APOIO MCM I2015 (1)

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UNIVERSIDADE FEEVALE
Prof. Dr. Denis Jardim Villarinho
Materiais de Construção Mecânica I
Apoio a P2 - 2014-2
Odir Giordani Junior
Atenção: questões não justificadas valerão ½ ponto.
1 - Cite 6 objetivos dos tratamentos térmicos: 
Remoção de tensões internas
Aumento ou diminuição da dureza
Aumento da resistência mecânica
Melhora da ductilidade
Melhora da usinabilidade
Melhora da resistência ao desgaste
2- Defina o trat. Tco. de normalização e para que serve?idem recozimento, tempera e revenimento? Quais as microestruturas obtidas nestes tratamentos?
A normalização consiste em aquecer o aço acima das linhas críticas A3 e ACM e a seguir deixar esfriar ao ar. Serve para refinar o grão, e melhorar a uniformidade da microestrutura. Microestrutura: Hipoeutetóide ferrita + perlita fina; Eutetóide perlita fina; Hipereutetóide cementita + perlita fina; Conforme o aço pode-se obter bainita.
O Recozimento é o tratamento térmico que consiste em aquecer o aço acima da zona crítica e resfriá-lo lentamente. E serve para eliminar os efeitos de qualquer tratamento térmico ou mecânico que o aço tenha sofrido. Microestrutura:Hipoeutetóide ferrita + perlita grosseira; Eutetóide perlita grosseira; Hipereutetóide cementita + perlita grosseira.
 A têmpera consiste no aquecimento do aço a uma temperatura de 50ºC acima da linha A3 para os aços hipoeutetóides e eutetóides e 50ºC acima da linha A1 para os hipereutetóides, seguido de um resfriamento rápido em meio aquoso,óleo, salmoura, etc. até a temperatura ambiente. O objetivo é obter a estrutura martensítica. Microestrutura Martensita
O revenido consiste em aquecer o aço a uma temperatura inferior ao da temperatura crítica, esfriando logo, geralmente em ar, outras vezes em óleo ou água, dependendo da composição do aço. Diminui a dureza, a resistência e a fragilidade aumentando a ductilidade alivia ou remove tensões, aumentando a tenacidade. Microestrutura troostita e sorbita.
3- O que são tratamentos isotérmicos e para que servem? Descreva-os com gráficos. 
O tratamento consiste no resfriamento do aço a temperaturas muito abaixo da ambiente normalmente entre -70 a -196ºC. Alguns tipos de aço, especialmente os alta liga, não conseguem finalizar a transformação de austenita em martensita, portanto o tratamento isotérmico soluciona esse problema.Martempera
Austempera
4 – Quais as microestruturas obtidas nos tratamentos isotérmicos acima?
Martensita e Bainita em um formato uniforme
5- A austenitização em temperatura elevada provoca aumento de tamanho de grão? Justifique sua resposta. 
Sim, O aumento da temperatura de austenitização implica um aumento no tamanho de grão austenítico e uma diminuição na temperatura de início de transformação da austenita em ferrita. A presença de Nb em solução durante a transformação aumenta o tempo de transformação da austenita em ferrita alotriomórfica, reduz a taxa efetiva de transformação, levando à formação de bainita granular para temperatura de austenitização de 1100ºC e resfriamento no ar.
6- O diagrama Fe-C foi idealizado para resfriamento lento ou rápido? Justifique.
Foi idealizado para resfriamento lento, pois caso contrario teríamos outras microestruturas demonstradas no gráfico.
7 – Quais microestruturas encontramos em um aço 1040 temperado e que tenha sido revenido a 280 ºC?
Estrutura Martensitica, e depois de revenido teremos a troostita.
8 – Qual a microestrutura obtida no revenido a 680ºC? é de alta dureza, média dureza ou baixa dureza?
Estrutura esferoidita, baixa dureza.
9- A sorbita é obtida em que tratamento e a que temperaturas?
Entre 400 e500ºC
10 – Que microestrutura procura-se no tratamento de austempera?
Procura-se a Bainita
11 – E na martempera?
Martensita
12 – Defina austempera e martempera? justifique a necessidade de revenido para estes tratamentos?
Martempera é o tratamento que consiste no aquecimento do aço a uma temperatura superior a crítica. seguido de um resfriamento rápido. E após usa-se o revenimento para obtermos uma melhor ductilidade.
