Primeira Lista de Exercícios - Ciências dos Materiais

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PUC Minas 
Ciência dos Materiais - 1ª Lista de Exercícios 
Profa. Dra. Sara Silva Ferreira de Dafé 
 
1) O Cu tem raio atômico de 0,128 nm, estrutura cristalina cfc e massa atômica de 63,5 
g/mol. Determine a densidade do Cu. Compare sua resposta com a densidade medida 
experimentalmente. R: 8,89g/cm
3
. 
2) Abaixo são listados a massa atômica, densidade e o raio atômico de três ligas 
hipotéticas. Para cada uma das ligas determine se a cristalina é ccc, cfc ou cúbica 
simples (cs). 
Liga Massa atômica (g/mol) 
Densidade (g/cm
3
) 
Raio atômico (nm) 
A 77,4 8,22 0,125 
B 107,6 13,42 0,133 
C 127,3 9,23 0,142 
 
3) O rênio tem uma estrutura HC, raio atômico igual a 0,137 nm e razão c/a = 1,615. 
Determine o volume da célula unitária para o Re. R: 8,63x10
-
2 nm3 
4) Dentro de uma cela unitária cúbica, esquematize as seguintes direções: 
 
5) Esquematize dentro de uma cela cúbica os seguinte planos: 
 
6) Determine e compare as densidades atômicas lineares das direções [110] e [111] da 
cela ccc. 
7) Determine e compare as densidades atômicas planares dos planos (110) e (100) da 
cela ccc. 
8) O que isotropia? Explique por que as propriedades dos materiais policristalinos são 
frequentemente isotrópicas. 
9) a) Defina sistema de deslizamento 
b) Todos os metais têm o mesmo sistema de deslizamento? Justifique sua resposta. 
10) Cite as orientações relativas entre o vetor de Burgers e a linha de discordância para 
as discordâncias em aresta, em hélice e mista. 
11) Quais são os possíveis obstáculos ao movimento de uma discordância? 
12) Uma chapa de Fe (ccc) de 1mm de espessura foi exposta a uma atmosfera 
carbonetizante de um lado e do outro a uma atmosfera descarbonetizante, a 725
o
C. Após 
o estado estacionário ser alcançado, a chapa foi rapidamente resfriada até a temperatura 
ambiente. As concentrações de carbono nas duas superfícies da chapa foram 
determinadas: 0,012 e 0,0075% (% em peso). Determine o coeficiente de difusão se o 
fluxo é 1,4x10
-8
kg/m
2
s. R: 4,0x10
-11
m
2
/s. 
 
13) O hidrogênio pode ser estocado a 1,0MPa a 400
o
C em um recipiente esférico de 
ferro de 0,1mm de espessura e 0,1m de raio (raio interno). Calcule a taxa de queda de 
pressão (MPa/s) como resultado da difusão do H através da parede do recipiente. 
Considere D=1x10
-8
m
2
/s e que a concentração do gás H no ferro na superfície interna da 
parede no equilíbrio seja dada por: CS=37,8
 
P
1/2 
mols/m
3
, com P em MPa. Suponha 
que o gás H se comporte como um gás ideal. R: 6,35x10
-4
MPa/s. 
 
14) O conteúdo de C em uma amostra de aço é de 0,20% (% em peso). Esta amostra é 
cementada em uma atmosfera que mantém a concentração de carbono na superfície da 
amostra igual a 1,0%. Para que este tratamento seja efetivo deve se estabelecer uma 
concentração de carbono de 0,6% a 0,75mm abaixo da superfície. Especifique um 
tratamento térmico apropriado em termos de temperatura e tempo entre 900 e 1050
o
C. 
Dado: DC(Fe)=2,3x10
-5
exp(-148.000/RT)m
2
/s. 
 
15) Os coeficientes de difusão do Cu no Al a 500 e 600
o
C são 4,8x10
-14
 e 5,3x10
-13
m
2
/s, 
respectivamente. Determine o intervalo de tempo aproximado a 500
o
C que produzirá o 
mesmo resultado de difusão (em termos da concentração de Cu em algum ponto 
específico no Al) obtido no tratamento térmico de 10h a 600
o
C. R: 110,4h. 
 
16) a) Compare os mecanismos atômicos de difusão por vacância e intersticial. b) Cite 
duas razões para que a difusão intersticial seja normalmente mais rápida que a difusão 
por vacâncias.