutenção dessa temperatura por 30s, e então 
resfriamento rápido até a temperatura ambiente. 
(c)Resfriamento rápido até 400°C , manutenção dessa temperatura por 500s, e então 
resfriamento rápido até a temperatura ambiente. 
(d)Resfriamento rápido até 700°C, manutenção dessa temperatura por 10
5
s, e então 
resfriamento rápido até a temperatura ambiente. 
(e)Resfriamento rápido até 650°C, manutenção dessa temperatura por 3s, e então resfriamento 
rápido até 400°C, manutenção nessa temperatura por 10s, e então resfriamento rápido até a 
temperatura ambiente. 
(f)Resfriamento rápido até 450°C, manutenção dessa temperatura por 10s, e então 
resfriamento rápido até a temperatura ambiente. 
(g)Resfriamento rápido até 625°C , manutenção dessa temperatura por 1s, resfriamento rápido 
até a temperatura ambiente. 
(h)Resfriamento rápido até 625°C, manutenção dessa temperatura por 10s , e então 
resfriamento rápido até a temperatura 400°C e manutenção dessa temperatura por 5s, seguido 
pelo resfriamento rápido até a temperatura ambiente. 
 
5.(a) Cite duas diferenças principais entre as transformações martensíticas e perlítica. 
(b)Cite duas diferenças importantes entre os diagramas de transformação por resfriamento 
contínuo para aços carbono e aços liga. 
(c)Cite os produtos microestruturais de amostras de aço ABNT 4340 que são em primeiro 
lugar completamente transformadas em austenita e depois resfriadas até a temperatura 
ambiente de acordo com as seguintes taxas de resfriamento:a) 10°C/s (b) 1°C/s (c) 0,1°C/s(d) 
0,01°C/s. 
(d)Cite duas razões pelas quais a martensita é tão dura e frágil. 
 
 
 
 
6. O aço ABNT 8655 tem a seguinte faixa de composição química: 
 
%C %Mn %Si %P %S %Cr %Ni %Mo 
0,51-0,59 0,75-1,00 0,15-0,35 <0,035 <0,040 0,40-0,60 0,40-0,70 0,15-0,25 
 
6.a-Você usaria esse aço com a composição química no limite superior para um eixo de 
diâmetro = 2” que vai ser resfriado em óleo (H = 0,80) com dureza crítica no centro? 
Justifique a resposta? 
6.b-Compare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1055? Justifique a resposta? Discuta a 
posição das linhas Mi desses dois aços? 
 
7. Uma peça de aço ABNT 4317 depois de usinada é submetida aos seguintes tratamentos 
térmicos: 
7.a-É aquecida a 800°C e resfriada a 600°C em banho de sal em 1s, mantida um tempo de 2 
horas nessa temperatura, e, em seguida, resfriada no forno até a temperatura ambiente. 
7.b-É reaquecida a 700°C por 1 hora, resfriada a 400°C em banho de sal em 0,5s, mantida 
nessa temperatura durante 20 minutos ,e, em seguida, resfriada até a temperatura ambiente em 
óleo. 
7.c-Finalmente, é reaquecida a 850°C e, novamente, resfriada em forno.Pede-se dizer: 
7.a-O gráfico tensão versus deformação para os três primeiros tratamentos térmicos. 
7.b-Você usaria esse aço com a composição química do gráfico para um eixo de diâmetro  = 
3” que vai ser resfriado em óleo (H = 0,80) com dureza crítica no centro? Justifique a 
resposta? 
7.c-Compare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1017? Justifique a resposta? 
 
8. Considere uma liga de ferro com 0,35%C. Descreva a sua microestrutura, indicando as 
porcentagens das fases e dos constituintes: 
8.a-Quando o metal é lentamente resfriado do campo austenítico até a temperatura ambiente. 
8.b-Qual é a razão entre a espessura das lamelas de ferrita e cementita, se o metal fosse 
resfriado a velocidade moderada, de maneira que a quantidade de perlita na microestrutura 
fosse de 80%? 
8.c-Trace um diagrama TTT para esse aço ABNT 1035 e ABNT 4335? Justifique a resposta? 
Qual a diferença desse aço ABNT 4335 para o aço ABNT 4335H? Explique? 
 
