6 2 Lista de Exercícios

Prévia do material em texto

6.2. Lista de Exercícios 
Aluno: Vitor Hugo Ribeiro 
 
1. Elementos de liga influem pouco no módulo de elasticidade. Entretanto, as resistências 
mecânicas são significativamente afetadas. Porquê? 
Sabendo que a deformação e rompimento de materiais se deve ao deslizamento de planos 
cristalinos, que é facilitado pelo movimento de discordâncias, uma vez que os elementos de 
liga geralmente ocupam posições substitucionais e intersticiais é possível concluir que 
representam uma barreira para o movimento das discordâncias, aumentando propriedades 
mecânicas dos materiais. O módulo de elasticidade também é influenciado por este fenômeno, 
mas em menor proporção uma vez que a principal determinante do módulo de elasticidade é a 
relação com a matriz dos materiais de formação da liga e suas características e 
comportamentos. 
2. Porque as ligas de metais têm maior resistência mecânica do que os metais puros? 
Devido a inclusão de elementos em posição substitucional ou intersticial que representam 
uma barreira ao movimento de discordâncias, compensando defeitos e gerando a necessidade 
de uma maior energia para o movimento destas discordâncias, resultando em aumento em 
sua resistência. 
3. Qual a dificuldade de se empregar deformação plástica para obter-se um aumento de 
resistência mecânica para metais como chumbo, zinco e estanho? 
Em função de sua temperatura de recristalização ser muito baixa, o material sofre facilmente o 
processo de recristalização, reduzindo as tensões internas e suas discordâncias e por 
consequência suas propriedades mecânicas. 
4. Qual o efeito da temperatura sobre o módulo de elasticidade e sobre a resistência 
mecânica de um metal? 
O aumento da temperatura influência o módulo de elasticidade dos materiais provocando uma 
redução do mesmo em função da energia aplicada, reduzindo a tensão necessária para levar o 
material ao estado elástico ou plástico. Já as características mecânicas são influenciadas 
diretamente pela temperatura, tanto em sua solidificação, propiciando variação de tensão 
e/ou discordâncias quanto no comportamento do material solidificado quando submetido a 
determinada temperatura, podendo causar modificações na organização do material, a 
exemplo do processo de recozimento. 
5. Qual a diferença entre tensão de cisalhamento crítica e tensão de cisalhamento efetiva? 
A tensão de cisalhamento crítica é a tensão mínima necessária para iniciar o escorregamento 
dos planos dentro de um monocristal, que tem seu início de escorregamento para a direção de 
orientação que está mais favorável, as tensões de cisalhamento efetivas são as tensões 
paralelas e perpendiculares à direção de uma tensão por tração ou compressão, as tensões de 
cisalhamento efetivas não dependem apenas das tensões aplicadas, mas também da 
orientação do plano de escorregamento e a direção dentro do mesmo plano. 
 
