Atividade de pesquisa 01ciencias dos materiais

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Ciência dos Materiais
Aluno (a): 
Data: 
Atividade de Pesquisa 02
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1 - Fale sobre a fabricação do ferro gusa e qual a sua importância na fabricação do aço.
R:O ferro gusa é uma liga composta de ferro (cerca de 0,1%), carbono (de 3% a 6%),manganês (cerca de 0,5%),silício (de 1%a 4%)e enxofre (cerca de 0,1 %). Sua produção é realizada rotineiramente em altos fornos em formato de cuba, com cerca de 30 metros de altura. A produção do ferro gusa é uma atividade do setor siderúrgico de extrema importância econômica pelo fato de corresponder à grande parte do custo da produção do aço. A produção dessa liga ocorre por meio do processo de redução do ferro presente em minérios que contêm esse elemento. Assim, a produção do ferro gusa depende da utilização de minérios de ferro, ou seja, minérios formados por óxidos de ferro, os quais não apresentam nenhuma utilização para a produção do aço, mas que são fundamentais para a extração do ferro.
2 - Comente sobre os efeitos do carbono no ferro, fale sobre as propriedades adquiridas e modificadas com o aumento do teor de carbono.
R: O teor de carbono exerce significativa influência nas propriedades mecânicas dos aços. Pode-se notar que a dureza aumenta progressivamente com o teor de carbono e que as tensões de tração também aumentam nos aços hipoeutetóides, mas tendem a estabilizar-se nos hipereutetóides.
3 - Defina Aço e Ferro Fundido.
R: O aço é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, com percentagens deste último variando entre 0,008 e 2,11%. Distingue-se do ferro fundido, que também é uma liga de ferro e carbono, mas com teor de carbono acima de 2,11%. O carbono é um material muito usado nas ligas de ferro, porém varia com o uso de outros elementos como:magnésio,cromo,vanádio e tungstênio. O carbono e outros elementos químicos agem com o agente de resistência, prevenindo o deslocamento em que um átomo de ferro em uma estrutura cristalina passa para outro. A diferença fundamental entre ambos é que o aço, pela sua ductibilidade, é facilmente deformável por forjar,laminação e estrusão, enquanto que uma peça em ferro fundido é muito frágil. As ligas metálicas denominadas aços e ferros fundidos são formadas pela combinação de ferro (Fe) e carbono (C). As ligas de aço possuem em sua composição uma variação no teor de carbono entre 0,008 e 2,11%. Enquanto que no ferro fundido, o teor de carbono varia entre 2,11% e 6,67%. O ferro fundido é uma liga de ferro em mistura eutética com elementos à base de carbono e silício. Forma uma liga metálica de ferro, carbono (a partir de 2% a 7%), silício (entre 1 e 4%), podendo conter outros elementos químicos. Sua diferença para o aço é que este também é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, mas com percentagens entre 0,002 e 2,15%. 
Os ferros fundidos dividem-se em três tipos principais: branco, cinzento e nodular. 
4 - Fale sobre os Ferros Fundidos, liste os tipos, definindo-os e falando sobre suas propriedades.
	R:O ferro fundido é uma liga de ferro em mistura eutética com elementos à base de carbono e silício. Forma uma liga metálica de ferro, carbono (entre 2,11 e 6,67%), silício (entre 1 e 3%), podendo conter outros elementos químicos.Os ferros fundidos dividem-se em três tipos principais: branco, cinzento e nodular. 
Ferro Fundido Cinzento
Entre os ferros fundidos, o cinzento é o mais comum, devido às suas características como baixo custo (em geral é fabricado a partir de sucata); elevada usinabilidade, devida à presença de grafite livre em sua microestrutura; Alta fluidez na fundição, permitindo a fundição de peças com paredes finas e complexas; e facilidade de fabricação, já que não exige equipamentos complexos para controle de fusão e solidificação.Este tipo de material é utilizado em larga escala pela indústria de máquinas e equipamentos, indústria automobilística, ferroviária, naval e outras. A presença de veios de grafite em sua microestrutura proporciona diversas características que tornam do ferro fundido cinzento quase que insubstituível na fabricação de carcaças de motores e bases de equipamentos. A grafite, entrecortando a matriz metálica, absorve vibrações, facilita a usinagem e confere ao ferro fundido uma melhor estabilidade dimensional.Existem diversas classes de ferro fundido cinzento, com diferentes tipos, tamanhos e quantidades de grafite e diferentes tipos de matriz metálica (variações nos teores de perlita e ferrita). Podem ser submetidos a tratamentos térmicos para endurecimento localizado, porém, em geral, são utilizados nos estados normalizado ou recozido. 
