Respostas KLS - Topicos Complementares de Engenharia Mecânica - 1° Bimestre

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1B - Tópicos Complementares de Engenharia Mecânica - Avaliação Virtual 1.
Questão 1.
Os materiais metálicos apresentam diversas propriedades mecânicas (digamos, características de atuação ou funcionamento) importantes para seu uso, sendo que as principais são escoamento, resistência à tração, ductilidade, tenacidade e resiliência.
Após uma revisão cuidadosa sobre as definições das propriedades mecânicas (você pode, por exemplo, usar o CALLISTER, 2006 p. 142-147, ou um livro de Ciências dos Materiais de sua preferência), escolha a alternativa que apresente a definição correta da propriedade mecânica apresentada:
a. Resiliência é a propriedade que o material apresenta de sofrer deformação plástica.
b. Escoamento é a propriedade que o material tem de passar do estado plástico para o estado elástico.
c. Tenacidade é a habilidade de um material em absorver energia até que ele sofra fratura.
d. Resistência à tração é a propriedade é a tensão suportada pelo material logo no início da curva tensão-deformação
e. Ductilidade é a força mínima que o material aguenta antes que haja sua ruptura, ou seja, que ele frature.
Questão 2.
Estrutura cristalina é a maneira com que os átomos, íons ou moléculas se arranjam no espaço.
Volte na página 4 e releia o primeiro parágrafo, até a Figura 3. Analise com bastante cuidado esta figura. Após essa revisão, aponte a alternativa correta:
a. A estrutura CCC é aquela em que temos átomos em todas as faces do cubo.
b. Tanto a estrutura CCC quanto CFC comportam o mesmo número de átomos.
c. A estrutura CFC é aquela em que temos apenas um átomo no centro do cubo.
d. A estrutura CFC comporta 14 átomos em sua estrutura, enquanto a estrutura CCC comporta 9 átomos.
e. A estrutura CCC tem mais átomos que a estrutura CFC sendo, portanto, muito mais complexa.
Questão 3.
A Idade dos Metais veio após a Idade das Pedras. O homem descobriu uma forma de extrair os metais das pedras que usava, utilizando calor. Começava, assim, os primórdios da fundição e da metalurgia.
A idade dos Metais costuma ser subdividida em Idade do Cobre, Idade do Bronze e Idade do Ferro. Após a leitura cuidadosa do texto indicado no Momento da Leitura (https://pt.wikipedia.org/wiki/Idade_dos_Metais), aponte a alternativa que apresenta corretamente tanto a cronologia como o fato histórico descrito.
a. Diversos objetos de cobre foram descobertos na China, que datam de 1000 d.C., que evidenciam que a Idade do Cobre nesse país foi muito extensa e significativa.
b. A Idade do Cobre, ocorrida 2500 anos após a Idade do Bronze, foi famosa pela descoberta de objetos manufaturados encontrados na região do México e do Peru.
c. A idade do ferro foi a última a ocorrer, como subdivisão da Idade dos Metais, sendo que a Idade do Ferro ocorreu aproximadamente 7 mil anos após a Idade do Cobre. Os primeiros minerais explorados foram a hematita, a limonita e a magnetita.
d. Descobertas apontam que na África a Idade do Ferro ocorreu aproximadamente em 1500 a.C. O que evidencia essa datação são objetos de guerra (espadas e armaduras) descobertos na África do Sul.
e. A Idade do Bronze ocorre após a Idade do Cobre, sendo os chineses o primeiro povo a empregar a técnica de mistura do cobre com estanho para desenvolver objetos de arte.
Questão 4.
a. O ponto em 0,76%C indica o ponto eutético, e é o ponto em que temos o melhor ferro-fundido que pode ser fabricado
b. A mistura mais rica em carbono com o ferro é a fase chamada ferrita, ou ferro-α.
c. O ferro funde completamente a 727°C, onde ocorre a mistura do ferro com o carbono.
d. A cementita (Fe3C) é a fase que contém a maior porcentagem de carbono, por volta de 6,70%C.
e. A austenita é a estrutura do carbono conhecida como carbono-γ, e é a estrutura responsável por abrigar o ferro após o resfriamento.
