Lista de Exercícios 8 2

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Lista de Exercícios 8.2 
Aluno: Vitor Hugo Ribeiro 
1. Quais são critérios de análise da microestrutura de um material? 
Os critérios de análise da microestrutura de um material são os tamanhos a serem 
observados. Nesta análise são vistas as fases presentes, composição das fases, 
proporção das fases, tamanho (distribuição de tamanho das fases), distribuição das 
fases, forma das fases, orientação das fases. 
2. O que são propriedades aditivas e interativas em um material polifásico? 
As propriedades aditivas, geralmente propriedades físicas, em um material são aquelas 
que podem ser determinadas pela média das propriedades de cada fase individual. As 
interativas, propriedades mecânicas, são aquelas que o comportamento de cada fase 
depende da adjacente. 
3. Defina fases em um material. 
A fase de um material é a porção homogênea de um sistema que tem igual 
composição química, estrutura cristalina e interfaces com o meio. 
4. Como pode ocorrer a solução sólida entre materiais? 
Uma solução sólida é composta de uma fase cristalina homogênea que contém dois ou 
mais componentes químicos, com características diferentes. Elas podem ser tanto 
substitucionais como intersticiais. Substitucionais são quando os átomos d e soluto 
repõem ou substituem os átomos s hospedeiros. Intersticiais são quando os átomos de 
soluto relativamente pequenos ocupam posições intersticiais entre os átomos de 
solvente ou átomos hospedeiros. 
5. O que é limite de solubilidade? 
 O limite de solubilidade é a capacidade de uma solução se dissolver em outra. A solução 
sólida entre materiais p ode ocorrer de três maneiras: Ser totalmente miscível, 
totalmente imiscível, ou miscível parcialmente. Limite de solubilidade é a curva que, 
num gráfico de solubilidade, descreve a quantidade máxima de um material que pode ser 
dissolvido em outro. 
6. Quais são as condições necessárias definidas pela regra de Hume-Rothery para a 
miscibilidade total entre dois componentes. 
Segundo a regra de Hume -Rothery que prevê, de acordo com algumas regras empíricas, 
a existência de total solubilidade em soluções sólidas metálicas, seguindo as seguintes 
condições: 
- Tamanho atômico: Quanto maior for a diferença entre os tamanhos dos átomos s do 
soluto e do solvente, menor é a faixa de soluções. A diferença entre os raios deve ser 
menor que 15%. - Estrutura cristalina: o tipo de estrutura cristalina deve ser a 
mesma (o u com plano de continuidade). - Eletronegatividade: as eletronegatividades 
devem ser semelhantes; quanto mais eletropositivo for um componente e mais 
eletronegativo o outro, maior será a tendência à formação de compostos entre eles e 
menor será a solubilidade. - Valência química: O metal de menor valência (soluto) 
provavelmente se dissolverá no metal de maior valência (solvente). Para ocorrer 
extensa faixa de solubilidade, as valências dos dois elementos devem ser iguais. 
 
 
 
 
 
 
 
7. Determine se os seguintes sistemas formam solução sólida ilimitada: Ag-Cu, K-
Ba, Al-Si. 
 
 
8. Explique a regra das fases de Gibbs. 
A regra das fases descreve a relação entre o número de componentes ( C ) e o 
número de fases para um d ado sistema ( P ), com o número de variáveis termo 
dinâmicas que podem ser modificadas sem alterar o equilíbrio do sistema, também 
chamado de graus de liberdade (F). 
 
 P + F = C + 2 
 P = número de fases que podem coexistir no sistema. 
 C = número de componentes no sistema (elemento, composto ou solução). 
 F = graus de liberdade (número de variáveis: pressão, temperatura e composição). 
 
Nos diagramas binários, como C=2 (dois componentes) por definição, o equilíbrio de 
uma fase (P =1) apresenta dois graus de liberdade (F =2): a temperatura e a 
composição da fase. No diagrama esse equilíbrio é representado por uma área (ou um 
domínio de fase). 
9. O que é e quais informações são possíveis pela leitura de um diagrama de fases? 
 Diagrama de fases é um gráfico a partir do qual se pode determinar as fases presentes, 
para qualquer temperatura e composição, desde que a liga esteja em equilíbrio. 
Podemos através dele determinar a composição das f as es presentes, as quantidades 
relativas, proporção de cada fase. informa sobre a microestrutura e consequentemente 
pode predizer propriedades mecân. iças em função da temperatura e composição. 
Permite a visualizar a solidificação e fusão. 
10. Defina a linha liquidus e a solidus em um diagrama de fases. 
Linha liquidus: determina o lugar geométrico das temperaturas acima das quais se tem 
somente líquido. Linha solidus: determina o lugar geométrico das temperaturas abaixo 
das quais se tem somente sólido. 
11. Defina as seguintes reações: eutética; eutétóide e peritética. 
Reação eutética: - reação na qual a fase líquida se transforma em duas fases sólidas 
distintas com o resfriamento da temperatura.; Reação eutetóide: - reação na qual uma fase 
sólida se transforma em duas outras fases sólidas distintas com o resfriamento da 
temperatura. Reação peritética: - reação na qual uma fase sólida na presença de uma 
solução líquida se transforma em uma fase sólida distinta. É o ponto onde um líquido e 
um sólido passa para um único sólido com o resfriamento da temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
12. Identifique na Figura 1 abaixo os pontos das reações da questão anterior e 
escreva as reações no estado sólido. 
 