Austempera consiste no aquecimento do aço ate uma temperatura acima da zona crítica, seguido de resfriamento rápido num meio mantido a temperatura constante (geralmente banho de sal fundido).
13 – Desenhe as curvas TTT para aço SAE 1095 normalizado e temperado em óleo. Que microestruturas são encontradas?
Na normalização termos cementita + perlita fina
 e na tempera teremos a estrutura martensita.
14 – Explique o tratamento termoquímico de cementação, para que tipo de aços se aplicam, qual a temperatura de cementação, quais gases utilizados? Tempera e revenido são aplicados consecutivamente? 
Esses tratamento permite aumento da dureza superficial através da difusão de elementos como carbono, nitrogênio ou Boro. Se aplica em aços de baixo carbono , 825-950ºC , gás natural, etano, propano, butano, não é aplicado tempera e nem revenimento. 
 15 - Que são soluções sólidas? Intersticiais? Substitucionais?. 
Soluções sólidas Ligas são combinações de dois ou mais metais num material: Ferro ; Austenita ; Ferrita 
Solução sólida intersticial: os átomos de soluto ocupam os interstícios existentes no reticulado.
Solução sólida substitucional: os átomos de soluto substituem uma parte dos átomos de solvente no reticulado
16 – Que são fases? Esboce o diagrama de fases do Cu-Ni sabendo que as temp. de fusão são Cu=1085ºC e Ni = 1455ºC 
Fases são os estados encontrados no diagrama por exemplo : Fase ; Fase ; Fase 
17 - o que é rede cristalina? Rede de Bravais? Célula unitária?.
Rede de Bravais: são arranjos infinitos de pontos cuja geometria é idêntica em qualquer ponto da rede. Rede cristalina é aquela no qual os átomos encontram-se ordenados sobre longas distâncias atômicas formando uma estrutura. Célula Unitária Consiste num pequeno grupos de átomos que formam um modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional (analogia com elos da corrente)
18 – O que se entende por célula unitária?
Consiste num pequeno grupos de átomos que formam um modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional (analogia com elos da corrente) A célula unitária é escolhida para representar a simetria da estrutura cristalina.
19– Determine o no. de átomos da rede cristalina por célula, no sistema CFC. e qual seu fator de empacotamento? 
São 4 átomos na rede cristalina por célula, e o fator de empacotamento é 0,74.
20 - Como pode ser alterada a microestrutura nos materiais para se fazer uso adequado das propriedades mecânicas? 
Pelo processo de Laminação; Tratamentos Térmicos; Inclusões não Metálicas.
21 - Que são fases metaestáveis?
 As propriedades e ou características mudam lentamente com o tempo, isso quer dizer que o estado de equilíbrio nunca é alcançado. No entanto não á mudanças muito perceptíveis com o tempo na microestrutura.
22 – Qual a composição de uma fase, peritética, eutetóide, eutética, e indique no diagrama Fe-C. 
Composição peritética: 0,25%C; composição eutética: 4,3%C; composição eutetóide: 0,77 %C.
 
23 – Esboce o diagrama Fe-C e mostre As linhas A1, ACM e A3, as zonas hipoeutetóides, hipereutetóides e eutetóide com seus teores de carbono limitantes. B) Em qual delas o aço tem 0,8%C? 
Considerando 0,77%C zona eutetóide um aço com 0,8%C é Hipereutetóide
24 – Fale sobre a cementita (Fe3C) . 
Cementita – é o nome dado ao carboneto de ferro Fe3C, com 6,67%C e 93,3% de Fe. É o constituinte mais duro e frágil dos aços, sua dureza é superior a 68 Rc. Quando atacada com reativos apresenta-se coloração branca.
25 – O que é e como é obtida a perlita fina ? 
É um constituinte formado por lamelas alternadas de ferrita e cementita. Contém aproximadamente 6 partes de ferrita e uma de carboneto. Dependendo da velocidade de resfriamento, perto do cotovelo da curva, em torno de 550ºC, a perlita que se forma adquire textura cada vez mais fina e dureza cada vez mais elevada (30 a 40 Rc).Este constituinte é chamadoperlita fina
26 – Esboce a curva TTT para um aço com 0,8%C, com suas microestruturas? 