Questão 5.
Matéria é tudo aquilo que, naturalmente, compõe o Universo. Material é a matéria que o homem processou e criou, de forma elaborada, uma utilidade com finalidade específica.
Escolha a alternativa que representa corretamente a diferença entre matéria e material:
a. Mesmo descobrindo muitos metais valiosos, o ouro ainda é um material muito procurado em minas. Pela sua beleza, ele é fundido junto com cobre e se transforma em matérias que chamam a atenção e dão status às pessoas.
b. Muitos dos carros modernos utilizam o alumínio em suas carrocerias, um material mais leve que o ferro. Com isso, criam carros com maior autonomia de combustível, mas nem por isso menos seguros, já que as chapas da carroceria são matérias elaboradas e estudadas amplamente pela Engenharia.
c. A borracha foi uma evolução para a humanidade. Ela provém de um material chamado látex, que é extraído da seringueira. Talvez seu uso mais famoso foi quando misturaram enxofre no processamento desse material, criando uma matéria conhecida como borracha vulcanizada.
d. A natureza deu ao homem o lápis como matéria, dando a ele a possibilidade de criar o carbono, em forma de grafita, como um dos materiais mais úteis à sociedade moderna.
e. Há milhões de anos, muitos dos organismos que morreram foram soterrados e, com a pressão da terra em cima deles, gerou uma matéria importante para a vida moderna, o petróleo. O homem, com sua inteligência, processou do petróleo dois materiais vitais atualmente: a gasolina e o gás de cozinha.
1B - Tópicos Complementares de Engenharia Mecânica - Avaliação Virtual 2
Questão 1.
Considerando que a escolha do tratamento térmico é em função das propriedades mecânicas desejadas.
Podemos considerar:
a. Quanto maior o tamanho de grão, mais resistente é o material mecanicamente. Com isso, sempre deve-se fazer o recozimento no material antes de submetê-lo ao uso.
b. Normalmente, a normalização é o tratamento térmico que se aplica no material após ele ter sido usinado, já que é um tratamento térmico que promove alívio das tensões que foram provocadas com a usinagem.
c. A normalização tem por finalidade não alterar a estrutura do material e manter as propriedades originais. Para isso, deve-se normalizar o material sempre abaixo da zona crítica.
d. A principal diferença entre normalização e recozimento é que a primeira, necessariamente, tem que produzir grãos mais refinados e uniformes. Com isso, melhora propriedades como resistência à tração e tenacidade.
e. O recozimento para alívio de tensões tem a mesma finalidade da normalização, exceto pelo fato de que a normalização geralmente aumenta a dureza do material.
Questão 2.
Uma empresa de usinagem recebia material de um cliente que causava problemas durante a fresagem. Uma das hipóteses seria de que o material estivesse com o tratamento térmico errado. Quando o Gerente da empresa de usinagem conversou com o cliente, este informou que o recozia para amolecê-lo, porém não conhecia o processo de fabricação do metal usado.
Para resolver o problema causado na fresagem, pensando na qualidade do material e custo-benefício na resolução do problema, aponte qual seria uma solução adequada:
a. Não realizar nenhum tratamento térmico antes de fresar o metal e usiná-lo com dureza alta, mesmo gastando mais insumos e tempo de máquina.
b. Fazer um recozimento para alívio de tensões, já que este problema seria causado apenas pelas tensões criadas na fabricação do material.
c. Pode-se aplicar a normalização no material antes do recozimento pleno, já que, operando-se nesta ordem, fazemos com que os grãos recozidos apresentem uniformidade de composição e esferoidização.
d. Alternar várias operações de recozimento pleno e de alívio de tensões, até chegar na uniformidade adequada do material para usinagem.
e. Fazer sucessivos recozimentos plenos até obter uma dureza uniforme e poder, então, fresar o material.
Questão 3.