Ferro Fundido Branco
Menos comum que o ferro fundido cinzento, o branco é utilizado em peças em que se necessite elevada resistência a abrasão. Este tipo de ferro fundido não possui grafite livre em sua microestrutura. Neste caso o carbono encontra-se combinado com o ferro, resultando em elevada dureza e elevada resistência a abrasão. Praticamente não pode ser usinado. A peça deve ser fundida diretamente em suas formas finais ou muito próximo delas, a fim de que possa ser usinada por processos de abrasão com pouca remoção de material. É utilizado na fabricação de equipamentos para a moagem de minérios, pás de escavadeiras e outros componentes similares. 
Ferro Fundido Nodular
O ferro fundido nodular é uma classe de ferro fundido, onde o carbono (grafite) permanece livre na matriz metálica, porém em forma esferoidal. Este formato da grafite faz com que a ductilidade seja superior, conferindo ao material características que o aproximam do aço. A presença das esferas ou nódulos de grafite mantém as características de boa usinabilidade e razoável estabilidade dimensional. Seu custo é ligeiramente maior quando comparado ao ferro fundido cinzento, devido às estreitas faixas de composição químicas utilizadas para este material O ferro fundido nodular é utilizado na indústria para a confecção de peças que necessitem de maior resistência a impacto em relação aos ferros fundidos cinzentos, além de maior resistência à tração e resistência ao escoamento, característica que os ferros fundidos cinzentos comuns não possuem à O ferro fundido nodular é utilizado na indústria para a confecção de peças que necessitem de maior resistência a impacto em relação aos ferros fundidos cinzentos, além de maior resistência à tração e resistência ao escoamento, característica que os ferros fundidos cinzentos comuns não possuem à temperatura ambiente.
	
5 - Fale um pouco sobre a importância do estudo das propriedades mecânicas de materiais. Como essas propriedades são determinadas?
R: A determinação e /ou o conhecimentos das propriedades mecânicas é muito importante para a escolha do material para uma determinada aplicação ,bem como para um projeto e fabricação do componente ,As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos à esforços mecânicos ,pois estas estão relacionadas á capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável, principais propriedade mecânica são a resistência a tração ,elasticidade ,ductilidade ,fluência ,fadiga, dureza .
6 - Como é feito um teste de tração, qual se obtém de um teste como esse. Qual a importância desse teste?
R: O ensaio de tração é um dos testes mais utilizados para avaliar materiais. Na sua forma mais simples, o teste de tração é realizado segurando as extremidades opostas de um corpo de prova dentro do quadro de uma máquina de teste. Uma força de tração é aplicada pela máquina, o que resulta no alongamento gradual e eventual fratura do corpo de prova. Durante este processo, os dados de força ou tensão,uma medida quantitativa da forma como o corpo de prova deforma-se sob a força de tração aplicada, geralmente são monitorados e registados. Quando adequadamente realizado, o teste de tração fornece dados que podem quantificar várias propriedades mecânicas importantes de um material. Estas propriedades mecânicas determinadas a partir de ensaios de tração incluem, mas não estão limitados a, o seguinte:
· Módulo de Elasticidade
· Tensão de Escoamento
· Tensão de Ruptura
· Alongamento
· Estricção
O comportamento mecânico sob condições de tensão uniaxial. A ênfase principal é sobre o comportamento mecânico durante o teste de tensão de engenharia, que é amplamente utilizado para fornecer informações básicas sobre o projeto resistência dos materiais e como um teste de aceitação para a especificação de materiais. Curvas típicas tensão-deformação, apresentadas abaixo, comparam três materiais. O aço eutetóide com 0,8% de carbono é representativo de um material com baixa ductilidade. O recozido com 0,2% de carbono aço carbono mostra um ponto de escoamento pronunciado superior e inferior. O polímero policarbonato tem uma grande deformação até fraturar. Nota-se a diferença acentuada no valor de tensão de escoamento, assim como a forma bastante diferente das curvas de tensão-deformação.
7 - O que é limite de escoamento e limite de resistência a tração.
R: O limite de escoamento é o ponto onde começa o fenômeno escoamento, a deformação irrecuperável do corpo de prova, a partir do qual só se recuperará a parte de sua deformação correspondente à deformação elástica, resultando uma deformação irreversível. Este fenômeno se situa logo acima do limite elástico, e se produz um alongamento muito rápido sem que varie a tensão aplicada em um ensaio de tração. Mediante o ensaio de tração se mede esta deformação característica que nem todos os materiais experimentam.