9. Os aços ABNT 8620 e 8650 têm a seguinte composição química: 
C Mn Si P S Cr Ni Mo 
0,18 0,70 0,15 0,000 0,000 0,40 0,40 0,15 
0,23 0,90 0,35 0,035 0,040 0,60 0,70 0,25 
C Mn Si P S Cr Ni Mo 
0,48 0,75 0,15 0,000 0,000 0,40 0,40 0,15 
0,53 1,00 0,35 0,035 0,040 0,60 0,70 0,25 
 
9.a-Você usaria qual dessesaços com a composição química no limite superior para um eixo 
de diâmetro  = 4” que vai ser resfriado em óleo (H = 0,80) com dureza crítica no centro? 
Justifique a resposta? 
9.b-Compare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1050? Justifique resposta? Discuta a 
posição das linhas Mi desses dois aços? 
9.c-Sempre uma peça apresenta dureza superficial muito mais elevada do que o núcleo na 
têmpera? Justifique? 
 
10.(a)Cite duas diferenças principais entre as transformações martensíticas e perlíticas? 
(b)Cite duas diferenças importantes entre os diagramas de transformação por resfriamento 
contínuo para aços ao carbono e aços-liga. 
(c)Explique sucintamente por que não existe uma região de transformação bainítica no 
diagrama de transformação por resfriamento contínuo para uma liga ferro-carbono com 
composição eutetóide. 
(d)Cite duas razões pelas quais a martensita é tão dura e frágil. 
(e) Explique sucintamente por que a perlita fina é mais dura e mais resistente do que a perlita 
grosseira, que por sua vez é mais dura e resistente do que a cementita esferoidal. 
(f) Explique sucintamente a diferença entre dureza e temperabilidade? 
 
11. Considere uma liga de ferro com 0,6%C. Descreva a sua microestrutura, indicando as 
porcentagens das fases e dos constituintes: 
11.a-Quando o metal é lentamente resfriado, do campo austenítico até a temperatura 
ambiente. 
11.b-Qual é a razão entre a espessura das lamelas de ferrita e cementita se o metal fosse 
resfriado a velocidade moderada de maneira que a quantidade de perlita na microestrutura 
fosse de 90,0%? 
 
12. Uma peça de aço ABNT 4340 depois de usinada é submetida aos seguintes tratamentos 
térmicos: 
12.a-É aquecida a 800°C e resfriada a 600°C em banho de sal em 0,5s, mantida um tempo de 
2 horas nessa temperatura, e, em seguida, resfriada no forno até a temperatura ambiente. 
12.b-É reaquecida a 700°C durante 1 hora, resfriada a 400°C em banho de sal em 10s, mantida 
nessa temperatura durante 20 minutos ,e, em seguida, resfriada até a temperatura ambiente em 
óleo. 
12.c-Finalmente, é reaquecida a 700°C e, novamente, resfriada em forno. Pede-se dizer: 
12.a- O gráfico tensão versus deformação para os três primeiros tratamentos térmicos. 
12.b-Você usaria esse aço com a composição química do gráfico para um eixo de diâmetro 
igual a 3” que vai ser resfriado em óleo (H = 0,80) com dureza crítica no centro? Justifique a 
resposta? 
12.c-Compare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1040? Justifique a resposta? 
 