A imagem mostra a um diagrama esquemático com a modificação de estruturas de um aço, em função do tempo. Analise este diagrama e assinale a alternativa que contenha uma interpretação correta:
a. Fazendo-se o caminho ab123cd tem-se tipicamente um tratamento térmico de alívio detensões.
b. Com o passar do tempo, independente da temperatura, observa-se a transformação de uma estrutura essencialmente perlítica em uma estrutura esferoidizada.
c. O caminho delimitado por letras, considerando-se as imagens das estruturas, mostra um tratamento térmico de normalização.
d. O caminho abcd deve ser usado exclusivamente para normalização de aços hipereutetóides.
e. O caminho delimitado por números mostra um aquecimento abaixo da zona crítica.
Questão 4.
Podemos considerar que os defeitos cristalinos pontuais:
a. Podem ser eliminados do material policristalino, o que o tornaria mais nobre para uso.
b. Aceleram o desgaste do material, já que essas imperfeições contribuem para formação de trincas.
c. Só ocorrem em materiais monocristalinos, pois o crescimento de um único cristal impede que átomos possam se deslocar pela estrutura cristalina.
d. Ocorrem de maneira ilimitada no material, já que a solubilidade de qualquer soluto é sempre infinita.
e. Provocam uma distorção no grão e, por consequência, na estrutura cristalina do material, o que colabora para o aumento de dureza.
Questão 5.
O recozimento é o tratamento térmico em que o material, após aquecimento adequado, é submetido a um resfriamento lento (muitas vezes dentro do próprio forno). Tem por finalidades principais o alívio de tensões e o amolecimento do material para operações mecânicas, por exemplo usinagem. Já a normalização requer resfriamento ao ar calmo, sendo um tratamento essencialmente para uniformização de estrutura do material.
Podemos considerar como uma atribuição correta ao tratamento térmico de recozimento:
a. O recozimento para alívio de tensões pode deixar o material com a dureza mais baixa possível, já que modifica severamente sua estrutura.
b. O recozimento pleno, por ocorrer em temperaturas acima da zona crítica (ou seja, zona de austenitização), possibilita que todas as estruturas originais sejam eliminadas e, com isso, novas estruturas de ferrita e perlita sejam formadas.
c. Qualquer tratamento de recozimento uniformiza a estrutura do material e o deixa mais resistente.
d. O recozimento subcrítico deve ser feito com a maior temperatura possível, com o fim de modificar a estrutura do material e, assim, adequar suas propriedades mecânicas ao desejado.
e. O recozimento de esferoidização é o tratamento ideal para fazer refinamento de grão e, com isso, aumentar a dureza do material.
1B - Tópicos Complementares de Engenharia Mecânica - Avaliação Virtual 3
Questão 1.
“Na têmpera o aquecimento é superior à temperatura crítica, que é de 727ºC. O objetivo é conduzir o aço a uma fase, na qual se obtém o melhor arranjo possível dos cristais do aço, para obter a futura dureza. Após dessa fase o aço pode ser submetido a outras fases, dependendo das necessidades. A temperatura nessa fase é temperatura de austenização. Cada aço tem sua composição, a temperatura de varia de aço para aço. A têmpera é obtida em temperaturas diferentes, o que depende da composição do aço da peça e dos seus objetivos. Portanto, a têmpera de uma dada peça leva em consideração muitos fatores.” (http://tratamentotermico.com/tempera.html , acesso em 22/11/16)
Observe a figura a seguir, que mostra transformações de fases a partir da austenita:
Com relação ao esquema demostrado na figura, escolha a alternativa correta:
a. Todo aquecimento leva à mesma estrutura austenítica, independente da composição do aço. A transformação da austenita depende, exclusivamente, da velocidade de resfriamento.
b. A estrutura final do aço depende da condição inicial da austenita. Austenita homogênea ou heterogênea, assim como tamanho de grão, influenciam as propriedades mecânicas do material. 
c. Perlita, bainita e martensita revenida são compostas pela mesma estrutura cristalina, trazendo aos materiais propriedades mecânicas semelhantes.
d. Independente da velocidade ou meio de resfriamento, o produto de microconstituintes em qualquer aço é sempre o mesmo.
e. Bainita e perlita são microconstituintes de mesma estrutura, diferenciando apelas as larguras das lamelas, em função da velocidade de resfriamento.
