CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS_atividade06

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CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS 
 
Universidade Estadual do Amazonas 
Escola Superior de Tecnologia 
Curso: Engenharia Naval 
Disciplina: ciência e engenharia dos materiais Cod: ESTENV002 
Turma: ENV03_T01 
Aluno: Brendo Xavier lima Matrícula: 1915200005 
 
Resumo: PTM3110_TOPICO_11_2018 
PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DOS MATERIAIS 
 
O momento angular (orbital e de spin) dos elétrons dos átomos dá origem a dipolos 
magnéticos microscópicos. Aos dipolos magnéticos podem ser associados momentos 
magnéticos. 
A propriedade magnética do material é resultante das interações entre um campo 
magnético H e os momentos dipolares magnéticos dos seus átomos constituintes. 
A magnetização M de um material é definida como o momento magnético dos 
dipolos por unidade de volume. 
 Ferromagnetismo é a propriedade dos materiais que permite magnetizações 
grandes e permanentes, observadas em alguns metais. Os spins magnéticos atômicos 
estão acoplados e alinhados com os momentos de átomos adjacentes. 
A força de acoplamento entre momentos de dipolos magnéticos enfraquece com o 
aumento da temperatura. 
Nos ferromagnéticos a magnetização M cresce com o aumento do campo magnético 
H até atingir sua saturação. 
O ciclo de histerese é obtido pela medida da indução magnética B (ou magnetização 
M) em função do campo magnético H aplicado até a saturação nos sentidos positivo e 
negativo (reverso). A área definida pela curva representa a energia de desmagnetização 
por unidade de volume. A área compreendida no ciclo de histerese define os materiais 
magneticamente duros ou moles. 
A magnetização varia com o tamanho do grão, a orientação cristalina, presença de 
defeitos na estrutura cristalina, temperatura e tensões mecânicas. 
 
Questões: PTM3110_TOPICO_11_2018 
1. 
 
 
 
2. Em geral, a condutividade elétrica dos materiais metálicos decresce com o aumento da 
temperatura, enquanto a condutividade dos semicondutores intrínsecos cresce com o 
aumento da temperatura. Justifique a diferença de comportamentos. 
Nos materiais metálicos, à medida que a temperatura aumenta, aumenta a probabilidade 
deespalhamento dos elétrons livres, o que leva a uma diminuição da mobilidade eletrônica 
(μe). Por outro lado, é pouco significativo o aumento do número de elétrons livres (nΜ) 
com o aumento da temperatura. Assim o comportamento da condutividade (σΜ) dos 
metais é basicamente governado pelo comportamento de μe e a condutividade (σΜ = nΜ 
|e| μe) diminui com o aumento da temperatura. Nos materiais semicondutores intrínsecos, 
a mobilidade dos portadores de carga (μe e μb) também decresce à medida que a 
temperatura aumenta, no entanto, o aumento no número de elétrons (nSC) que conseguem 
saltar da banda de valência para a banda de condução é muito significativo. Desta forma, 
no cômputo geral, a condutividade [σSC = nSC |e| (μe + μb)] dos semicondutores intrínsecos 
aumenta com o aumento da temperatura. 
 