 
 
13. Uma peça de aço ABNT 4140 depois de usinada, é submetida aos seguintes tratamentos 
térmicos. 
13.a-É aquecida a 900°C durante 1 hora a uma taxa de 50°C/s , resfriada a 600°C em 10s e 
mantida um tempo de 6:00 horas nessa temperatura, e, posteriormente, resfriada no forno até a 
temperatura ambiente. 
13.b-É aquecida a 850°C por 2 horas , e resfriada a 400°C em 0,5s, mantida nesta temperatura 
durante 360 minutos e resfriada em água até a temperatura ambiente. 
13.c-Em seguida, aquece a 800°C durante 5horas e, novamente, resfria em forno até a 
temperatura ambiente. 
13.d-Finalmente, é reaquecida a 700°C e, novamente, resfriada em forno até a temperatura 
ambiente.Pede-se: 
13.a-O nome de cada tratamento e objetivo do mesmo. 
13.b-Qual a diferença desse aço para o aço 4140H? Explique?Compare a soldabilidade desse 
aço com o ABNT 1040? 
13.c-Critique essa seqüência de tratamento térmico. 
13.d-Sabendo que a cristalização do propileno em 140°C obedece a equação de Avrami, 
calcule o tempo de cristalização para fração transformada de 25%. 
tempo ( minuto ) 20 55 85 100 
Fração transformada 
(%) 
10 25 65 90 
 
 
14. Uma peça de aço ABNT 4140 depois de usinada, é submetida aos seguintes tratamentos 
térmicos. 
14.a-É aquecida a 900°C durante 1hora , resfriada a 600°C em 10s , mantida um tempo de 
6:00 horas nessa temperatura de 600°C , e, posteriormente, resfriada no forno até a 
temperatura ambiente. 
14.b-É aquecida a 850°C e resfriada a 400°C em 1s, mantida nesta temperatura durante 360 
minutos e resfriada em água até a temperatura ambiente. 
14.c-Em seguida, aquece a 800°C por 2horas e, novamente, resfria em forno até a 
temperatura ambiente. 
14.d-Finalmente, é reaquecida a 700°C e, novamente, resfriada em forno até a temperatura 
ambiente. Pede-se: 
14.a-O nome de cada tratamento e objetivo do mesmo. 
14.b-Qual a diferença desse aço para o aço 4140H? Explique?Compare a soldabilidade desse 
aço ABNT 4140H com o ABNT 1040? 
14.c-Critique essa seqüência de tratamento térmico. 
 
15. Considere uma liga de ferro com 0,6%C. Descreva a sua microestrutura, indicando as 
porcentagens das fases e dos constituintes: 
15.a-Quando o metal é lentamente resfriado, do campo austenítico até a temperatura 
ambiente. 
15.b-Qual é a razão entre a espessura das lamelas de ferrita e cementita se o metal fosse 
resfriado a velocidade moderada de maneira que a quantidade de perlita na microestrutura 
fosse de 90,0%? 
 
 
 
 
 
16. Os aços ABNT 8620 e 8650 têm a seguinte composição química: 
C Mn Si P S Cr Ni Mo 
0,18 0,70 0,15 0,000 0,000 0,40 0,40 0,15 
0,23 0,90 0,35 0,035 0,040 0,60 0,70 0,25 
C Mn Si P S Cr Ni Mo 
0,48 0,75 0,15 0,000 0,000 0,40 0,40 0,15 
0,53 1,00 0,35 0,035 0,040 0,60 0,70 0,25 
Dois corpos-de-prova destes dois aços foram usinados e ensaiados no dispositivo Jominy. 
Pede-se: 
16.a-A curva de evolução de dureza em função da profundidade destes dois aços num mesmo 
diagrama, justificando o formato? 
16.b-É possível estes dois aços apresentarem a mesma temperabilidade? Explique a resposta? 
16.c-Esboce a curva TTT destes dois aços nas mesmas condições de fabricação?Explique o 
formato?Discuta a soldabilidade destes dois aços? 
 
17- Uma liga ferro-carbono contendo 0,01% em peso de carbono é aquecida a 723°C e 
mantida nessa temperatura até atingir o equilíbrio. A seguir, resfria-se em água. 
17.a-Determine o teor de carbono em solução sólida após o resfriamento. 
17.b-Seria possível conservar essa amostra indefinidamente em água e manter o carbono em 
solução sólida?Explique. 
 