Questão 2.
“A têmpera nos ferros fundidos é similar à dos aços, sendo que a temperatura de austenitização nos ferros fundidos comerciais oscila entre 850 e 930°C, dependendo da natureza da matriz bruta de fusão e da dureza desejada com a têmpera.” (CARMO, D.J. (2004). Tratamentos Térmicos de Aços e Ferros Fundidos. Itaúna. SENAI-DR.MG)
Os ferros fundidos podem ser, essencialmente, brancos, cinzentos, nodulares e maleáveis, sendo suas matrizes de uma única fase ou combinação de fases. Em relação à capacidade de têmpera e aplicações do ferro fundido temperado, escolha a alternativa correta:
a. A maior concentração de silício nos ferros fundidos requer uma têmpera mais drástica no material, sendo indicado têmpera em água ou soluções poliméricas.
b. Ferros fundidos nodulares não são passíveis de têmpera, independente da matriz que o componha, visto que a grafita nodulizada fica “blindada” e não sofre transformação martensítica.
c. As maiores concentrações de silício tendem a requerer maiores tempos e temperaturas de austenitização, visto que o silício dificulta a solubilização do carbono na austenita.
d. Devido à alta concentração de carbono, o tempo de austenitização deve ser consideravelmente mais curto em comparação aos tempos de austenitização em aços, correndo-se o risco de uma alta descarbonetação superficial.
e. Assim como nos aços, os elementos de liga tendem a diminuir a temperabilidade nos ferros fundidos, já que os elementos de liga dificultam a formação das estruturas endurecedoras no material.
Questão 3.
Observe os dois gráficos a seguir, referentes ao revenimento de ferros fundidos:
Escolha a alternativa correta, quanto ao revenimento em ferros fundidos:
a. Temperaturas da ordem de 550°C já produzem um alívio de tensões satisfatório, mesmo quando mantidos a essa temperatura por tempos da ordem de 1 hora.
b. O gráfico à direita permite distinguir temperaturas ótimas para ferros fundidos de qualquer classificação de estruturas ou de elementos de liga.
c. Pode-se verificar que o alívio de tensões é muito pequeno abaixo de 400°C, sendo tal alívio efetivo apenas acima de, pelo menos, 700°C.
d. Ambos os gráficos mostram claramente que o melhor tempo de revenimento para ferros fundidos é em torno de 10 horas de aquecimento.
e. É mais efetivo manter o ferro fundido a baixas temperaturas e maiores tempos, do que altas temperaturas por tempos reduzidos.
Questão 4.
Observe o diagrama TTT abaixo:
Considere as seguintes terminologias:
A: austenita
F: ferrita
P: perlita
C: cementita
Escolha a alternativa que representa a descrição correta das curvas de tratamento térmico:
a. 5 representa normalização, com formação de austenita retida, ferrita, cementita e martensita revenida.
b. 1 representa um tratamento de têmpera sem revenimento, formando exclusivamente estrutura martensítica.
c. 3 representa normalização, com formação de ferrita, cementita e martensita revenida.
d. 4 representa recozimento, com formação de ferrita, cementita e martensita não-revenida.
e. 2 representa um tratamento de recozimento, formando estrutura ferrítica e com austenita retida.
Questão 5.
Observe o diagrama TTT abaixo:
Das alternativas abaixo, escolha a que descreve corretamente o comportamento do diagrama TTT do aço AISI 4340:
a. É um aço que forma essencialmente martensita, independente do meio de têmpera que e do tempo de resfriamento a que seja submetido.
b. É um aço de baixa temperabilidade, em função dos elementos de liga presentes, e que deve ser temperado somente em água, para obter um resultado satisfatório.
c. Não é um aço recomendado para a aplicação em materiais com alta exigência de solicitação mecânica, dada a baixa concentração de carbono em sua composição.
d. Pelas suas características químicas e estruturas formadas, esse aço pode ser temperado e seu revenimento, dispensado, sem nenhumprejuízo em suas características mecânicas.
e. É um aço de altíssima temperabilidade, capaz de formar martensita até mesmo quando resfriado ao ar.