Lista PP CM v2014

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UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PETRÓPOLIS - - Centro de Engenharia e Computação - Ciências de Materiais - 
asj 1 2014/1 
Lista de Exercícios da PP - Valor = 1,0 ptos - Data de entrega: Dia da prova 
– Utilize apenas uma folha de rosto com seu nome e turma. – Dispense a capa dura.- 
- Só serão considerados trabalhos com respostas manuscritas. – O enunciado pode estar digitalizado. 
- Na prova não será permitido consulta à trabalho impresso ou xerocado. - 
Problemas referentes ao item 1 (Cap 3/Charpter 3) 
01.PP (3.6) Mostre que o fator de empacotamento atômico para a CCC é de 0,68. 
02.PP (3.7) Mostre que o fator de empacotamento atômico para a HC é de 0,74. 
03.PP (3.8) O ferro possui uma estrutura cristalina CCC, um raio atômico de 0,124 nm, e um peso atómico de 55,85 
g/mol. Calcule e compare a sua densidade com o valor experimental encontrado na contracapa deste livro. (7,87 
g/ ) 
04.PP (3.9) Calcule o raio de um átomo de irídio dado que o Ir possui uma estrutura cristalina CFC, uma densidade 
de 22,4 g/cm
3
, e um peso atômico de 192,2 g/mol. (casa) (Resp: R = 0,136) 
05.PP (3.21) Esta é a célula unitária para um metal hipotético: 
a) A qual sistema cristalino pertence essa célula unitária? 
b) Como seria chamada essa estrutura cristalina? 
c) Calcule a densidade do material, dado que o seu peso atômico é de 141 
g/mol. 
06.PP (3.27) Aqui estão representadas as células unitárias para dois metais hipotéticos: 
(a) Quais são os índices para as direções indicadas pelos dois vetores na figura (a)? 
(b) Quais são os índices para os dois planos representados na figura (b)? 
 
 
 
 
 
 
 
Problemas referentes ao item 2 (Cap 4/Charpter 5) 
07.PP (4.8) Qual é a composição, em percentagem em peso, de uma liga que consiste em 6%a de Pb e 94%a de Sn? 
A Pb = 207,2 g/mol A Sn = 118,7 g/mol (Resposta CPb = 10,0%p e CSn = 90,0%p) 
08.PP (4.12) Qual é a composição, em percentagem atômica, de uma liga que consiste em 97%p Fe e 3%p Si ? 
A Fe = 56,0 g/mol A Si = 28,08 g/mol (Resposta C’Fe = 94,2%a e C’Si = 5,8%a) 
Problemas referentes ao item 3 (Cap 7/Charpter 8) 
09.PP (7.5) (a) Defina um sistema de escorregamento. (b) Informe se todos os metais possuem o mesmo sistema de 
escorregamento. Por que, ou por que não? 
10.PP (7.6) (a) Compare as densidades planares (Seção 3.10) para os planos (100), (110) e (111) para a estrutura 
cristalina CFC. (b) Compare as densidades planares para os planos (100), (110) e (111) para a estrutura cristalina 
CCC. 
 