18- Com relação aos três meios possíveis de têmpera, ou seja, salmoura, água e óleo, responda 
às seguintes questões: 
18.a-Qual meio de resfriamento produzirá a estrutura mais uniforme?Explique. 
18.b-Qual produzirá o menor gradiente de temperatura entre a superfície e o centro durante o 
tempo em que a austenita está se decompondo? 
18.c-Desenhe as curvas de dureza esperada em amostras temperadas nos três meios de 
resfriamento? 
 
19- Dois aços estruturais (ASTM A-514 grau A e ABNT 8650) para na forma de chapas têm 
a seguinte composição química: 
 C Mn Si P S Cr Ni Mo 
0,15 0,80 0,40 0,000 0,000 0,50 0,00 0,18 
0,21 1,10 0,80 0,035 0,040 0,80 0,00 0,28 
C Mn Si P S Cr Ni Mo 
0,48 0,75 0,15 0,000 0,000 0,40 0,40 0,15 
0,54 1,00 0,35 0,035 0,040 0,60 0,70 0,25 
19.a-A diferença de temperabilidade desses dois aços aços é significativa no que concerne à 
problemas de temperabilidade? 
19.b-O aço estrutural é normalmente laminado a quente e resfriado ao ar. Você espera algum 
efeito nas resistências relativas desses dois materiais? Justifique a resposta? 
 
20- Uma companhia de rolamentos faz caixas de rolamento de alta precisão de uma aço 
ABNT52100.Esses são inicialmente trabalhados,quando ainda inacabados , então 
austenitizados e temperados em óleo , depois resfriados a -73°C e aquecidos até a 
temperatura ambiente em óleo , antes da operação final de polimento de precisão. O que pode 
ocorrer se o resfriamento a -73°C for omitido?Explique o por quê?É possível dois aços terem 
a mesma temperabilidade,mas durezas diferentes?Explique? 
 
21- Esquematize o diagrama TTT para um aço carbono de composição eutetóide que exibe os 
seguintes aspectos: 
a) A 650°C, a transformação de 1 e 99% da austenita ocorre, respectivamente, após 10 e 
100s. 
b) A taxa de transformação mais rápida ocorre à 550°C. Nesta temperatura, a transformação 
da austenita de 1 e 99% ocorre, respectivamente, após 1 e 10s. 
c) A 360°C, a transformação da austenita de 1 e 99% ocorre, respectivamente, após 10 e 
300s. 
d) A temperatura de início de martensita é 240°C. 90% de martensita se transformou à 
martensita em 100°C. A temperatura de final de martensita é 50°C.Explique brevemente a 
forma das linhas tiradas do diagrama TTT. 
 
22- Explique o seguinte : 
(a) A taxa de resfriamento crítica é aproximadamente 700 e 30°C/s para um aço carbono 
ABNT 1060, respectivamente, com grão fino e grosseiro. 
(b) Um aço inoxidável contendo 18%Cr tem uma estrutura CCC à temperatura ambiente, 
enquanto que um aço com 18%Cr mais 8%Ni tem uma estrutura CFC à temperatura ambiente. 
 
23- Um eixo de diâmetro 40mm deve ser endurecido pela austenitização seguido por têmpera 
em óleo. O centro da barra deve ter 100% de martensita. A Tabela abaixo fornece a taxa de 
resfriamento no centro de uma barra resfriada em óleo com função do diâmetro da barra. 
Diâmetro da barra(mm) Velocidade de Resfriamento(°C/s) 
500 0,17 
100 2,5 
20 50 
5 667 
 Foi proposto fazer o eixo com um aço Cr-Ni-Mo. As velocidades de resfriamento para estes 
aços são dadas pela equação empírica: 
log 10 ( CCR, °C/s) = 4,3 – 3,27C –( ( Mn+Cr+Mo+Ni)/1,6 ) 
onde o símbolo de cada elemento denota sua porcentagem em peso. 
Aço Composição Química(%) 
C Mn Cr Mo Ni 
A 0,30 1,80 0,35 0,15 0,50 
B 0,40 0,60 1,20 0,30 1,50 
C 0,36 0,70 1,50 0,25 1,50 
D 0,40 0,60 1,20 0,15 1,50 
E 0,41 0,85 0,50 0,25 0,55 
F 0,40 0,65 0,75 0,25 0,85 
G 0,40 0,60 0,65 0,55 2,55 
(a)Relacione log ( diâmetro da barra) em função log ( velocidade de resfriamento) e ache a 
equação matemática? 
(b) Quais dos aços acima podem ser usados na fabricação desse eixo? 
 
