Prova Ciencia dos Materiais

Prévia do material em texto

Universidade Federal do Rio Grande do Sul 
Ciência dos Materiais A – ENG 02101 – Prof. Fabiano Perin Gasparin 
Primeira Avaliação 
Nome:______________________________________Data: 
 
1 
 
Instruções para a primeira avaliação em ensino remoto emergencial: 
- Não é necessário imprimir estas páginas nem copiar o enunciado da questão. 
- Os problemas devem ser resolvidos em folha branca, a mão e de maneira individual. 
- As soluções devem ser organizadas com atenção à clareza e legibilidade da escrita. 
- Cada solução deve vir acompanhada de explicação detalhada das etapas, de maneira similar às 
explicações encontradas nos problemas exemplos do livro texto. Será descontado na avaliação quando 
aparecer apenas simples cálculos substituindo valores, mesmo que o resultado esteja correto. A 
intenção é que vocês desenvolvam a habilidade necessária para no futuro escrever memoriais de 
cálculo ou memoriais descritivos, em que é necessário o detalhamento do projeto. 
- As equações utilizadas devem ser primeiramente escritas na forma com suas variáveis genéricas, e com 
definição do significado de cada variável. Será descontado da avaliação soluções em que aparecer de 
imediato simplesmente a substituição dos valores numéricos. 
- Constantes e propriedades encontradas em tabelas devem ser referenciadas (de onde foram retiradas) e 
listadas na solução do problema, identificando a variável ou parâmetro. 
- Todas as folhas devem ser assinadas. 
- Cuidado com as unidades! 
- Os valores retirados dos gráficos são aproximados. Utilizem alguma ferramenta digital ou régua para 
melhorar a precisão dos valores lidos de gráficos. 
- Após a resolução dos exercícios, encaminhar a imagem (scan ou foto) no Moodle. 
- A entrega é até dia 15/07/2020 às 13h30min. 
 
1. (3 pontos) Um dispositivo deve ser suspenso a uma estrutura por duas hastes cilíndricas de aço. O dispositivo 
tem massa de 4000 kg e a carga está dividida igualmente entre as hastes. Usar g = 10 m/s2 
a) Faça um diagrama esquemático da situação. Determine o diâmetro mínimo necessário para as hastes 
suportarem estaticamente o dispositivo com segurança. Utilize o comportamento tensão-deformação em 
tração para um aço liga apresentado na Figura 6.22 do livro texto (reproduzida abaixo) para obter as 
propriedades necessárias para o dimensionamento, explicando como são obtidas. Estipule um coeficiente 
de segurança com valor 2 para a tensão de trabalho. 
b) Se a haste tiver inicialmente 10 m de comprimento quando não está sob tração, determine a alteração do 
comprimento em cm e o comprimento instantâneo das hastes quando o dispositivo for suspenso. 
c) Se hipoteticamente for utilizado o aço 4340, determine se o material vai trabalhar em uma zona segura 
quanto à falha por fadiga. Utilize os dados da Figura 8.20 e explique a resposta. Caso não esteja em zona 
segura, dimensione o diâmetro das hastes para que o sistema fique seguro (estipule um coeficiente de 
segurança) a falhas por fadiga até pelo menos 107 ciclos. 
 Figura 6.22 
 
2 
 
 
 
Figura 8.20 
 
2. (1 ponto) Para uma estrutura cúbica de corpo centrado (CCC): 
a) Deduza a relação entre o comprimento da aresta do cubo e o raio atômico. 
b) Calcule o fator de empacotamento atômico da estrutura 
c) Calcule a massa específica do Ferro (α) a partir dos parâmetros da sua estrutura cristalina e compare com 
dados tabelados. 
3. (1 ponto) Resolva e explique detalhadamente o problema 3.73 (9ª edição), reproduzido abaixo. 
A Figura 3.26 mostra os cinco primeiros picos do difratograma de raios X para o tungstênio (W), que tem 
estrutura cristalina CCC; usou-se radiação X monocromática com comprimento de onda de 0,1542 nm. 
(a) Identifique cada um desses picos (isto é, forneça os índices h, k e l). 
(b) Determine o espaçamento interplanar para cada um dos picos. 
(c) Para cada pico, determine o raio atômico do W, e compare esses valores com o valor apresentado na 
Tabela 3.1. 
 
 
 
 
3 
 
4. (2 pontos) Especificação de um tratamento térmico: nitretação 
a) Explique o que é nitretação 
b) A resistência ao desgaste de um eixo de aço será aumentada por nitretação. O teor inicial de nitrogênio na 
peça é de 0,0030%p, enquanto que a concentração na superfície é mantida em 0,50 %p. O tratamento 
deve ser efetuado de maneira que a concentração de nitrogênio a 0,30 mm da superfície atinja 0,15%. 
Especifique os parâmetros do tratamento térmico adequado em termos da temperatura e do tempo 
necessário de tratamento, para temperaturas de 500 °C, 600 °C e 700 °C. Forneça os resultados em uma 
tabela contendo em uma coluna a temperatura, na segunda coluna o tempo em segundos e na terceira 
coluna o tempo em horas. 
5. (2 pontos) Encruamento e especificação de propriedades 
É necessário selecionar uma liga metálica (que será trabalhada a frio) para uma aplicação que requer algumas 
especificações. As opções disponíveis de materiais são: aço 1040, latão e cobre. 
A peça é cilíndrica e deve ter limite de escoamento de 280 Mpa mantendo ductilidade mínima de 30%AL. 
Verifique qual destes materiais é adequado e explique com foi realizada a seleção. 
Uma vez selecionado o material, a aplicação exige diâmetro de 1 ½”, porém o diâmetro padrão do material 
disponível comercialmente é de 2” (polegadas). Especifique as operações e faça os cálculos que devem ser 
realizados para obter uma peça com as especificações exigidas. 
 
6. (1 ponto) A energia para formação de lacunas no alumínio é 0,66 eV/átomo. Calcule o número de lacunas por 
metro cúbico na temperatura de 25 °C e na temperatura de 600 °C. A tabela abaixo informa a densidade do 
alumínio em função da temperatura. Utilize interpolação linear para encontrar a densidade necessária. 
Alumínio sólido Massa específica 
931 K 2,542 g/cm3 
900 K 2,552 g/cm3 
800 K 2,590 g/cm3 
700 K 2,616 g/cm3 
600 K 2,640 g/cm3 
500 K 2,662 g/cm3 
400 K 2,681 g/cm3 
300 K 2,698 g/cm3 
25 °C 2,700 g/cm3 
200 K 2,713 g/cm3 
100 K 2,725 g/cm3 
0 K 2,735 g/cm3