 (b) 
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11.PP (7.11) Considere um monocristal metálico orientado de tal modo que a normal ao plano de escorregamento e 
a direção de escorregamento estão a ângulos de 43,1° e 47,9° , respectivamente, com o eixo de tração. Se a tensão 
de cisalhamento resolvida crítica é de 20,7 MPa (3000 psi), dizer se a aplicação de uma tensão de 45 MPa (6500 psi) 
irá causar o escoamento do monocristal. Caso negativo, qual será a tensão necessária? 
12.PP (7.15) Liste quatro diferenças principais entre a deformação por maclagem e a deformação por 
escorregamento em relação ao mecanismo, às condições de ocorrência e ao resultado final. 
13.PP (7.16) Explique sucintamente por que contornos de grão com baixo ângulo não são tão eficazes na 
interferência no processo de escorregamento quanto são os contornos de grão com alto ângulo. 
14.PP (7.18) Descreva com suas próprias palavras os três mecanismos para aumento de resistência discutidos neste 
capítulo (isto é, redução no tamanho do grão, aumento de resistência por solução sólida e encruamento). 
Certifique-se de explicar como as discordâncias estão envolvidas em cada uma das técnicas de aumento de 
resistência. 
15.PP (7.30) Cite sucintamente as diferenças entre os processos de recuperação e de recristalização. 
16.PP (7.33) Explique sucintamente por que alguns metais (por exemplo, o chumbo e o estanho) não encruam 
quando são deformados à temperatura ambiente. 
Problemas referentes ao item 4 (Cap 6/Charpter 7) 
17.PP (6.4) Um corpo de prova cilíndrico feito a partir de uma liga de titânio que possui um módulo de elasticidade 
de 107 GPa (15,5 X 10
6
 psi) e um diâmetro original de 3,8 mm (0,15 pol) irá experimentar somente deformação 
elástica quando uma carga de tração de 2000N (450 lbf) for aplicada. Compute o comprimento máximo do corpo de 
prova antes da deformação se o alongamento máximo admissível é de 0,42 mm (0,0165 pol) 
18.PP (6.7) Para uma liga de bronze, a tensão na qual a deformação plástica tem início é de 275 MPa (40.000 psi), e 
o módulo de elasticidade é de 115 GPa (16,7 X IO
6
 psi). 
(a) Qual é a carga máxima que pode ser aplicada a um corpo de prova com uma área da seção reta de 325 mm
2 
(0,5 
pol.
2
) sem que ocorra deformação plástica? 
(b) Se o comprimento original do corpo de prova é de 115 mm (4,5 pol.), qual é o comprimento máximo para o qual 
ele pode ser esticado sem que haja deformação plástica? 
19.PP (6.9) Considere um corpo de prova cilíndrico feito a partir de uma liga de aço (Fig. 6.21, próxima página) com 
10 mm (0,39 pol.) de diâmetro e 75 mm (3,0 pol.) de comprimento, puxado em tração. Determine o seu 
alongamento quando uma carga de 23.500 N (5300 lbf) é aplicada. 
20.PP (6.14) Um corpo de prova cilíndrico de alumínio com diâmetro de 19 mm (0,75 pol.) e comprimento de 200 
mm (8,0 pol.) é deformado elásticamente em tração com uma força de 48.800 N (11.000 lbf). Usando os dados 
fornecidos na Tabela 6.1, determine o seguinte: 
(a) A quantidade segundo a qual este corpo de prova irá se alongar na direção da tensão aplicada. 
(b) A variação no diâmetro do corpo de prova. O diâmetro irá aumentar ou diminuir? 
21.PP (6.16) Um corpo de prova cilíndrico feito de uma dada liga e que possui 8 mm (0,31 pol.) de diâmetro é 
tensionado elásticamente em tração. Uma força de 15.700 N (3530 lbf) produz uma redução no diâmetro do corpo 
de prova de 5 x 10
-3
 mm (2 x 10
-4
 pol.). Calcule o coeficiente de Poisson para este material se o seu módulo de 
elasticidade é de 140 GPa (20,3 x 10
6
 psi). 
22.PP (6.18) Considere um corpo de prova cilíndrico de alguma liga metálica hipotética que possui um diâmetro de 
8,0 mm (0,31 pol.). Uma força de tração de 1000 N (225 lbf) produz uma redução elástica no diâmetro de 2,8 x 10
-4
 
mm (1,10 x 10
-5
 pol.). Calcule o módulo de elasticidade para esta liga, dado que o coeficiente de Poisson é de 0,30. 
23.PP (6.30) Um corpo de prova em ferro fundido dúctil, que possui uma seção reta retangular com dimensões de 
4,8 mm x 15,9 mm (3/16 pol. x 5/8 pol.), é deformado em tração. 
Carga Comprimento 
N l b f m m pol. 
0 0 75,000 2.953 
4.740 1065 75.025 2.954 
9.140 2055 75,050 2,955 
12.920 2900 75,075 2,956 
16.540 3720 75,113 2,957 
18.300 4110 75,150 2,959 
20.170 4530 75,225 2,962 
22.900 5145 75,375 2,968 
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25.070 5635 75,525 2,973 
26.800 6025 75,750 2,982 
28.640 6440 76,500 3,012 
30.240 6800 78,000 3,071 
31.100 7000 79,500 3.130 
31.280 7030 81,000 3,189 
30.820 6930 82,500 3,248 
29.180 6560 84,000 3,307 
27.190 6110 85,500 3,366 
24.140 5430 87,000 3,425 
18.970 4265 88,725 3,493 
Fratura 
 
Usando os dados de carga-comprimento tabulados acima, complete os problemas de (a) à (f). 
(a) Plote os dados na forma de tensão de engenharia em função da deformação de engenharia. 
(b) Compute o módulo de elasticidade. 
(c) Determine o limite de escoamento para uma pré-de-formação de 0,002. 
(d) Determine o limite de resistência à tração desta liga. 
(e) Calcule o módulo de resiliência. 
(f) Qual é a ductilidade,em alongamento percentual? 
24.PP (6.43) Determine a tenacidade (ou energia para causar a fratura) para um metal que experimenta tanto 
deformação elástica como deformação plástica. Considere a Eq. 6.5 para a deformação elástica e suponha que o 
módulo de elasticidade é de 172 GPa (25 x 10
6
 psi) e que a deformação elástica termina quando o nível de 
deformação é de 0,01. Para a deformação plástica, suponha que a relação entre a tensão e a deformação é aquela 
descrita pela Eq. 6.19, onde os valores para K e n são 6900 MPa (1 X 10
6
 psi) e 0,30, respectivamente. Além disso, 
a deformação plástica ocorre entre valores de deformação de 0,01 e 0,75, em cujo ponto ocorre a fratura. 
25.PP (6.48) (a) Um penetrador para ensaios de dureza Brinell com 10 mm de diâmetro produziu uma impressão 
com diâmetro de 1,62 mm em uma liga de aço, quando foi usada uma carga de 500 kg. Calcule a HB deste material. 
(b) Qual deverá ser o diâmetro de uma impressão para produzir uma dureza de 450 HB, quando uma carga de 500 
kg é usada? 
26.PP (6.49) Estime as durezas Brinell e Rockwell para os seguintes materiais: 
(a) O latão naval para o qual o comportamento tensão -deformação está mostrado na Fig. 6.12. 
(b) O aço para o qual o comportamento tensão-deformação está mostrado na Fig. 6.21. 
 
