702162_3 LISTA DE EXERCÍCIOS 2 2013 materiais

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3ª FOLHA DE EXERCÍCIO
1. A curva abaixo mostra a porcentagem recristalizada versus tempo de recristalização( Figura 1.1). 
Utilizando-se a equação :
 
 
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.
(a)Resfriamento rápido até 700°C , manutenção nessa temperatura por 10000s , e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente .
(b)Reaquecimento da amostra na parte (a) até 700°C e manutenção dessa temperatura por 20h.
(c)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.
(d)Resfriamento rápido até 400°C, manutenção dessa temperatura por 2s, e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente.
(e)Resfriamento rápido até 400°C, manutenção dessa temperatura por 20s, e então resfriamento rápido até a temperatura ambiente.
(f)Resfriamento rápido até 400°C, manutenção dessa temperatura por 200s, e então têmpera até a temperatura ambiente.
(g)Resfriamento rápido até 575°C , manutenção dessa temperatura por 20s, resfriamento rápido até 350°C, manutenção dessa temperatura por 100s , e então têmpera até a temperatura ambiente.
(h)Resfriamento rápido até 250°C, manutenção dessa temperatura por 100s , e então têmpera 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 1045 , 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 105s, 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 8650 tem a seguinte faixa de composição química:
	%C
	%Mn
	%Si
	%P
	%S
	%Cr
	%Ni
	%Mo
	0,48-054
	0,60-0,90
	0,20-0,30
	<0,040
	<0,050
	0,40-0,50
	0,20-0,40
	0,10-0,20
6.a-Você usaria esse aço com a composição química no limite superior para um eixo de diâmetro = 1” 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 1050? Justifique a resposta? Discuta a posição das linhas Mi desses dois aços?
7. Uma peça de aço ABNT 4340 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, 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, resfriada a 400°C em banho de sal, mantida nessa temperatura durante 20 minutos ,e, em seguida, resfriada até a temperatura ambiente em óleo.
7.c-Finalmente, é reaquecida a 750°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 1040? 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
	0,60
	0,20
	0,000
	0,000
	0,00
	0,00
	0,00
	0,23
	0,90
	0,30
	0,040
	0,050
	0,50
	0,55
	0,20
	C
	Mn
	Si
	P
	S
	Cr
	Ni
	Mo
	0,48
	0,60
	0,20
	0,000
	0,000
	0,00
	0,00
	0,00
	0,54
	0,90
	0,30
	0,040
	0,050
	0,50
	0,55
	0,20
9.a-Você usaria qual desses aços 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 elevadado que o núcleo na têmpera? Justifique?
10. Uma peça de aço ABNT 4320 depois de usinada é submetida aos seguintes tratamentos térmicos:
10.a-É aquecida a 800°C e resfriada a 600°C em banho de sal, mantida um tempo de 2 horas nessa temperatura, e, em seguida, resfriada no forno até a temperatura ambiente.
10.b-É reaquecida a 700°C, resfriada a 400°C em banho de sal, mantida nessa temperatura durante 20 minutos ,e, em seguida, resfriada até a temperatura ambiente em óleo.
10.c-Finalmente, é reaquecida a 750°C e, novamente, resfriada em forno.Pede-se dizer:
10.a-O gráfico tensão versus deformação para os três primeiros tratamentos térmicos.
10.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?
10.c-Compare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1020? Justifique a resposta?
11. Uma peça de aço ABNT 4140 depois de usinada, é submetida aos seguintes tratamentos térmicos.
11.a-É aquecida a 700°C e resfriada a 600°C e mantida um tempo de 6:00 horas, e, posteriormente, resfriada no forno até a temperatura ambiente.
11.b-É aquecida a 850°C e resfriada a 400°C, mantida nesta temperatura durante 360 minutos e resfriada em água até a temperatura ambiente.
11.c-Em seguida, aquece-se a 800°C e, novamente, resfria-se em forno até a temperatura ambiente.