27 - Tratamentos térmicos: Aço SAE 1045. 
Qual o ciclo de trabalhos para caracterizar o aço “como-recebido”, e obter dureza de 50 HRC. 
Primeiro deve-se fazer um recozimento ou uma normalização, após isso faz-se uma tempera e seguindo um revenimento. 
28- Defina aços hipereutetóides, hipoeutetóides e eutetóides. De um exemplo de cada. 
Aços eutetóides tem 0,77% C em sua estrutura ex: SAE 1077
Aços hipoeutetóides tem de 0,02 a 0,77%C ex 8640
Aços hipereutetico tem entre 0,77 a 2,11%C SAE 1090
29 - Nos aços , quais as microestruturas que podem ser encontradas no revenimento? No gráfico Fe-C onde se localizam os revenimentos? – Para que serve o tratamento térmico de revenimento? Que microestruturas encontramos no revenimento a 400ºC em um aço que foi antes temperado.
Microestrutura troostita, martensita revenida, esferoidita e sorbita, serve para Aliviar ou remover tensões, corrige a dureza e a fragilidade, aumentando a tenacidade. A 400ºC teremos a Troostita.
Tratamento térmico de tempera do aço SAE 1060. 
a) Qual a temperatura de aquecimento?
Por volta de 850ºC
b) Qual o meio de resfriamento para evitar que trinque (mais brando que a água).?
Óleo 
c) Qual a microestrutura encontrada?
Martensita
d) Indique a curva TTT para a tempera deste aço.
e) escolha uma temperatura de revenimento e qual a microestrutura obtida. 
300ºC teremos Troostita
31 - Desenhe as curvas TTT para os aços SAE, 1015, 1090 e 1080. 
 SAE 1015 SAE 1080 e 1090 
32 - Engrenagens, coroas, pinhões, são fabricados também com aço SAE 4320. (Cr-Ni-Mo).
a) Que tratamentos térmicos trariam melhores resistência ao desgaste e tenacidade ?
Tratamentos termoquímicos como nitretação ou cementação
b) Como se obtem uma atmosfera para Nitretação? Que gás se usa?
Nitretação realiza-se num forno a vácuo, cuja temperatura situa-se em torno de 420°C a 500°C. Usa as características de um gás ionizado para obter a mudança da dureza de superfície do componente tratado Os gases são: amônia, o nitrogênio, o metano e o hidrogênio.
33) O que é plasma?
A nitretação sob plasma utiliza um gás de tratamento que é convertido em um plasma condutor de eletricidade parcialmente ionizado, através de uma tensão variando entre 600 e 1000 V, a uma pressão da ordem de alguns milibares.
34- Faça o esquema (desenho) da nitretação a plasma e explique.
O plasma está constituído por um gás, parcialmente ionizado, contendo iôns e elétrons em equilíbrio dinâmico. Os iôns são acelerados na direção do material devido à aplicação de um campo elétrico negativo nas peças a serem tratadas. Após implantação, estes iôns neutralizam-se e penetram por difusão térmica no corpo do material. A presença de oxigênio (em geral ar residual) deve ser controlada para permitir uma boa formação da camada nitretada.
35 - Um aço SAE 1050 tem as seguintes especificações. 
Laminado a quente E=210 GPa, σ e= 290 MPa, , σ Max. 530 MPa.
Laminado a frio E=210 GPa σ e = 490 MPa, σ Max = 590 MPa.
Após tratamento térmico de recozimento.
aumenta a dureza no laminado a frio
Aumenta a tensão de tração no laminado a quente.
Reduz a tensão de escoamento no laminado a frio.
aumenta a dureza no laminado a quente.
A martensita obtida no recozimento aumentará a tensão de tração no laminado a quente.
 Resposta C
 36 – O aço SAE 1020.
a)Este é um material, eutetóide, hipereuteteóide ou hipoeutetóide?
Hipoeutetóide
b)Qual a temperatura de aquecimento? C) que microestrutura há nesta zona de aquecimento?
Questão incompleta
c) O resfriamento deve ser lento ou rápido? E) O resfriamento é em água, óleo, dentro do forno ou ao ar?
Questão incompleta
d) Ao microscópio qual a cor da ferrita, da cementita, da perlita?	