Até o ponto de escoamento o material se comporta elasticamente, seguindo a lei de Hooke, e portanto pode ser definido o módulo de Young. Nem todos os materiais elásticos tem um limite de escoamento claro, ainda que em geral seja bem definido na maior parte dos metais.
O fenômeno de escoamento se dá quando as impurezas ou os elementos de liga bloqueiam os deslocamentos da rede cristalina impedindo seu deslizamento, processo mediante o qual o material se deforma plasticamente. 
Alcançado o limite de escoamento se chegam a liberar os deslocamentos, produzindo-se uma deformação acentuada. A deformação neste caso também é distribuída uniformemente por toda a amostra, mas concentrando-se nas áreas que tenham sido feitas para liberar os deslocamentos (banda de Lüders). Nem todos os materiais exibem este fenômeno, no caso da transição a partir da qual a deformação elástica e plástica do material não seja vista claramente.[4][5]
É mostrado graficamente na curva tensão-deformação obtida após ensaio de tração: o período de escoamento se situa em 2. 
Resistência à tração, tratada também pelo conceito de limite de resistência à tração (LRT), é indicada pelo ponto máximo de uma curva de tensão-deformação e, em geral, indica quando a criação de um "pescoço" (necking) irá ocorrer. Em outros termos é a máxima tensão que um material pode suportar ao ser esticado ou puxado antes de falhar ou quebrar. Como é uma propriedade intensiva, o seu valor não depende do tamanho da amostra. No entanto, é dependente de outros fatores, como a preparação da amostra, da presença ou ausência de defeitos de superfície, e da temperatura de teste e do material.[1][2]
Resistência à tração, junto com o módulo de elasticidade e resistência à corrosão, é um parâmetro importante de engenharia de materiais utilizados nas estruturas e dispositivos mecânicos. É especificado para os materiais, como ligas metálicas, materiais compósitos, cerâmicas, plásticos e madeira. A resistência à tração não é o mesmo que resistência à compressão e os valores podem ser bastante diferentes.
Alguns materiais quebram, sem deformação plástica, no que é chamado de fratura frágil. Outros, que são mais dúcteis, incluindo a maioria dos metais, experimentarão alguma deformação plástica e, possivelmente, estiramento (formação de "pescoço") antes da fratura.
O limite de resistência à tração é usualmente encontrado pela realização de um ensaio de tração e registrando-se a tensão aplicada versus a deformação. O máximo ponto da curva de tensão-deformação é o LRT. 
8 - O que é um tratamento térmico?
R: Tratamento Térmico é um aquecimento e resfriamento realizado nos metais com o intuito de alterar as suas propriedades físicas e mecânicas, sem mudar a forma do produto. Entre os tratamentos térmicos podemos citar: recozimento, normalização, austêmpera, martêmpera, têmpera e revenido.
O tratamento térmico é um termo dado a qualquer tecnologia de tratamento de resíduos que envolve altas temperaturas durante o processamento dos resíduos, sendo que na maior parte dos processos, não ocorre a combustão do resíduo Tratamento térmico em que o metal sofre aquecimento controlado até atingir determinada temperatura, permanece nessa temperatura por um certo tempo e sofre resfriamento lento no próprio forno. Possui os seguintes objetivos:
· Remover tensões devidas aos tratamentos mecânicos a frio ou a quente,
· Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade do aço,
· Alterar as propriedades mecânicas como resistência, ductilidade, etc.
· Modificar características elétricas e magnéticas;
· Ajustar o tamanho de grão;
· Regularizar a textura bruta de fusão;
· Remover gases,
· Produzir uma microestrutura definida;
· Eliminar enfim os efeitos de quaisquer tratamentos térmicos ou mecânicos a que o aço tenha sido anteriormente submetido.
 
9 - Fale sobre a têmpera. Qual estrutura é obtida depois de temperar um aço? Essa estrutura tem aplicação prática? Por que depois da têmpera é normalmente feito o revenimento?
R: Têmpera é um processo de tratamento térmico de aços para aumentar a dureza e a resistência dos mesmos. A têmpera tem duas etapas: aquecimento e esfriamento rápido. O aquecimento tem como objetivo obter a organização dos cristais do metal, numa fase chamada austenitização. O esfriamento brusco visa obter a estrutura martensita.
Na têmpera o aquecimento é superior à temperatura crítica, que é de 727ºC. O objetivo é conduzir o aço a uma fase, na qual se obtém o melhor arranjo possível dos cristais do aço, para obter a futura dureza. Após dessa fase  o aço pode ser submetido a outras fases, dependendo das necessidades. A temperatura nessa fase  é temperatura de austenização. Cada aço tem sua composição, a temperatura de varia de aço para aço.     A têmpera é obtida em temperaturas diferentes, o que depende da composição do aço da peça e dos seus objetivos. Portanto, a têmpera de uma dada peça leva em consideração muitos fatores.
