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Instituto Politécnico/IPUC - Curso de Engenharia Mecânica Disciplina Ciência dos Materiais Professor Rômulo Albertini Rigueira Aluno: ________________________________________________________Data: 11/03/2019 Define os seguintes termos e conceitos: Anisotropia Isotropia Defeito Pontual Discordância Imperfeição Lacuna Liga Microestrutura Porcentagem atômica Porcentagem em peso Solução sólida intersticial Solução sólida substitucional Soluto e solvente Tamanho de grão Calcule a composição, em porcentagem em peso, de uma liga que contém 218,0 Kg de titânio, 14,6 Kg de alumínio, e 9,7 de vanádio Qual e a composição, em porcentagem atômica, de uma liga que contém 98g de estanho e 65 g de chumbo? Qual é a composição, em porcentagem atômica de uma liga que contém 99,7lbm de cobre, 102lbm de zinco e 2,1lbm de chumbo? Qual é a composição, em porcentagem atômica, de uma liga que consiste em 97%p Fe e 3%p Si? Calcule o número de átomos por metro cúbico no alumínio. A concentração de carbono em uma liga ferro-carbono é de 0,15%p. Qual é a concentração em quilogramas de carbono por metro cúbico de liga? Um co-polímero contém 67% dos meros de álcool vinílico e 33% dos meros de etileno. Qual é: a porcentagem atômica de carbono? a porcentagem em peso de carbono? Álcool Vinílico C2H4O Etileno C2H4 Um co-polímero de cloreto de vinila e acetato de vinila contém iguais porcentagens de ambos os meros. Qual a porcentagem em peso de cada? Cloreto de Vinila C2H3Cl Acetato de Vinila C4H6O2 Uma liga com 25% atômicos de ouro e 75% atômicos de cobre forma uma solução sólida que é aleatória acima de 380ºC. Abaixo dessa temperatura, ela se torna ordenada com os átomos de ouro nos vértices da célula unitária e os átomos de cobre no centro de cada face. Qual a percentagem em peso de ouro? Qual o tipo do reticulado cúbico apresentado abaixo de 380ºC? Estime o parâmetro celular daquela liga. Calcule sua densidade. mcu = 63,54 g/mol mAu = 197,0 g/mol rcu = 1,278 Å rAu = 1,441 Å O silício usado como semicondutor contém 1021 átomos de alumínio por m3 de Silício. Qual a percentagem em peso de alumínio presente? Quantas são as células unitárias de silício por átomo de alumínio? (Si é cúbico com 8 átomos/célula unitária; a = 0,543 nm.) mSi = 28,09 g/mol mAl = 26,98 g/mol ρSi = 2,33 g/cm3 Uma liga contém 80% em peso de Ni e 20% em peso de Cu em solução sólida substitucional CFC. Calcule a densidade dessa liga. mNi = 58,71 g/mol mCu= 63,54 g/mol rNi = 0,1246 nm rCu = 0,1278 nm Se 0,5 % de carbono está presente em um ferro CFC, qual a % de células unitárias que contém átomos de carbono? ( massa do Carbono 12,0 g/mol e massa do Ferro 55,85 g/mol.). Para as estruturas cristalinas CFC e CCC, existem dois tipos diferentes de sítios intersticiais. Em cada caso, um tipo de sítio é maior do que o outro, e este sítio maior é normalmente ocupado por átomos de impurezas. Para a estrutura cristalina CFC, esse sítio maior está localizado no centro de cada uma das arestas da célula unitária; este é conhecido por sítio intersticial octaédrico. Por outro lado, na estrutura CCC, o maior tipo de sítio é encontrado nas posições 0,1/2,1/4 - isto é, sobre as faces {100}, estando estes situados a meio caminho entre duas arestas da célula unitária sobre esta face e a um quarto da distância entre as outras duas arestas da célula unitária; este é conhecido por sítio