Lista de exercícios - Diagramas de Fases

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UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL (UCS)
Área do Conhecimento de Ciências Exatas e Engenharias
Disciplina: CIÊNCIA DOS MATERIAIS
MAM0411
2017/4
Professora: María Cristina Moré Farias
Lista de Exercícios No.6 Tema 8 - Diagramas de fases
1 Cite as três variáveis que determinam a microestrutura
de uma liga.
2 Qual é a diferença entre uma fase e um
microconstituinte?
3 Dado o diagrama de fases chumbo-estanho mostrado
na Figura 1, cite as fases que estão presentes, as
composições das fases e as frações mássicas das fases
para as ligas listadas abaixo. Determine as quantidades
relativas (em termos de frações volumétricas) das fases
para a liga (b). As massas específicas do chumbo e
estanho, na temperatura de 100◦C, são 11,27 g/cm3 e
7,29 g/cm3, respectivamente.
(a) 8,2%p Sn-91,8% Pb a 200◦C
(b) 15%p Sn-85% Pb a 100◦C
(c) 83,5%p Sn-16,5% Pb a 215◦C
4 Uma amostra com 2,0 kg de uma liga com 85%p
Pb-15%p Sn é aquecida a 200◦C; nessa temperatura,
ela consiste totalmente em uma solução sólida da fase
α (Figura 1). A liga deve ser fundida até que 50% da
amostra fique líquida, permanecendo o restante como
fase α. Isso pode ser feito pelo aquecimento da liga
ou pela alteração da sua composição, mantendo-se a
temperatura constante.
(a) Até que temperatura a amostra deve ser aquecida?
(b) Quanto estanho deve ser adicionado à amostra de
2,0 kg a 200◦C para alcançar esse estado?
5 Uma liga magnésio-chumbo (Figura 2) com massa
de 5,5 kg consiste em uma fase α sólida com
uma composição ligeiramente abaixo do limite de
solubilidade a 200◦C.
(a) Qual é a massa de chumbo na liga?
(b) Se a liga for aquecida a 350◦C, qual é a quantidade
adicional de chumbo que poderá ser dissolvida na fase
α sem exceder o limite de solubilidade dessa fase?
6 Uma liga do sistema binário bismuto-antimônio
(Figura 3) com composição 40%p Bi-60%p Sb é
aquecida lentamente desde uma temperatura de 300◦C.
(a) Em qual temperatura se forma a primeira fração de
fase líquida?
(b) Qual é a composição dessa fase líquida?
(c) Em qual temperatura ocorre a fusão completa da liga?
(d) Qual é composição do último sólido remanescente
antes da fusão completa?
7 Uma liga contendo 65%p Ni-35%p Cu é aquecida
até uma temperatura dentro da região das fases α +
líquida. Se a composição da fase α é de 70%p Ni,
determine, a partir do diagrama de fases mostrado na
Figura 4:
(a) A temperatura da liga
(b) A composição da fase líquida
(c) As frações mássicas de ambas as fases
8 É possível existir uma liga cobre-prata que, em
equilíbrio, consista em uma fase α com composição
de 4%p Ag-96%p Cu e também em uma fase β
com composição de 95%p Ag-5%p Cu? Se isso for
possível, qual será a temperatura aproximada da liga?
Se isso não for possível, explique por que. Utilize o
diagrama de fase cobre-prata mostrado na Figura 5.
9 Para uma liga cobre-prata (Figura 5) com composição
de 25%p Ag-75%p Cu a 775◦C, determine:
(a) as frações mássicas das fases α e β.
(b) as frações mássicas dos microconstituintes α primário
e eutético.
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10 Construa um diagrama de fase hipotético para os
metais A e B entre a temperatura ambiente (20◦C)
e 700◦C com as seguintes características:
• A temperatura fusão do metal A é de 480◦C.
• A solubilidade máxima de B em A é de 4%p B e
ocorre a 420◦C.
• A solubilidade de B em A na temperatura ambiente
é de 0%p B.
• Um eutético ocorre a 420◦C e 18%p B-82%p A.
• Um segundo eutético ocorre a 475◦C e 42%p
B-58%p A.
• O composto intermetálico AB existe em uma
composição de 30%p B-70%p A e se funde
congruentemente (sem alteração na composição
química) a 525◦C.
• A temperatura de fusão do metal B é de 600◦C.