O próprio tempo de exposição da peça na temperatura de austenização é considerado quando se faz a sua têmpera. Cada aço tem uma temperatura de austenização, e que é aquela que proporciona o máximo de dureza. Essa temperatura é obtida dentro de fornos, os quais podem ser por chama ou por indução elétrica. Dependendo das exigências do cliente, a austenização, e conseqüentemente a têmpera, vai ocorrer apenas na superfície da peça ou em toda ela.A segunda etapa da têmpera é o resfriamento, o qual deve ser brusco, em óleo ou água. A rapidez do resfriamento é importante para impedir que o aço mude para fase diferente daquela que se obteve na temperatura de austenização (obter estrutura martensítica). Quase sempre, após a têmpera, a peça é submetida ao revenimento.
A temperatura de revenimento e o tempo de manutenção desta temperatura influem decisivamente nas propriedades finais obtidas no aço: tanto maior o tempo e/ou tanto maior a temperatura, mais dúctil se tornará o aço. Os elementos de liga do aço também influem no revenimento, mudando o seu comportamento no processo (endurecimento secundário).
A temperatura de revenimento normalmente situa-se entre 150°C e 600°C e o tempo de processo entre 1h e 3h. Todavia, quanto maiora temperatura empregada, mais o revenimento tenderá a reduzir a dureza original obtida na têmpera.
O revenimento aumenta a ductilidade e a elasticidade do aço e é usado especialmente na fabricação de molas.
Esse tratamento é efectuado logo após a têmpera, para atenuar estes efeitos negativos.
10 - Diferencie cianetação, carbonitretação e boretação.
R: Os tratamentos termoquímicos têm por objetivo alterar as propriedades superficiais do aço. Em geral materiais extremamente duros têm elevada resistência ao desgaste, porém baixa tenacidade/resistência ao impacto. Por outro lado, materiais menos duros, embora mais tenazes, em geral não apresentam boa resistência ao desgaste
Cianetação: Consiste em aquecer o aço em temperaturas acima de A1, em um banho de sal fundido, de modo que a superfície do aço absorva carbono e nitrogênio. Após a têmpera em óleo ou água o aço desenvolve uma camada dura, resistente ao desgaste
Carbonitretação :é um tratamento termoquímico dado ao aço em que se promove o enriquecimento superficial simultâneo com carbono e nitrogênio. Utiliza-se para peças que necessitam de alta dureza superficial, alta resistência à fadiga de contato e submetidas a cargas superficiais moderadas
Boretação: Consiste no enriquecimento superficial em boro no aço pela difusão química, com formação de boretos de ferro (Fe2B e Fé B). A boretação pode ser gasosa, líquida ou sólida. A boretação gasosa, além de utilizar equipamentos de alto custo, emprega um gás 100 vezes mais venenoso que o cianogênio.
11 - Defina corrosão e a importância de estuda - lá.
R:A corrosão é um tema de suma importância para quem lida com materiais sujeitos a esse processo. É importante entender essa reação química e, principalmente, saber evita-la com uma boa prevenção.Esse estudo é multidisciplinar, envolvendo química, eletricidade, metalurgia e a relação de todas essas áreas. corrosão metálica é a transformação de um material ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição, processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na libertação de energia. Quase sempre, a corrosão metálica (por mecanismo eletroquímico), está associada à exposição do metal num meio no qual existem moléculas de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio, num meio condutor.A adoção de uma ou mais formas de proteção contra a corrosão dos metais deve levar em conta aspectos técnicos e econômicos. Entre os aspectos técnicos, o meio de exposição é um parâmetro de grande importância. Quanto a este parâmetro, o uso de inibidores de corrosão ou o controle de agentes agressivos (SO2, H+, Cl-) são impraticáveis nos casos em que se deseja proteger um determinado metal contra a corrosão atmosférica e o mesmo vale para a utilização da proteção catódica, restando nestes casos somente a modificação do metal ou a interposição de barreiras como uma alternativa para proteção contra a corrosão.  corrosão metálica é a transformação de um material ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição, processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na libertação de energia. Quase sempre, a corrosão metálica (por mecanismo eletroquímico), está associada à exposição do metal num meio no qual existem moléculas de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio, num meio condutor.