Cementita cor branca depois do ataque de reativos
Perlita cor mais ou menos escura 
Ferrita grãos brancos com finos contornos pretos
e) Ao microscópio (micrografia) em temperatura ambiente que microestruturas são vistas: muita cementita e pouca ferrita, muita ferrita com pouca perlita, só cementita, só ferrita, só perlita, martensita com austenita retida, só martensita? 
È visto muita ferrita e pouca perlita
f) Qual a forma da microestrutura encontrado? 
A forma da microestrutura é CCC
37 – a) Esboce o diagrama Fe-C e mostre As linhas A1, ACM e A3, as zonas hipoeutetóides, hipereutetóides e eutetóide com seus teores de carbono limitantes. B) Em qual delas o aço tem 0,8%C? 
Considerando 0,77%C zona eutetóide um aço com 0,8%C é Hipereutetóide
 
38 – No aquecimento, em que temperatura o aço entra na zona austenítica direto sem passar na zona crítica? O que é zona crítica?
727ºC
Zona critica é quando o aço esta acima da temperatura A1 tendo um teor de carbono diferente de 0,77%C e abaixo da temperatura A3 e Acm e esta ocorrendo a transformação de austenita +ferrita ou austenita + cementita.
39– Em elementos de máquinas como manilhas, gancho olhal, extensores (materiais para guindastes) para elevar cargas.
Que materiais recomendaria?
Ferro fundido branco.
Aço laminado a quente
Aço laminado a frio.
Aço forjado e recozido.
Ferro fundido cinzento.
Aço 1090 temperado sem revenimento.
Aço forjado e recozido
34) Para uma base de máquina operatriz, que material recomendaria:
a) aço laminado a frio.
b) aço forjado e recozido.
c) ferro fundido.
d) aço laminado a quente.
e) Aço 1090 temperado sem revenimento.
Ferro fundido
35) Em um elemento de máquina com SAE 1020, precisamos aumentar a tensão admissível do material, para isto precisamos: Quais as alternativas corretas?
a) aumentar a tensão de escoamento do material .
b) promover tempera.
c) promover tempera e revenimento.
d) Trocar de material para material com maior teor de carbono.
e) aumentar o coeficiente de segurança.
d) diminuir o coeficiente de segurança.
f) promover Cementação sem tempera sem revenimento bastaria.
g) nenhuma das respostas acima.
Trocar de material para material com maior teor de carbono.
40 - Em uma viga com uma carga concentrada na extremidade em balanço, a viga I é dimensionada por: W(momento resistente) em cm4= Momento fletor/Tensão de escoamento. Qual a melhor viga para o caso: temperada e revenida ou recozida? Justifique.
Temperada e revenida ou recozida, pois o recozimento alivia as tensões e a tempera aumenta a tensão de escoamento dando maior resistência.
41- O ferro fundido austenitizado em 1150º seria tão dútil quanto o aço SAE 1020 recozido? Sim ou não justifique sua resposta.
Não pois o ferro fundido é frágil diferentemente do 1020 recozido que é muito dúctil.
42 - O aço SAE 1080 aquecido a 20º abaixo da linha crítica seria totalmente austenitizado? Sim ou não justifique sua resposta.
Não pois o matéria para ser totalmente austenitizado é necessário que ultrapasse a linha critica em media 50ºC.
43 A forma alotrópica do aço SAE 1040 a 780ºC seria CFC e esta estrutura seria apropriada ao forjamento a quente. V ou F. Justifique sua resposta.
Falso pois o aço a 780ºC tem sua microestrutura na forma de CCC.
44 - A resistência mecânica aumentada com o encruamento é aumentada ainda mais com tratamento de recozimento e obtenção da microestutura esferoidita. V ou F justifique sua resposta.
Falso, pois o recozimento diminui as tensões e consequentemente amolece o aço o deixando mais dúctil e menos resistente.
45 - Qual o material é mais apropriado ao trabalho à fluência , o ferro fundido eutético ou o aço SAE 1035? Justifique sua resposta.
O ferro fundido é o mais adequado para trabalho á fluência, pois ele tem uma maior resistência a temperaturas mais elevadas.
46 – Como ocorre a descarbonetação durante o tratamento térmico?
Ocorre a descarbonetação quando o matéria esta sendo aquecido por um tempo excessivo ou a uma temperatura muito acima da zona critica.
