Portfolio de Ciência dos Materiais

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ENGENHARIA MECATRÔNICA – N2CI2A 
 
JOSÉ ROBERTO DA SILVA NETO – RA 245522015 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PORTFÓLIO DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
TRATAMENTOS TÉRMICOS E MECANISMOS 
DE ENDURECIMENTO DE MATERIAIS METÁLICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Guarulhos 
2018 
 
 
 
 
JOSÉ ROBERTO DA SILVA NETO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PORTFÓLIO DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
TRATAMENTOS TÉRMICOS E MECANISMOS 
DE ENDURECIMENTO DE MATERIAIS METÁLICOS 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado ao Curso de Bacharelado 
em Engenharia Mecatrônica do Centro 
Universitário ENIAC para a disciplina de Ciência 
dos Materiais. 
 
Prof. Thiago Alexandre Alves de Assumpção 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Guarulhos 
2018 
 
 
 
 
Questões: 
 
1) Em materiais cristalinos é comum o surgimento de defeitos, que podem 
ser classificados em pontuais, lineares ou volumétricos. Qual(is) o(s) 
mecanismo(s) de formação de defeitos lineares? Como essas 
discordâncias afetam a resistência do material? (escreva no máximo 6 
linhas) 
Resposta: Os mecanismos de formação de defeitos lineares, que ocorrem 
durante a solidificação ou deformação plástica do material, são classificados 
em três categorias: Aresta, Espiral ou Mista. Tais defeitos afetam 
negativamente as características mecânicas de resistência dos materiais e 
deve ser corrigidas com a reorganização das ligações atômicas estruturais do 
material, fato este conseguido geralmente através de tratamentos térmicos 
adequados. 
 
2) Uma barra cilíndrica de cobre de diâmetro inicial igual a 26,0 mm sofreu 
uma deformação plástica a frio, sendo o diâmetro final depois da 
deformação igual a 23,25 mm. 
(a) Determine o grau de deformação em % de redução de área (%TF - 
Trabalho a Frio). 
(b) Estime, utilizando os gráficos abaixo, o limite de escoamento e a 
ductilidade deste metal depois da deformação a frio. 
Resposta: 
a) 𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) = (
𝑨𝒐−𝑨𝒇
𝑨𝒐
)𝟏𝟎𝟎 𝑨𝒐 𝑨𝒇⁄ = 𝝅𝒓
𝟐 
 
𝑨𝒐 = 𝝅𝒓
𝟐 ∴ 𝑨𝒐 = 𝝅(𝟏𝟑)
2 ∴ 𝑨𝒐 = 𝝅(𝟏𝟔𝟗) 𝑨𝒐 ≅ 𝟓𝟑𝟎, 𝟗𝟑𝒎𝒎² 
𝑨𝒇 = 𝝅𝒓
𝟐 ∴ 𝑨𝒇 = 𝝅(𝟏𝟏, 𝟔𝟐𝟓)
2 ∴ 𝑨𝒐 = 𝝅(𝟏𝟑𝟓, 𝟏𝟒) 𝑨𝒐 ≅ 𝟒𝟐𝟒, 𝟓𝟔𝒎𝒎² 
 
𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) = (
𝑨𝒐 − 𝑨𝒇
𝑨𝒐
) 𝟏𝟎𝟎, 𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) = (
𝟓𝟑𝟎, 𝟗𝟑 − 𝟒𝟐𝟒, 𝟓𝟔
𝟓𝟑𝟎, 𝟗𝟑
)𝟏𝟎𝟎 
𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) = (
𝟏𝟎𝟔, 𝟑𝟕
𝟓𝟑𝟎, 𝟗𝟑
) 𝟏𝟎𝟎, 𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) = (𝟎, 𝟐𝟎𝟎𝟑𝟒𝟔)𝟏𝟎𝟎 
𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) ≅ 𝟐𝟎, 𝟎𝟑% 
R.: O grau de deformação do referido material foi de aprox. 20,03%(TF%) 
 
 
b) Analizando os gráficos apresentados, o limite de escoamento deste 
material está estimado em aproximadamente 250Mpa (35ksi) e sua 
ductibilidade está estimada em aproximadamente 15%. 
 
3) Como a precipitação de uma segunda fase em materiais cristalinos é 
um processo ativado termicamente, uma expressão de Arrhenius pode 
ser usada para estimar o tempo exigido para alcançar a dureza máxima. 
Como uma primeira aproximação, você pode tratar 𝒕𝒎𝒂𝒙
−𝟏 como uma “taxa”, 
onde 𝒕𝒎𝒂𝒙 é o tempo para alcançar a máxima dureza. Para determinada 
liga de alumínio, 𝒕𝒎𝒂𝒙 é de 40 horas a 100 °C e somente 2 horas a 180 °C. 
Use a Equação dada abaixo para calcular a energia de ativação (em 
Joules) para esse processo de precipitação. Considere R = 8,31 J/mol.K e 
as temperaturas em Kelvin. 
 
𝒕𝒂𝒙𝒂 = 𝑪. 𝒆−𝑸 𝑹𝑻⁄ 
 
Resposta:𝑸 =
𝑹 .𝒍𝒏.(
𝟏
𝒕𝟏
 .
𝒕𝟐
𝟏
)
(
𝟏
𝑻𝟐
−
𝟏
𝑻𝟏
)
∴ 𝑸 =
𝟖,𝟑𝟏 .𝒍𝒏.(
𝟏
𝟒𝟎
 .
𝟐
𝟏
)
(
𝟏
𝟒𝟓𝟑
−
𝟏
𝟑𝟕𝟑
)
∴ 𝑸 =
𝟖,𝟑𝟏.𝒍𝒏.(𝟎,𝟎𝟓)
(−𝟎,𝟎𝟎𝟒𝟕𝟑𝟒𝟔)
 
 
 
𝑸 =
𝟖,𝟑𝟏.𝒍𝒏.(𝟎,𝟎𝟓)
(−𝟎,𝟎𝟎𝟒𝟕𝟑𝟒𝟔)
 ∴ 𝑸 = 𝟓𝟐, 𝟓𝟖𝑲𝑱/𝒎𝒐𝒍 
 
4) Uma vareta de Aço 1040 cilíndrica com raio de 11 mm é estirada através de 
uma matriz de 8,8 mm de raio. Qual é a porcentagem resultante de trabalho a 
frio? Sabendo que durante o procedimento de trabalho a frio, a peça acumula 
muitas tensões e com base nos gráficos do exercício 2, qual deve ser o limite de 
escoamento e a ductilidade do aço trabalhado a frio? Explique o que poderia 
acontecer com a vareta, caso o trabalho a frio continuasse para a dimensão de 
8,5 mm de raio sem o devido tratamento térmico, já que a curva da ductilidade 
do Aço 1040 termina em ~38%. (escreva no máximo 6 linhas). 
 
𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) = (
𝑨𝒐−𝑨𝒇
𝑨𝒐
)𝟏𝟎𝟎 𝑨𝒐 𝑨𝒇⁄ = 𝝅𝒓
𝟐 
 
𝑨𝒐 = 𝝅𝒓
𝟐 ∴ 𝑨𝒐 = 𝝅(𝟏𝟏)
2 ∴ 𝑨𝒐 = 𝝅(𝟏𝟐𝟏) 𝑨𝒐 ≅ 𝟑𝟖𝟎, 𝟏𝟑𝒎𝒎² 
𝑨𝒇 = 𝝅𝒓
𝟐 ∴ 𝑨𝒇 = 𝝅(𝟖, 𝟖)
2 ∴ 𝑨𝒐 = 𝝅(𝟕𝟕, 𝟒𝟒) 𝑨𝒐 ≅ 𝟐𝟒𝟑, 𝟐𝟖𝒎𝒎² 
 
 
𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) = (
𝑨𝒐 − 𝑨𝒇
𝑨𝒐
) 𝟏𝟎𝟎, 𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) = (
𝟑𝟖𝟎, 𝟏𝟑 − 𝟐𝟒𝟑, 𝟐𝟖
𝟑𝟖𝟎, 𝟏𝟑
)𝟏𝟎𝟎 
𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) = (
𝟏𝟑𝟔, 𝟖𝟓
𝟑𝟖𝟎, 𝟏𝟑
) 𝟏𝟎𝟎, 𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) = (𝟎, 𝟑𝟔𝟎𝟎𝟎𝟖)𝟏𝟎𝟎 
𝑫𝒆𝒇. (𝑻𝑭%) ≅ 𝟑𝟔% 
 
R.: O grau de deformação do referido material foi de aprox. 36%(TF%). 
Analizando os gráficos apresentados, o limite de escoamento deste material 
está estimado em aproximadamente 780Mpa (110ksi) e sua ductibilidade 
está estimada em aproximadamente 9%. Pelos dados coletados, o referido 
material está praticamente no limite máximo, de dureza elevadíssima. No 
entanto, sua ductibilidade está criticamente baixa. Caso ele fosse estirado até o 
raio de 8,5mm certamente ele se romperia durante o processo de trefilação. 
 
5) Na figura a seguir, o tratamento de recozimento está dividido em três 
regiões, a recuperação, a recristalização e o crescimento do grão, 
associando-os aos efeitos causados na ductilidade e no limite de 
resistência à tração do material e também às temperaturas de transição 
entre cada tipo de tratamento. Faça uma estimativa do tamanho do grão, 
da ductilidade e da resistência à tração do material tratado nas 
temperaturas de 400, 500 e 600 °C. 
 
Temperatura 
(°C) 
Resistência 
(MPa) 
Ductibilidade 
(%EL) 
Tamanho do 
Grão (mm) 
400 450 47 0,012 
500 380 52 0,017 
600 390 52 0,029