• A solubilidade máxima de A em B é de 13%p A e
ocorre a 475◦C.
• A solubilidade de A em B na temperatura ambiente
é de 3%p A.
11 Considere o diagrama de fases Fe-Fe3C da Figura 6.
(a) Para cada um dois três pontos invariantes presentes:
(i) Identifique (valores) as coordenadas de
composição (%p C) e temperatura (◦C).
(ii) Indique o nome da reação invariante que tem
lugar.
(iii) Escreva a reação invariante que ocorre durante o
resfriamento lento da liga Fe-C.
(b) Identifique a temperatura de fusão (valor) do Fe.
(c) Indique (valores) a composição e a temperatura de
solubilidade máxima de C na ferrita.
(d) Indique (valores) a composição e a temperatura de
solubilidade máxima de C na austenita.
(e) Qual é a faixa (valores) de %p C correspondente aos
aços e aos ferros fundidos?
(f) Uma liga Fe-C com 1,0%p C é hipereutetóide ou
hipoeutetóide? Por que?
12 Para o diagrama de fases Fe-Fe3C da Figura 6,
responda:
(a) Para uma liga 2,5%p C, esboce esquematicamente
a microestrutura resultante do resfriamento muito
lento nas seguintes temperaturas: 1250◦C, 1145◦C e
700◦C. Identifique os microconstituintes e indique as
suas composições aproximadas.
(b) Uma liga com 0,40%p C é resfriada lentamente desde
940◦C até uma temperatura ligeiramente acima de
727◦C. Calcule as frações mássicas de austenita e de
ferrita pró-eutetoide presente no aço.
Figura 1 – Diagrama de fases chumbo-estanho
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Figura 2 – Diagrama de fases magnésio-chumbo
Figura 3 – Diagrama de fases bismuto-antimônio
3
Figura 4 – Diagrama de fases cobre-níquel
Figura 5 – Diagrama de fases cobre-prata
4
Figura 6 – Diagrama de fases ferro-carboneto de ferro
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	 Cite as três variáveis que determinam a microestrutura de uma liga.
	Qual é a diferença entre uma fase e um microconstituinte?
	Dado o diagrama de fases chumbo-estanho mostrado na Figura 1, cite as fases que estão presentes, as composições das fases e as frações mássicas das fases para as ligas listadas abaixo. Determine as quantidades relativas (em termos de frações volumétricas) das fases para a liga (b). As massas específicas do chumbo e estanho, na temperatura de 100C, são 11,27 g/cm^3 e 7,29 g/cm^3, respectivamente.
	Uma amostra com 2,0 kg de uma liga com 85%p Pb-15%p Sn é aquecida a 200C; nessa temperatura, ela consiste totalmente em uma solução sólida da fase (Figura 1). A liga deve ser fundida até que 50% da amostra fique líquida, permanecendo o restante como fase . Isso pode ser feito pelo aquecimento da liga ou pela alteração da sua composição, mantendo-se a temperatura constante.
	Uma liga magnésio-chumbo (Figura 2) com massa de 5,5 kg consiste em uma fase sólida com uma composição ligeiramente abaixo do limite de solubilidade a 200C.
	Uma liga do sistema binário bismuto-antimônio (Figura 3) com composição 40%p Bi-60%p Sb é aquecida lentamente desde uma temperatura de 300C.
	Uma liga contendo 65%p Ni-35%p Cu é aquecida até uma temperatura dentro da região das fases + líquida. Se a composição da fase é de 70%p Ni, determine, a partir do diagrama de fases mostrado na Figura 4:
	 É possível existir uma liga cobre-prata que, em equilíbrio, consista em uma fase com composição de 4%p Ag-96%p Cu e também em uma fase com composição de 95%p Ag-5%p Cu? Se isso for possível, qual será a temperatura aproximada da liga? Se isso não for possível, explique por que. Utilize o diagrama de fase cobre-prata mostrado na Figura 5.
	Para uma liga cobre-prata (Figura 5) com composição de 25%p Ag-75%p Cu a 775C, determine:
	Construa um diagrama de fase hipotético para os metais A e B entre a temperatura ambiente (20C) e 700C com as seguintes características:
	Considere o diagrama de fases Fe-Fe_3C da Figura 6.
	Para o diagrama de fases Fe-Fe_3C da Figura 6, responda: