p2 2017.1 prof eduardo

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 
 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÌMICA E MATERIAIS 
 
ENG 1301 – ICPOM, 2017.1 
 
P2, turma: 3VC, data: 09/06/2017 
 
Prof. Rogério Navarro C. de Siqueira 
 Nome: 
 
 N° de Matrícula: 
 
1) a) Descreva o que você entende por um tratamento térmico e discuta se o 
mesmo poderia ser útil no sentido de se otimizar as propriedades de um 
material qualquer. b) Em sua opinião, os diagramas de fases poderiam 
ser considerados imprescindíveis para o adequado planejamento de um 
tratamento térmico? Justifique. c) Finalmente, ainda sobre os referidos 
tratamentos, discuta a relevância do controle da taxa de resfriamento 
tendo em vista as propriedades finais do material (2,5 pontos). 
 
a) (1,0) Tratamento térmico consiste em um tipo de processamento físico 
aplicado aos materiais, que envolve o aquecimento até uma temperatura 
de interesse com taxa controlada, manter o sistema na temperatura de 
interesse durante determinado tempo, e depois resfriar a uma taxa 
igualmente controlada (0,5). Trata-se de um processamento importante na 
engenharia de materiais visando à introdução de mudanças na 
microestrutura do material de interesse (0,5). 
 
b) (0,5) Os diagramas de fases são fundamentais, pois permitem prever 
transformações de fase, que afetam a microestrutura final desejada. 
 
c) (1,0) A taxa de resfriamento deve ser controlada, pois afeta o tamanho 
dos grãos formados (0,5), bem como o arranjo microestrutural final (0,5). 
 
 
2) Considere o sistema Ag - Cu, cujo diagrama de fases se encontra 
representado na Figura (1). Deseja-se produzir duas peças distintas via 
fundição, sendo uma constituída por uma liga com 20% de Cu (liga I) e 
outra com 5% (liga II). a) Com base no diagrama acima, compare as 
microestruturas esperadas para as ligas I e II no que se refere às 
seguintes características: natureza mono ou policristalina, tipos de grão 
presentes e fração mássica de cada grão presente. b) Descreva a 
evolução microestrutural esperada em cada um dos casos. c) Finalmente, 
discuta se um tratamento térmico posterior seria recomendável em ambos 
os casos, e, em caso afirmativo, discuta como este poderia ser 
implementado (2,5 pontos). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1. Diagrama de fases Ag - Cu. 
 
a) (0,5) Ambas são policristalinas (0,1), sendo a microestrutura definida 
pela presença de dois tipos de grãos, alfa e beta (0,2), sendo a fração 
mássica de alfa (solução sólida rica em Ag) nas ligas I e II 
respectivamente iguais a 80% e 95% (0,2). 
 
b) (1,0) No caso da liga I, durante o resfriamento a partir da região líquida 
(fundição), primeiro é esperada a nucleação de grãos de alfa (fase pró 
eutética), e após se interceptar a isoterma eutética o restante de líquido 
dá origem a lamelas alternadas de alfa e beta (transformação eutética - L 
= alfa + beta) (0,5). No caso da liga II, todo o líquido se transforma 
primeiro em grãos de alfa, e após entrarmos no campo bifásico (alfa + 
beta), tem-se a nucleação de grãos de beta (0,5). 
 
c) (1,0) Sim. Deve-se considerar um tratamento térmico em ambos os 
casos, dado que durante a fundição não se controla a taxa de 
resfriamento (0,5). No entanto, somente no caso da liga II isso seria 
possível, dado que se pode mediante o controle da temperatura, alcançar 
um campo monofásico (alfa) a partir do qual, mediante o controle da taxa 
de resfriamento, tem-se a precipitação de beta, ou no interior dos grãos 
(resfriamento mais lento), ou nos contornos de grão (resfriamento mais 
rápido) (0,5). 
 
3) a) No que se refere à produção de chapas de aço ao carbono, é possível 
afirmar que um tratamento térmico posterior à conformação é sempre 
possível? Em caso negativo, justifique, em caso positivo, descreva as 
principais etapas inerentes ao referido tratamento. b) Em sua opinião, tal 
tratamento poderia ser utilizado visando à elevação da dureza da peça? 
Em caso negativo, justifique, em caso positivo, descreva como. c) 
Finalmente, ao realizar uma análise da microestrutura final alcançada, em 
seu entendimento, desvios em relação às previsões do diagrama de fases 
característico da liga poderiam se fazer presentes? Justifique (2,5 
pontos). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Diagrama de fases Fe - C. 
 
a) (1,0). Sim. Basta realizar um aquecimento até o campo austenítico 
(somente gama), deixar tempo suficiente para que toda a microestrutura 
se transforme em grãos de austenita com o tamanho desejado (0,5), e 
resfriar com a taxa de interesse (0,5). 
 
b) (1,0) Sim, mediante o controle da taxa de resfriamento (0,2). 
Dependendo da taxa pode-se, reduzir o tamanho dos grãos formados (ex. 
perlita fina ou grosseira) (0,4), formar bainita ao invés de perlita (variantes 
microestruturais) (0,2), ou ainda através de um resfriamento abrupto 
induzir a formaçãod e martensita (0,2). 
 
c) (0,5) Sim. Dependendo da taxa imposta, pode-se impedir que parte da 
austenita não se transforme plenamente, ou se transforme em martensita. 
Em ambos os casos, tem-se desvios do comportamento esperado a partir 
da análise do diagrama da Figura (2). 
 
4) Deseja-se produzir uma peça de formato complexo de uma liga Ta-Nb 
com 50% em massa de Nb via metalurgia do pó. Considere que você 
dispõe de amostras pulverizadas dos metais puros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Diagrama de fases Ta - Nb. 
 
 a) No que se refere a este processo de fabricação, discuta as principais 
etapas envolvidas, destacando seus respectivos objetivos. b) Em seguida, 
descreva o que você entende por temperatura de sinterização, e discuta a 
relevância do seu controle para o método em questão. 
 c) Finalmente, escolha uma temperatura de sinterização e descreva a 
evolução microestrutural esperada para o material de interesse durante a 
execução do processo (2,5 pontos). 
 
 a) (1,0) Primeiro é necessário aquecer sobre pressão para realizar a 
sinterização e estimular a formação dos grãos iniciais de interesse 
(depende de cada liga) (0,5). Em seguida, resfria-se com a taxa de 
interesse visando induzir mudanças microestruturais específicas (0,5). 
 
 b) (0,5) Temperatura de sinterização consiste na temperatura a partir da 
qual se observa uma redução na porosidade da amostra. Como resultado, 
tem-se a densificação da peça. 
 
 c) (1,0) Ambas as ligas terão uma microestrutura monofásica (0,2), sendo 
a composição química dos grãos idênticos à composição global de cada 
liga (20% de Nb na liga I e 50% de Nb na liga II) (0,3). Como as 
temperaturas de sinterização são distintas e os tempos de tratamento 
idênticos, os tamanhos de grão finais serão diferentes, sendo maior na 
liga I, dado que esta é sinterizada em uma temperatura mais elevada 
(2700oC) (0,5).