47 – O que é austenita retida?
No tratamento térmico dos açoso material sofre uma transformação, passando de uma estrutura austenítica para outra. A transformação geralmente não é completa, restando uma fase residual de austenita retida.
48 – O que é material “como-recebido” ?
É o material entregue pelo fornecedor, dentro das especificações do fabricante, com ou sem tratamento térmico.
49 – Em uma microestrutura onde aparecem muitos campos claros (brancos) e poucos campos escuros (pretos). O que significam estas cores? Sugere ser de alto carbono ou baixo carbono o aço?
Significa que o aço tem bastante ferrita, e assim sendo de baixo carbono. Cor branca com contorno preto é a ferrita.
50 – Um material em aço SAE 1035 está sendo usinado em um torno e a temperatura no gume da ferramenta está a 527ºC. Sabendo que o ponto de recristalização médio deste aço é 639º. Este trabalho é considerado à quente ou à frio? Este material está trabalhando com fluência? Justifique as respostas. O que faria para ter certeza que este material não sofreria fluência? Esta solução melhoraria a produtividade no setor de produção (quanto ao Set-up na máquina) ? Esta solução traria benefícios ao projeto?
Este material esta trabalhando dentro da zona critica portanto é trabalho a morno. Não esta em regime de fluência pois a temperatura necessária para isto é 612ºC. Para ter certeza que o material não trabalharia com fluência utilizaria uma refrigeração na usinagen. Com certeza essa solução ajudaria na produção e sim traria benefícios ao projeto pois o matéria teria uma tensão máxima maior.
51- Qual o melhor aço e o melhor tratamento térmico para um facão? E para uma roda dentada que deve trabalhar a 1300 RPM? E a uma treliça de estrutura metálica? E a um martelo? E um eixo de junta homocinética? 
Facão aço SAE 1045 e tratamento de austempera
Roda dentada SAE 1045 temperado por indução e revenido
Treliça SAE 1020 laminado a frio 
Martelo SAE 1060 forjado
Homocinetica SAE 1050 temperado e revenido
52 – Explique a tempera por indução. Desenhe.
É um tratamento térmico onde é aplicado apenas em partes desejadas da peça aumentando a dureza onde é realmente necessário.
53 – Quando se aquece um material (aço) por elevadas temperaturas, sem controle de gases, se obtém uma carepa no aço. O que é carepa?
Carepa é proveniente da oxidação da superfície do aço quando em contato com o ar em altas temperaturas.
54 – O ferro fundido e o aço tem mesmos pontos eutéticos. Justifique sua resposta?
Não pois o aço não tem ponto eutético e sim ponto eutetóide.
55 – Explique : “ a solução sólida de carbono no ferro alfa é de 0,025% C.”justifique e desenhe a microestrutura, como se chama esta microestrutura? Qual sua dureza Brinell? É muito resistente a tração ou pouco resistente a tração? É magnética ou não magnética?
Teremos um aço de baixo carbono contendo ferrita + perlita. Sua dureza varia em torno de 131-187 HB, sim é magnético o aço, e baixa resistência a tração.
56- Como se chama o carboneto de ferro com 6,67%C?
Cementita Fe3C
57 – Aços com 0,9 a 1,2%C são aços de emprego raro onde se requer somente resistência ao desgaste, Os aços com 1,2 a 1,7% C são chamados de aços selvagens com raro uso. O que ocorreria ao encruar estes aços?
Ao encruar o aço ficaria menos flexível e mais quebradiço.
58 – A resistência a tração eleva-se até 1%C vindo a cair para teores mais elevados? V ou F. justifique 
Conforme a tabela abaixo demonstra o aço aumenta sua resistência a tração ate 0,8%C após temos uma diminuição da resistência. Resposta falsa.
 http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAhacAG/pfa-conformabilidade-2009-1?part=2
59 – A dureza eleva-se continuamente com o teor de carbono . V ou F. justifique.
Falso, podemos novamente observar na tabela acima que a dureza aumenta ate 0,8%C depois tem uma queda e novamente começa a aumentar.
60 – Acima de 1%C a elongação diminui e a fragilidade aumenta. V ou F. Justifique.
Novamente observando a tabela acima a elongação aumenta ate 1,20%C e depois diminui e a fragilidade aumenta com o aumento de teor de carbono.