Resumo: PTM3110_TOPICO_12_2018 
PROPRIEDADES TÉRMICAS E ÓPTICAS DOS MATERIAIS 
 
Entende-se por “Propriedades Térmicas” a resposta de um material a um estímulo térmico 
(aumento ou redução de temperatura). 
Quando mudamos a temperadora de um material, ocorrem a Variação dimensional, 
dilatação ou expansão térmica (em aquecimento), contração (no resfriamento), calor é 
absorvido ou transmitido, transformações de fases. 
Algumas propriedades térmicas: 
Capacidade térmica molar: quantidade de energia (J) necessária para aumentar em um 
grau (K) a temperatura de um mol de um material. Esta propriedade representa a 
capacidade do material de absorver calor do meio circundante. 
 Dilatação térmica: A maioria dos materiais sólidos se expande com o aumento da 
temperatura e se contrai com a sua diminuição. 
 Condutividade térmica: Capacidade de um material de conduzir calor. Já a condução 
térmica é o fenômeno pelo qual o calor é transportado em um material de regiões de alta 
temperatura para regiões de baixa temperatura. 
Propriedades Ópticas dos Metais 
Uma vez que os metais são opacos e altamente refletivos, a cor percebida é determinada 
pela distribuição de comprimentos de onda da radiação que é refletida e não absorvida. 
Propriedades Ópticas dos Materiais Não-Metálicos 
Ao incidirem na superfície de um material não-metálico, somente alguns fótons são 
absorvidos, pois há um poço de energia que separa as bandas preenchidas das bandas não 
preenchidas. Os fótons não absorvidos (os que possuem uma energia menor que a do poço 
de energia) são transmitidos. Os fótons absorvidos são refletidos de forma similar aos 
metais. No caso das cerâmicas, onde o poço de energia é grande, domina a transmitância. 
Para os materiais semicondutores, o poço de energia é pequeno e domina a refletividade. 
Opacidade e Translucidez de Materiais Isolantes 
Muitos materiais dielétricos intrinsecamente transparentes podem ser translúcidos ou 
opacos em razão da reflexão interna e da refração do feixe transmitido. Isso ocorre devido 
a múltiplos eventos de espalhamento durante interação da luz: com contornos de grão, 
com partículas finas dispersas na matriz, com a porosidade, em materiais com índice de 
refração anisotrópico. 
Opacidade e Translucidez de Polímeros 
Nos polímeros, o grau de translucidez é determinado principalmente pelo grau de 
cristalinidade. O espalhamento da luz visível ocorre nos contornos entre as regiões 
cristalina e amorfa. Em polímeros de alta cristalinidade, os fenômenos de espalhamento 
são intensos, tornando-os translúcidos ou opacos. Os polímeros amorfos são 
completamente transparentes. 
 
Questões: PTM3110_TOPICO_12_2018 
EXERCÍCIO 01 
Um esmalte cerâmico deve ser aplicado na superfície de uma peça de aço 1020. 
O material cerâmico apresenta as seguintes propriedades mecânicas: resistência à 
ruptura de 4000 psi; módulo de Young (também chamado de módulo de elasticidade) de 
15,0x106 psi. Sabendo-se que os coeficientes lineares de expansão térmica do esmalte e 
do aço são respectivamente 10,0x10-6 o C-1 e de 12,0x10-6 o C-1 , indique qual é a 
máxima variação de temperatura à qual a peça esmaltada pode se submetida sem risco 
de que o esmalte trinque. 
Dados: ( Lf - L0 ) / L0 = αL ( Tf - T0 ) e σ = Eε 
Resolução: 
 Como o esmalte está perfeitamente aderido ao metal, ele não pode sofrer 
livremente variações dimensionais ao ser aquecido – ele será submetido à uma tensão 
no aquecimento. No aquecimento, tanto o esmalte, quanto o metal, dilatam – e o 
coeficiente de dilatação térmica do metal é maior do que o coeficiente de dilatação 
térmica do esmalte. Em outras palavras, como o metal dilata mais do que o esmalte num 
mesmo intervalo de temperatura, o esmalte será submetido a uma tensão que, por 
simplificação, será considerado como sendo de tração. 
Essa tensão é dada pela fórmula já conhecida da aula de comportamento 
mecânico: 
 
A deformação ε da fórmula acima é a variação dimensional que será causada 
pela dilatação térmica do esmalte. Essa deformação pode ser encontrada: 
 
O coeficiente de expansão térmica αL a ser utilizado na resolução do exercício, 
no entanto, não é o coeficiente de expansão do esmalte: não se deve esquecer que tanto 
o esmalte, quando o substrato metálico, dilatam com o aquecimento. Dessa forma, o 
coeficiente de expansão térmica resultante é a diferença entre os dois: 
 