A adoção de uma ou mais formas de proteção contra a corrosão dos metais deve levar em conta aspectos técnicos e econômicos. Entre os aspectos técnicos, o meio de exposição é um parâmetro de grande importância. Quanto a este parâmetro, o uso de inibidores de corrosão ou o controle de agentes agressivos (SO2, H+, Cl-) são impraticáveis nos casos em que se deseja proteger um determinado metal contra a corrosão atmosférica e o mesmo vale para a utilização da proteção catódica, restando nestes casos somente a modificação do metal ou a interposição de barreiras como uma alternativa para proteção contra a corrosão.
12 - Quais são as oito deferentes formas de corrosão?
R: Corrosão uniforme: Forma de corrosão eletroquímica que processa em toda a extensão da superfície, ocorrendo perda uniforme de espessura. A corrosão uniforme é uma das mais fáceis de controlar, de ver, de proteger e também é a mais comum. 
Corrosão uniforme
Corrosão por placas: Esse tipo de corrosão é localizada, com formação de placas com escavações, devido aos descolamentos das mesmas, que se desprendem progressivamente. Geralmente em metais passivados, onde a película protetora, formada inicialmente, se desprende por já estar muito espessa pela ação da gravidade.
Corrosão por placas
Corrosão alveolar: Também é uma forma de corrosão localizada. Ela não é muito profunda e o diâmetro do alvéolo é maior do que a sua profundidade. O alvéolo é uma cavidade na superfície metálica e fundo arredondado.
Pode ser observada a corrosão alveolar nessa figura
Corrosão puntiforme ou por pites: Essa provavelmente é a forma mais destrutiva de corrosão, pois é muito difícil identifica-la, já que geralmente se forma embaixo da corrosão generalizada e também a perda percentual de peso da estrutura é muito pequena. Essa forma se diferencia da alveolar, porque diferente dos alvéolos, a profundidade da corrosão é maior do que o diâmetro da cratera formada. A presença de cloretos no ambiente a favorece e para evitar, pode-se polir a superfície e acrescentar 2% de molibdênio.
Corrosão intergranular: Ocorre entre os grãos da rede cristalina, pois sob certas condições os contornos se tornam muito reativos. Por exemplo, pode ocorrer por causa da variação da concentração dos elementos de liga nessa região. Aços com elementos de liga precipitados e menor concentração de elementos de liga nos contornos são chamados de sensitizados. Uma forma de evitar é adicionar titânio na liga para preferencialmente formar carbonetos de titânio e não com os elementos de liga que evitam a corrosão. Corrosão transgranular: Ocorre nos grãos dentro da rede cristalina, também perde as propriedades mecânicas e gera trincas, pode fraturar à menor solicitação mecânica, podendo ocorrer também corrosão sob tensão fraturante (CTF).
Corrosão filiforme: Na forma de finos filamentos, mas não profundos, que se propagam em diferentes direções e que não se ultrapassam, pois admite-se que o produto de corrosão, em estado coloidal, apresenta carga positiva, daí a repulsão. Geralmente ocorre em superfícies metálicas revestidas com tintas ou com metais.
Corrosão filiforme
Corrosão por esfoliação: Se processa de forma paralela à superfície metálica. Frequentes em chapas ou componentes extrudados que tiveram seus grãos alongados e achatados, criando condições para que inclusões ou segregações, presentes no material, sejam transformadas devido ao trabalho mecânico, em plaquetas alongadas.
Corrosão por esfoliação
Corrosão grafítica ou grafitização: Essa forma de corrosão é do tipo seletiva. Ocorre em ferro fundido cinzento em temperatura ambiente, usados para água, esgoto e drenagem. O ferro metálico (ânodo) é transformado em produtos de corrosão resultando o grafite (cátodo) intacto. A área corroída fica com um aspecto escuro, típico do grafite, que pode ser facilmente retirada com uma espátula.
Corrosão em frestas: Ocorre em função da diferença da concentração de íons ou gases dissolvidos na concentração eletrolítica entre duas regiões na mesma peça. A corrosão vai ocorrer na região que possui a menor concentração.
Denzificação: Do tipo seletiva, típica de latões (Cu-Zn). Há a corrosão preferencial do Zn (anodo), restando o cobre (cátodo), com sua cor avermelhada, que contrasta com a cor amarelada do latão. 
Empolamento pelo H: O hidrogênio atômico, H, no estado nascente, tem grande capacidade de difusão no material metálico e por ter pequeno volume atômico difunde-se rapidamente. No resfriamento a peça forma H2 pois é pressionada devido a contração que sofre, fazendo o H difundir e se juntar a outro H, concentrando bolhas.
Empolamento pelo hidrogênio
Corrosão em tornodo cordão de solda: Ocorre em aços inoxidáveis não estabilizados ou com teores maiores que 0.03% de carbono, processando-se intergranulamente. 
Atividade de Pesquisa 02: Ciência dos Materiais