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Universidade Federal de Uberlândia / Curso de Graduação em Engenharia Mecânica
Disciplina: MPM – Microestrutura e Propriedades dos Materiais - Profs. A. Raslan / Henara L. Costa
 20 semestre de 2010 3ª Prova – 17/12/2010 – Sem Consulta – Valor: 32 pontos
Nome: ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​_____________________________________________ Nota:
Questão 1 ( Valor: 10,0 pontos)
Considere o diagrama de equilíbrio Al-Cu (a) e as curvas de envelhecimento a 130oC de ligas Al-Cu (b).
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(b)
– Descreva a metodologia, para uma liga Al-3%Cu, que permite a obtenção da curva na figura b.
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Aquecimento a uma temperatura em torno de 550oC, de tal modo a dissolver a fase Ө, rica em cobre (Al2Cu). Dissolvido o cobre em α, efetua-se um resfriamento rápido (têmpera). A fase α ficará metaestável à temperatura ambiente. Com o passar do tempo, haverá a formação dos precipitados, na seqüência:
Zonas GP → Ө” → Ө`→ Ө
O aquecimento a 130oC irá acelerar o processo.
– Nota-se que as curvas da figura b, independentemente da %Cu, apresentam um ponto de máximo. Explique este comportamento.
O ponto de máximo coincide com a formação dos precipitados coerentes / semi-coerentes Ө” e Ө`. Eles distorcem a matriz e dificultam a mobilidade das discordâncias, que poderão se mover somente através dos mecanismos de corte e de Orowan. Ambos requerem energia adicional para o movimento das discordâncias, levando ao endurecimento. 
– Nota-se que o aumento da %Cu permite a obtenção de ligas mais resistentes. Explique este comportamento.
O aumento da %Cu acarreta em uma maior quantidade de precipitados e, portanto um maior número de barreiras interpostas ao movimento das discordâncias.
– Explique as variações de comportamento que poderão ocorrer, caso sejam usadas temperaturas T > 130oC e T < 130oC.
A variação da temperatura irá interferir na cinética do processo:
T > 130oC → redução dos tempos de envelhecimento. As curvas se deslocam para a direita;
T < 130oC → aumento dos tempos de envelhecimento. As curvas se deslocam para a esquerda.
Questão 2 (Valor: 5,0 pontos)
Na figura abaixo, nota-se que os limites de escoamento (yield) e de resitência (tensile) crescem com o grau de deformação a frio. Além disso, a dutilidade decresce. Explique estes comportamentos. 
 
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A deformação a frio introduz discordâncias no sistema, geradas por mecanismos como o de Frank-Read. Um material recozido possuí cerca de 103 – 104 linhas/ cm2. Intensamente deformado a frio, pode alcançar 109 – 1010 linhas/cm2. 
Este excesso de discordâncias provoca distorções na rede do cristal, dificultando o movimento de outras discordâncias. A dificuldade de mover discordâncias provoca o aumento de resistência e perda de dutilidade, caracterizando o encruamento.
Questão 3 (Valor: 10,0 pontos)
Considere as curvas da figura abaixo:
– Nota-se que não ocorreu alteração na resistência mecânica durante a recuperação. Por quê?
Na recuperação, a temperatura não é suficientemente alta para reduzir a densidade de discordâncias. Pode, sim, aniquilar lacunas, promovendo um aumento na condutividade elétrica, e reorganizar as discordâncias existentes, provocando a formação de sub-grãos..
Como a resistência depende da densidade de discordâncias, não haverá alteração da mesma.
– Nota-se que houve uma queda na resistência mecânica e aumento na dutilidade durante a recristalização. Por quê?
Durante a recristalização ocorre a nucleação e crescimento de novos grãos isentos de deformação (discordâncias). Estes novos grãos nucleiam nos contornos dos grãos encruados e crescem às custas da rede deformada. A densidade de discordâncias volta ao nível mínimo (103 – 104 linhas/cm2) e o material retoma a sua condição de dutilidade e baixa resistência.
– Nota-se que houve um aumento do tamanho de grão durante a etapa de crescimento de grão. Por quê?
O grão recristalizado possui contornos curvos. Esta curvatura provoca distorções de tração e compressão na sua vizinhança. Para eliminar esta distorção, os contornos tendem a ficar retos (5 lados). Os grãos maiores ( > 5 lados) tendem a absorver os menores (< 5 lados), promovendo o crescimento de grão.
– Com o aumento da %DF inicial e menor tamanho prévio de grão, tem-se grãos recristalizados menores. Por quê?
Com o aumento da DF, tem-se maior energia armazenada. Com maior energia, tem-se uma maior taxa de nucleação. Com maior número de núcleos, os grãos finais serão menores.
Com grãos prévios menores, maior e a densidade de contornos. Como a nucleação ocorre nos contornos, maior será a taxa de nucleação. Com maior quantidade de núcleos, os grãos recristalizados serão menores.
Questão 4 (Valor: 6,0 pontos)
Defina-se sucintamente tenacidade à fratura
Tenacidade á fratura é a resistência que um material oferece à formação e propagação de trincas.
– A diminuição do tamanho de grão em geral aumenta a tenacidade à fratura dos metais, apesar de aumentar sua dureza. Por que?
Apesar da diminuição da absorção de energia na ponta da trinca devido à menor deformação plástica do material, 2 efeitos contribuem para uma absorção alternativa de energia na ponta da trinca, que superam a diminuição da absorção pela deformação plástica. Estes são:
 i) toda vez que uma trinca em propagação muda de grão, ela sofre uma deflexão, devido à mudança de orientação cristalina,o que dificulta a sua propagação e, portanto, há um aumento da tenacidade à fratura e
ii) com um menor tamanho de grão, tem-se um maior volume de contornos de grão. Como a quantidade de impurezas em um material é fixa e como elas em geral segregam-se nos contornos de grão, estas impurezas ficarão mais espalhadas para um tamanho de grão menor, dificultando a propagação de trincas ao longo dos contornos de grão 
– Cite e explique brevemente uma forma de medir a tenacidade à fratura dos metais. 
Pode-se medir a tenacidade à fratura dos metais através da área sob o gráfico tensão x deformação obtido em um ensaio de tração, que é uma indicação da energia absorvida até a sua fratura.
– Cite e explique brevemente 2 formas de medir a tenacidade à fratura dos cerâmicos
Flexão a 3 pontos ou flexão a 4 pontos: em função da carga necessária para fraturar um corpo de prova contendo um defeito prévio (entalhe), calcula-se KIc.
Indentação Vickers: em um material frágil, a concentração de tensão promovida nos vértices das indentações promove a formação trincas lateriais. Kc é calculado em função de E, H, do comprimento da trinca e da diagonal da impressão.