Substituindo a equação de ε devido à expansão térmica na equação da tensão, e 
chamando a diferença de temperatura de ΔT, temos : 
 
O que desejamos saber é qual a máxima variação de temperatura à qual a peça 
esmaltada pode se submetida sem que o esmalte trinque – ou seja, queremos saber qual 
é o valor de ΔT que pode ser atingido na equação acima para que σ seja igual ao limite 
de ruptura, dado no exercício: 
 
 
EXERCÍCIO 02 
Deseja-se produzir, por fundição, placas de um dado metal de forma retangular, 
que possuam 
dimensões a 25oC de 25cm x 25cm x 3cm. Quais deveriam ser as dimensõesdo 
molde para a 
produção dessas peças? 
Dados: Temperatura de fusão do metal = 660oC; αL para o metal = 25,0 x 10
-6 
oC-1 e ( Lf - L0 ) / L0 = αL ( Tf - T0 ) 
Resolução: 
Para produzir a peça com as dimensões desejadas, o molde deve ter dimensões 
maiores do que a dimensão final da peça, uma vez que ela contrairá durante o 
resfriamento. A equação utilizada para a resolução do problema é a dada abaixo, que 
relaciona a variação de comprimento de um sólido com a respectiva variação de 
temperatura: 
 
Assim, tanto para o comprimento, quanto para a largura, que tem ambos o 
mesmo valor (25 cm), temos: 
( L0 – 25) = ( 25 x 10
-6 ) L0 ( 660 – 25 ) 
Resolvendo a equação (I), chega-se a um valor de L0 igual a 25,4 cm. 
Repetindo o mesmo procedimento para a espessura, que vale 3 cm, temos: 
( L0 – 3) = ( 25 x 10
-6 ) L0 ( 660 – 25 ) 
Resolvendo a equação (II), chega-se a um valor de L0 igual a 3,05 cm. 
 