RESPOSTAS 
17.PP (6.4) = 250 mm (10 pol.) 
18.PP (6.7) (a) F = 89.400 N (20.000 lbf) 
(b) = 115,28 mm (4,511 pol.) 
19.PP (6.9) ∆l = 0,10 mm (0,004 pol.) 
20.PP (6.14) (a) ∆l = 0,50 mm (0,02 pol.); 
(b) ∆d = -1,62 x 10
-2 
mm (-6,2 x 10 
-4
 pol.); diminuir. 
21.PP (6.16) v = 0,280 
22.PP (6.18) E = 170,5 GPa (24,7 x 10
6
 psi) 
23.PP (6.30) sem resposta 
24.PP (6.43) Tenacidade = 3,65 x 10
9
 J/m
3
 (5,29 X 10
5 
pol.-lbm/pol.
3
) 
25.PP (6.48) sem resposta 
Fig. 6.21 Comportamento tensão-deformação em tração para 
um aço carbono simples. 
 
 
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26.PP (6.49) (a) 125 HB (70 HRB) (b) sem resposta 
Problemas referentes ao item 5 (Cap 9/Charpter 10) 
27.PP ( - ) Reproduza a Fig 9.6 - Diagrama de fases para o sistema cobre-prata (Fig 10.6 na edição americana), em 
meia página a mão livre, descreva suscintamente as regiões do gráfico, as linhas e pontos do diagrama, na outra 
meia página. 
 
28.PP (9.27) Informar se é possível a existência de uma liga cobre-prata com composição de 50%p Ag-50%p Cu a 
qual, em condições de equilíbrio, consiste nas fases α e β com frações mássicas de Wα = 0,60 e Wβ = 0,40. Se essa 
existência for possível, qual será a temperatura aproximada da liga? Se a existência de tal liga não for possível, 
explicar a razão. 
29.PP (9.31) Informar se é possível a existência de uma liga cobre-prata na qual as frações mássicas das fases β 
primária e β total são de 0,68 e 0,925, respectivamente, a uma temperatura de 775°C (1425°F). Por que ou por que 
não? 
30.PP (9.33) Para uma liga cobre-prata com composição de 25 %p Ag-75%p Cu e a 775°C (1425°C), faça o seguinte: 
(a) Determine as frações mássicas das fases α e β. 
(b) Determine as frações mássicas dos microconstituintes α primário e eutético. 
(c) Determine a fração mássica de α eutética. 
31.PP ( - ) Reproduza a Fig 9.22 - Diagrama de fases para o sistema ferro – carbeto de ferro (Fig 10.26 na edição 
americana), em meia página a mão livre, descreva suscintamente as regiões do gráfico, dando nome e 
características, as linhas e pontos do diagrama. Marque no gráfico uma linha vertical delimitando a região dos aços 
da dos ferros fundidos. 
32.PP (9.49) (a)Qual é a distinção entre aços hipoeutetóides e hipereutetóides? 
(b) Em um aço hipoeutetóide, existem tanto a ferrita eutetóide como a ferrita proeutetóide. Explique a difrença 
entre elas. Qual será a concentração de carbono em cada uma? 
33.PP (9.56) A microestrutura de uma liga ferro-carbono consiste em ferrita proeutetóide e perlita; as frações 
mássicas dessas duas microestruturas são de 0,286 e 0,714, respectivamente. Determine a concentração de 
carbono nessa liga. 
34.PP (9.58) A microestrutura de urna liga ferro-carbono consiste em ferrita proeutetóide e perlita; as frações 
mássicas desses microconstituintes são de 0,20 e 0,80, respectivamente. Determine a concentração de carbono 
nessa liga. 
RESPOSTAS 
27.PP – 
28.PP (9.27) Não 
29.PP (9.31) Sim 
30.PP (9.33) Não tem resposta 
31.PP – 
32.PP (9.49) Resposta literal 
33.PP (9.56) Co = 0,55%p C 
34.PP (9.58) Co = 0,61%p C 
Problemas referentes ao item 6 (Cap 5/Charpter 6) 
35.PP (5.1) Explique suscintamente a diferença entre autodifusão e interdifusão? 
36.PP ( - ) Relacione as razões pelas quais a temperatura influi na difusão.