24- Uma peça de aço ABNT 4150 depois de usinada é submetida aos seguintes tratamentos 
térmicos: 
%C % Mn % Si % Cr % Ni % Mo 
0,48 0,75 0,15 0,80 0,00 0,15 
0,53 1,00 0,35 1,10 0,00 0,25 
24.a É aquecida a 850°C e resfriada rapidamente a 550°C em banho de sal em 1,0s, 
mantida um tempo de 3horas nessa temperatura, e, em seguida, resfriada no forno até a 
temperatura ambiente.Em seguida, aquece a 600°C a taxa de 20°C/s e , em seguida, mantém 
em duas horas nessa temperatura resfria em óleo. 
24.b É reaquecida a 800°C, resfriada a 300°C em banho de sal em 0,5s, mantida nessa 
temperatura durante 100 segundos ,e, em seguida, resfriada até a temperatura ambiente em 
água. Em seguida, aquece a 600°C a taxa de aquecimento de 20°C/s por duas horas e, em 
seguida, resfria em óleo. 
24.c Finalmente, é reaquecida a 650°C e, novamente, resfriada em óleo, sendo, 
posteriormente, aquecido à temperatura de 700°C em 2horas, e resfriado à uma velocidade de 
20°C/h até a temperatura ambiente. 
Pede-se dizer: 
24.a O gráfico tensão versus deformação para os tratamentos térmicos. Explique a 
resposta? 
24.b Esse aço recozido é utilizado como parafuso, no estado trefilado e esferoidizado. O 
que você sugeriria para se melhorar a soldabilidade desse aço? Você usaria esse aço com a 
composição química no limite superior para um eixo de diâmetro  = 2” que vai ser resfriado 
em óleo (H = 0,80) com dureza crítica no centro? Justifique a resposta? 
 
25-Uma peça de aço ABNT 0,4C-3,5Ni-2Mo depois de usinada é submetida aos seguintes 
tratamentos térmicos: 
25.a É aquecida a 800°C e resfriada a 600°C em banho de sal em 1s, mantida um tempo de 
2 horas nessa temperatura, e, em seguida, resfriada no forno até a temperatura ambiente a uma 
taxa de 20°C/hora. Em seguida, é reaquecida a 650°C por 10 horas e, novamente, resfriada em 
forno 
25.b É reaquecida a 800°C, resfriada a 400°C em banho de sal em 0,5s, mantida nessa 
temperatura durante 5s,e,em seguida,resfriada até a temperatura ambiente em óleo. Em 
seguida, aquece até a temperatura de 650° em 2 horas e resfria no forno à mesma taxa do item 
anterior. 
25.c Finalmente, é reaquecida a 650°C e, novamente, resfriada em forno. 
Pede-se dizer: 
25.a O gráfico tensão versus deformação para os três primeiros tratamentos térmicos, 
justificando-o. 
26- Defina os tratamentos térmicos de amostras do aço ABNT 4340 que são em primeiro 
lugar transformadas em austenita e depois resfriadas até a temperatura ambiente de acordo 
com as seguintes taxas: (a) 10°C/s, (b) 1°C/s, (c) 0,1°C/s, (d) 0,01°C/s. 
 
27- A dureza mínima requerida no centro de uma barra cilíndrica de aço com 3” de diâmetro 
temperada em água sem agitação é de 40 HRC. Qual ou quais dos seguintes aços pode ser 
escolhido: 4118, 4130, 4145 e 4135? Utilizar os gráficos e tabela abaixo para responder a 
questão. Detalhar o procedimento. 
 
 
 
 
 
 a)