Resumo: PTM3110_TOPICO_13_2018 
CORROSÃO E DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
A corrosão pode ocorrer através de variadas formas, e sua classificação pode 
ser feita através da aparência do metal corroído. As formas mais comuns de corrosão 
que acometem o aço carbono são a corrosão uniforme, a corrosão galvânica e a 
corrosão por frestas, porem outras também ocorrem e merecem ser mencionadas: 
Ocorrências devido deterioração: 
Acidentes (perda de vidas ou invalidez): queda de pontes e aviões, explosão de 
caldeiras, vazamento de oleodutos. 
 Contaminação (deterioração da saúde): canalizações de chumbo, alambiques 
de cobre. 
Insalubridade: umidade causada por vazamentos, vazamento de produtos 
tóxicos (p.ex.gás). 
Economia popular: produtos de consumo de durabilidade comprometida pela 
deterioração. 
Corrosão uniforme: consiste no ataque de toda a superfície metálica em 
contato com o meio corrosivo com a consequente diminuição da espessura. Este tipo de 
corrosão ocorre em geral devido a micropilhas de ação local e é, provavelmente, o mais 
comum dos tipos de corrosão principalmente nos processos corrosivos de estruturas 
expostas à atmosfera e outros meios que ensejam uma ação uniforme sobre a superfície 
metálica. 
Corrosão galvânica: É provavelmente o tipo mais comum, porque a corrosão 
em função da água quase sempre se deve ao processo galvânico. Alguns casos típicos 
são reservatórios, tubulações ou estruturas expostas ao tempo, submersas ou 
subterrâneas. Nessas condições, há a presença, constante ou não, de água, que favorece 
a formação de células galvânicas. 
Corrosão por frestas: As frestas estão sujeitas a formação de pilhas de 
aeração diferencial e de concentração iônica diferencial. Quando o meio é líquido, 
ocorre preferencialmente as pilhas de concentração iônica diferencial e quando o meio é 
gasoso tende a ocorrer as pilhas de aeração diferencial. Frestas ocorrem normalmente 
em juntas soldadas com chapas sobrepostas, em juntas rebitadas, em ligações 
flangeadas, em ligações roscadas, em revestimentos com chapas aparafusadas, dentre 
outras situações geradores de frestas. 
Corrosão por pite: A corrosão por pites é uma forma de corrosão localizada 
que consiste na formação de cavidades de pequena extensão e razoável profundidade. 
Ocorre em determinados pontos da superfície enquanto que o restante pode permanecer 
praticamente sem ataque. 
Corrosão alveolar: quando a corrosão se dá de forma localizada, com o 
aspecto de crateras. Frequente em metais formadores de película semi-protetoras ou 
quando se tem corrosão sob depósito, como na corrosão por aeração diferencial 
Desgaste mecânico: Destruição ou inutilização para o uso de um material 
através de sua solicitação mecânica durante o seu emprego em equipamentos. 
Abrasão: o desgaste abrasivo ocorre quando há remoção de material 
provocado por partículas de alta dureza existentes entre as duas superfícies em 
movimento ou embebidas em uma ou nas duas superfícies em movimento. 
Erosão: pode ser por escoamento de fluidos, por partículas sólidas contidas 
em líquidos, gases por partículas líquidas contidas em líquidos ou gases, por jatos de 
líquidos ou de gases (impingimento). 
Cavitação: o escoamento de líquidos através de tubulações provoca a 
formação de bolhas de vapor nas regiões em que a pressão é menor do que pressão de 
vapor do líquido. Essas bolhas colapsam (implodem) e geram pressões de impacto na 
parede da tubulação ou de uma hélice que podem alcançar até 15.000 MPa. 
Diagrama de Pourbaix é um diagrama de fase isotérmico que indica as 
regiões de estabilidade das reações eletroquímicas em função do potencial de eletrodo e 
do pH. A partir desse diagrama é possível prever possíveis estratégias de proteção 
contra a corrosão. 
Em meios não-aquosos os metais sofrem corrosão pelo mecanismo de oxidação 
e corrosão quente. O Índice de Pilling-Bedworth é um indicador do efeito protetor do 
filme de composto oxidado formado sobre o metal. 
 
Questões: PTM3110_TOPICO_13_2018 
Exercício 01 
Uma placa metálica foi removida de um navio submerso. Estimou-se que a área original da 
placa era de 800 cm2 e que cerca de 7,6 kg do material da placa foram corroídos durante a 
submersão. 
a) Assumindo que a taxa de corrosão do metal em água do mar é de 4 mm/ano, estime o 
tempo, em anos, que o navio permaneceu submerso. A densidade do metal é de 4,5 g/cm3. 
b) Determine, utilizando a lei de Faraday, a taxa de corrosão em A/cm2. Segundo esta lei uma 
carga equivalente à constante de Faraday é necessária para corroer 1 equivalente-grama 
(massa atômica dividida pela valência) de um metal. Adotar para a constante de Faraday o 
valor de 96484 C/mol. A massa atômica do metal é 45 e a valência é 2 
 
 
 
 
Exercício 02 
Digestores de polpa na indústria de celulose e papel que utilizam o processo Kraft são 
construídos com chapas de aço carbono de 5 cm de espessura. Neste processo cavacos de 
madeira são atacados, a quente, com uma lixívia composta essencialmente de NaOH e Na2S. 
Os digestores sofrem corrosão generalizada e quando a espessura das chapas atinge 50% do 
seu valor eles são desativados e substituídos por novos. A vida média desses digestores é de 10 
anos. Estime a velocidade média de corrosão do aço pela lixívia em mdd (mg/dm2.dia) e em 
A/cm2, sabendo-se que a massa atômica do Fe é 55,85 e a sua densidade é 7,87 g/cm3 . 
Adotar para a constante de Faraday o valor de 96484 C/mol.