11.d-Finalmente, é reaquecida a 700°C e, novamente, resfriada em forno até a temperatura ambiente.Pede-se:
11.a-O nome de cada tratamento e objetivo do mesmo.
11.b-Qual a diferença desse aço para o aço 4140H? Explique?Compare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1040?
11.c-Critique essa seqüência de tratamento térmico.
12. Uma peça de aço ABNT 4140 depois de usinada, é submetida aos seguintes tratamentos térmicos.
12.a-É aquecida a 900°C e resfriada a 600°C e mantida um tempo de 6:00 horas, e, posteriormente, resfriada no forno até a temperatura ambiente.
12.b-É aquecida a 850°C e resfriada a 400°C, mantida nesta temperatura durante 360 minutos e resfriada em água até a temperatura ambiente.
12.c-Em seguida, aquece–se a 800°C e, novamente, resfria-se em forno até a temperatura ambiente.
12.d-Finalmente, é reaquecida a 700°C e, novamente, resfriada em forno até a temperatura ambiente.Pede-se:
12.a-O nome de cada tratamento e objetivo do mesmo.
12.b-Qual a diferença desse aço para o aço 4140H? Explique?Compare a soldabilidade desse aço com o ABNT 1040?
12.c-Critique essa seqüência de tratamento térmico.
13. Considere uma liga de ferro com 0,6%C. Descreva a sua microestrutura, indicando as porcentagens das fases e dos constituintes:
13.a-Quando o metal é lentamente resfriado, do campo austenítico até a temperatura ambiente.
13.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%?
14. Os aços ABNT 8620 e 8650 têm a seguinte composição química:
	C
	Mn
	Si
	P
	S
	Cr
	Ni
	Mo
	0,18
	0,75
	0,15
	0,000
	0,000
	0,40
	0,40
	0,15
	0,23
	1,00
	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
	0,54
	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:
14.a-A curva de evolução de dureza em função da profundidade destes dois aços num mesmo diagrama, justificando o formato?
14.b-É possível estes dois aços apresentarem a mesma temperabilidade? Explique a resposta?
 15.c-Esboce a curva TTT destes dois aços nas mesmas condições de fabricação?Explique o formato?Discuta a soldabilidade destes dois aços?
15.(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?
16- 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.
16.a-Determine o teor de carbono em solução sólida após o resfriamento.
16.b-Seria possível conservar essa amostra indefinidamente em água e manter o carbono em solução sólida?Explique.
17- Com relação aos três meios possíveis de têmpera, ou seja, salmoura, água e óleo, responda às seguintes questões:
17.a-Qual meio de resfriamento produzirá a estrutura mais uniforme?Explique.
17.b-Qual produzirá o menor gradiente de temperatura entre a superfície e o centro durante o tempo em que a austenita está se decompondo?
17.c-Desenhe as curvas de durezas esperadas em amostras temperadas nos três meios de resfriamento?
18- 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
18.a-A diferença de temperabilidade desses dois aços aços é significativa no que concerne à problemas de temperabilidade?
18.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?
19- 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?
20- 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. 
21- 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.
22- 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
	0,17100
	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
	0,80
	0,50
	0,20
	0,55
	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?
23- 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
1.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. 
1.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. 
1.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:
1.a	O gráfico tensão versus deformação para os tratamentos térmicos. Explique a resposta?
1.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? 
24-Uma peça de aço ABNT 0,4C-3,5Ni-2Mo depois de usinada é submetida aos seguintes tratamentos térmicos:
1.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
1.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.
1.c	Finalmente, é reaquecida a 650°C e, novamente, resfriada em forno.
Pede-se dizer:
1.a	O gráfico tensão versus deformação para os três primeiros tratamentos térmicos, justificando-o.
1.b	Sabendo-se 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
25- 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.
26- 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.
 b) 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA:MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA
PROF. JOSÉ RUBENS G. CARNEIRO
_1233725503.unknown
_1345895611.bin
_981460555.doc
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