intersticial tetraédrico. Tanto para a estrutura cristalina CFC como para a estrutura CCC, calcule o raio r de um átomo de impureza que irá se ajustar exatamente no interior desses sítios, em termos do raio atômico R do átomo hospedeiro. Calcule o raio do maior interstício na rede CCC do ferro α nesta rede o raio atômico e 0,124nm e os maiores interstícios ocorrem em posição do tipo (1/2, 1/4, 0). Calcule ainda o raio do maior interstício na rede CFC do ferro ɣ o raio atômico do ferro é 0,126 nm. Quantos grãos são observados por polegada quadrada (a 100 vezes) num microscópio, para #8? #5? Repita para um aumento de 200 vezes Ao analisarmos um aço ao microscópio com aumento de 500 X, observamos um número total de 65 grãos. Qual é o tamanho de grão correspondente na norma ASTM? Qual a área real em nm2 de cada grão, sem aumento? ( 1” = 25,4 mm). Ao analisarmos um aço ao microscópio com aumento de 300 X, observamos um número total de 142 grãos. Qual é o tamanho de grão correspondente na norma ASTM? Qual a área real em nm2 de cada grão sem aumento? ( 1” = 25,4 mm). Qual será o numero ASTM de tamanho de grão de um metal se, numa fotomicrográfica obtida com uma ampliação de 100x, existirem 800 grão por polegadas quadrada? Qual será o número ASTM de tamanho de grão de um material cerâmico se, uma fotomicrográfica obtida com uma ampliação de 250x existirem 550 grãos por polegada quadrada? Se existirem 60 grãos por polegada quadrada, numa fotomicrográfica de um metal obtida com uma ampliação de 200x, qual é o número ASTM de tamanho de grão do metal? Abaixo, estão tabulados os valores para o raio atômico a estrutura cristalina, a eletronegatividade e as valências mais comuns para vários elementos. Para aquelas que são não-metais, apenas os raios atômicos estão indicados. Elemento Raio Atômico (nm) Estrutura Cristalina Eletronegatividade Valência Cu 0,1278 CFC 1,9 +2 C 0,071 H 0,046 O 0,060 Ag 0,1445 CFC 1,9 +1 Al 0,1431 CFC 1,5 +3 Co 0,1253 HC 1,8 +2 Cr 0,1249 CCC 1,6 +3 Fe 0,1241 CCC 1,8 +2 Ni 0,1246 CFC 1,8 +2 Pd 0,1376 CFC 2,2 +2 Pt 0,1387 CFC 2,2 +2 Zn 0,1332 HC 1,6 +2 Quais desses elementos você esperaria que formassem o seguinte com o cobre: Uma solução sólida substitucional com solubilidade completa? Uma solução sólida substitucional com solubilidade incompleta? Uma solução sólida intersticial? a) Um aço tem um tamanho de grão ASTM nº. 7. Qual seria a área média observada por grão em uma superfície polida? b) Admitir que os grãos do exemplo anterior sejam cúbicos (*). Qual a área de contorno de grão por polegada cúbica do aço? Qual é a densidade de um Fe<1O, se a relação Fe3+/Fe2+ vale 0,14? [Fe<1O tem a estrutura do NaCI; a soma (rFe + R0) vale em média 2,15 Å.] Calcule a fração dos sítios atômicos que estão vagos para o chumbo na sua temperatura de fusão de 327ºC (600ºF). Suponha uma energia para a formação de lacunas equivalente a 0,55 eV/átomo. Calcule o número de lacunas por metro cúbico no ferro a 850ºC. A energia para a formação de lacunas é de 1,08 eV/átomo. Adicionalmente, a densidade e o peso atômico para o Fe são 7,65 g/cm3 e 55,85 g/mol, respectivamente. Calcule a energia para a formação de lacunas na prata, sabendo-se que o número de lacunas em equilíbrio a 800ºC (1073 k) é de 3,6 1023 m-3. O peso atômico e a densidade (a 800ºC) para a prata são, respectivamente, 107,9 g/mol e 9,5 g/cm3.
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