6. Porque metais com tamanho de grão pequeno possuem a temperatura ambiente maior 
resistência mecânica do que se possuíssem grãos maiores? 
Devido ao contorno de grão. Quanto menor o tamanho do grão, maior o número de barreiras 
de travamento para movimentação das discordâncias e escorregamento dos planos atômicos, 
gerando uma maior resistência e uma menor deformação em relação a metais com tamanhos 
de grão maiores. 
7. Porque metais com tamanho de grão grande possuem a elevadas temperaturas maior 
resistência mecânica do que se possuíssem grãos pequenos? 
Em função do mesmo mecanismo visto no exercício anterior. Grãos menores possuem maior 
número de barreiras de travamento para movimentação das discordâncias e escorregamento 
dos planos atômicos, sendo assim, quando submetidos a temperaturas elevadas sofrem com 
maior facilidade a reorganização de sua estrutura e eliminação das discordâncias, enquanto 
grãos maiores possuem menor ocorrência de discordâncias e necessitam de maior energia 
para a movimentação das mesmas, gerando uma maior resistência. 
8. Os grãos aumentam seu tamanho médio a altas temperaturas? Porque não diminuem a 
baixas temperaturas? 
Sim, quando submetidos a altas temperaturas os grãos apresentam redução de deformações, 
quando existentes, e aumento do tamanho de grão. Em baixas temperaturas o tamanho médio 
não diminui pois o material já está recristalizado. 
9. Explique como um átomo de um elemento liga bloqueia uma discordância em movimento. 
A presença de um elemento intersticial ou substitucional compensa a região tracionada ou 
comprimida nas discordâncias e atua restringindo o movimento dessa discordância e tornando 
necessário o uso de maior energia para esse movimento, ‘bloqueando-a’. 
10. Explique os diferentes estágios de fluência. 
Fluência é a variação de comprimento em um corpo de prova ao longo do tempo em função da 
deformação quando submetido a uma carga ou tensão constantes. A curva de fluência possui 
três estágios: 
– Alongamento inicial instantâneo do corpo de prova (taca de fluência diminui ao longo do 
tempo); 
– Inclinação da curva de fluência (taxa de fluência) é constante nessa fase; 
– Taxa de fluência aumenta rapidamente com o tempo até a ruptura. 
11. O que é recuperação, rescristalização e crescimento de grão? Descreva esses fenômenos. 
Recuperação é o processo de alívio de tensões internas armazenadas durante a deformação 
devido ao movimento de discordâncias; 
Recristalização é o processo de reacomodação ou rearranjo dos átomos em grãos menos 
deformados, em temperaturas elevadas, reduzindo as discordâncias e retornando o material 
às suas propriedades mecânicas originais; 
Crescimento de grão é o processo de crescimento dos grãos de um material em temperatura 
elevada após a recristalização do mesmo. 
12. Qual a distinção entre trabalho a frio e trabalho a quente para um metal. Para o 
tungstênio, por exemplo, qual seria a temperatura limite entre um e outro? 
A distinção entre trabalho a frio e trabalho à quente para um metal é dada pelo limite da 
temperatura de recristalização, define-se a temperatura de recristalização como a 
temperatura na qual a recristalização atinge o seu término em exatamente 1 hora, para o 
tungstênio a temperatura de recristalização é 1200°C, acima desta temperatura ocorre o 
trabalho a quente, abaixo desta temperatura ocorre o trabalho à frio. 
13. Descreva a fratura dúctil e a fratura frágil. 
Em fraturas dúcteis há um aviso do material antes do rompimento. A fratura dúctil pode ser: 
transgranular (crescimento plástico fratura em taça ou cone), intergranular (presença de vazios 
nos contornos de grão), cisalhamento ou pela formação de um pescoço (deformação plástica). 
Já a fratura frágil ocorre de maneira abrupta, geralmente a temperaturas baixas e pode ser do 
tipo clivagem ou intergranular. 
14. Qual a importância da temperatura de transição. Que estruturas estão mais susceptíveis 
à transformação dúctil-frágil? 
A transição de dúctil para frágil possui relação com os mecanismos de absorção da energia de 
impacto em relação à temperatura. Em temperaturas elevadas a fratura é procedida de uma 
deformação que consome energia, já em baixas temperaturas a trinca se propaga mais 
velozmente que os mecanismos de deformação plástica, absorvendo pouca energia. Este 
comportamento é encontrado tipicamente em aços com baixa resistência que possuem uma 
estrutura cristalina CCC, para estes aços a temperatura de transição é sensível tanto a 
composição da liga como a sua microestrutura. 
15. Explique por que um metal monocristalino é mais macio e dúctil que um metal 
policristalino? 
Devido às diferentes orientações cristalinas presentes, resultantes do grande número de 
contorno de grãos, as direções de escorregamento das discordâncias variam de grão para grão, 
restringindo o movimento dessas discordâncias e tornando necessário o uso de maior energia 
para esse movimento. 
16. Qual a possível relação entre resistência mecânica à tração de um metal e o resultado de 
dureza Brinell? Porquê?Tanto o limite de resistência à tração como a dureza são indicadores da resistência à 
deformações de um metal, de modo que o aumento de uma das propriedades resulta no 
aumento proporcional da outra. 
17. Qual a possível relação entre resistência mecânica e limite à fadiga de um metal? 
Porquê? 
Sabendo que fadiga é a falha que ocorre em estruturas submetidas a tensões dinâmicas e 
flutuantes e que fatores como poros e irregularidades podem agir como concentradores de 
tensões, facilitando a falha, é possível relacionar o aumento de resistência mecânica de 
materiais provocado pelo aumento das discordâncias com o redução do limite à fadiga da 
peça. Sendo assim, conclui-se que materiais com propriedades mecânicas (dureza) superiores 
possuem menor limite a fadiga. 
18. Em que etapas pode-se dividir o processo de fadiga de um material metálico? 
É possível dividir o processo de fadiga em três etapas: 
– Propagação Fase I: após aplicação de um determinado número de ciclos de carregamento, 
formam-se extrusões e intrusões, onde é intensa a concentração de tensões; 
– Propagação Fase II: ocorre a propagação de uma trinca bem definida com velocidade 
elevada, surgindo estrias com o avanço da trinca. 
– Fratura Final (Catastrófica): a trinca percorreu uma área suficiente e o material não consegue 
suportar a carga aplicada, resultando na fratura da peça. 
19. A presença de discordância contribui positivamente ou negativamente para a 
deformação plástica de um metal? 
Negativamente, aumentando as barreiras ao deslizamento de planos e consequentemente a 
dureza do material, o que contribui para a redução da deformação plástica do mesmo, 
tornando-o mais quebradiço. 
20. Explique a Figura 1 abaixo. 
Representa o processo de trabalho a frio de um material, onde percebe-se que, conforme o 
trabalho aumenta, ocorre um aumento da resistência a tensão na estrutura da peça e uma 
redução da resistência a deformação da mesma, ou seja, conforme o trabalho a frio aumenta a 
peça perde ductibilidade e ganha resistência a tensão a qual sugere um aumento de 
resistência mecânica da mesma. 
21. Relacione a estrutura e as propriedades mecânicas apresentadas na Figura 2. 
A Figura representa um material encruado passando por um processo de recozimento e 
recristalização até o crescimento de grão. Mecanicamente é possível concluir que o material 
com grãos menores e mais deformados possui maior dureza em função das barreiras geradas 
pelo maior número de discordâncias. Conforme a recristalização ocorre o material recupera 
suas propriedades mecânicas intrínsecas até o crescimento de grão onde o material perde 
dureza e torna-se mais ‘mole’.