13. Desenhe a microestrutura esperada nos círculos da Figura 2, abaixo. 
 
14. Desenhe a microestrutura esperada nos círculos da Figura 3, abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15. Determine as fases presentes, a composição e a quantidade de cada fase em 
porcentagem de peso para a liga Ni-50% Cu a 1150°C, 1270°C e 1400°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ponto A T = 1150ºC 
Apresenta uma fase sólida com 50%Ni-50%Cu 
Ponto B T = 1270ºC 
Temos uma fase sólida com 50%Ni-50%Cu 
 Ponto C T = 1400ºC 
 Temos uma fase líquida com 50%Ni-50%Cu 
16. Determine as fases presentes, a composição e a quantidade de cada fase em 
porcentagem de mols para a mistura NiO-50% MgO a 2200°C, 2400°C e 2600°C. 
2200°C 
Fase s presentes : α 
Proporção das fases: α → 1 00% sólido α 
Composição das fases: α → 50% Mg O e 5 0% NiO 
 
2400ºC 
Fase s presentes : α + L 
Proporção das fases: % α = [(50-35)/(60-35)] x 100 = 6 0% 
% L = [(60-50) /(60-35) ] x 100 = 40% 
Composição das fases: L → 35% Mg O e 65% NiO 
α → 60% Mg O e 40% NiO 
 
2600ºC 
Fase s presentes : L 
Proporção das fases: L → 100% líquido L 
Composição das fases: L → 50% Mg O e 50% NiO 
17. Para uma liga Nb-70%W, determine: 
(a) a temperatura líquidus 
3020°C 
(b) a temperatura sólidus 
2820°C 
(c) a composição de cada fase a 3000°C 
 L + S 
 L → 68% W e 32% Nb 
 S → 84% W e 16% Nb 
(d) a quantidade de cada fase a 3000°C. 
 %L = [(84 -70)/(84 -68)] x 100 = 87,5% 
 %S = [(70-68) /(84-68) ] x 100 = 12,5% 
18. Suponha que se preparou uma liga NbW pela mistura de igual número de 
átomos de cada elemento e aqueceu-a a 2800°C. Calcule a composição da liga em 
peso e determine as fases presentes. 
 
19. Para uma liga 30%Pb-Sn, determine quais as fases presentes, sua proporção e 
composição a 300, 200, 184 e 0oC. 
 Ponto A 
Fase líquida 
Proporção de fases: 100% líquido 
Composição: 30%Sn e 70% Pb 
 
Ponto B 
Fase sólida e líquida 
Proporção de fases: 
 sólido=>[(58-30)/(58-17)]*100=(28/41)*100=68,28% 
líquido=> [(30-17)/(58-17)]*100=(13-41)*100= 31,71% 
Composição: 
líquido =>58% Sn + 42% Pb 
 sólido =>17% Sn + 83% Pb 
 
 
Ponto C 
Fase sólida e líquida 
Proporção de fases: 
sólido=>[(61-30)/(61-19)]*100=(31/42)*100=73,81%líquido=> [(30-19)/(61-19)]*100=(11/42)*100= 26,18% 
Composição: 
sólido=>19% Sn + 81% Pb 
líquido=>61% Sn + 39% Pb 
 
Ponto D 
Fase sólida 
Proporção de fases: 100% sólida 
Composição: 30%Sn e 70% Pb 
 
 
20. (a) Quantos compostos intermetálicos estão presentes no diagrama Co-Mo? São 
compostos estequiométricos ou não-estequiométricos? (b) Identifique as soluções 
sólidas presentes no sistema. (c) Identifique as reações de três fases com as 
respectivas temperaturas e o nome das reações. 
 
21. Construa um diagrama de fases a partir das seguintes informações: o elemento A 
fundi a 1200oC e o elemento B a 1000oC; o elemento B tem máxima solubilidade de 
10% no elemento A e o elemento A tem máxima solubilidade de 20% em B; o 
número de graus de liberdade da regra de fases de Gibbs é zero quando a 
temperatura é 800oC e há 45% de B presente. À temperatura ambiente, 3% de A é 
solúvel em B e 0% de B é solúvel em A. 
 
elemento A funde a 1200oC e o elemento B a 1000oC; o elemento B tem máxima 
solubilidade de 10% no elemento A e o elemento A tem máxima solubilidade de 20% em 
B; o número de graus de liberdade da regra de fases de Gibbs é zero quando a temperatura 
é 800 oC e há 45% de B presente. À temperatura ambiente, 3% de A é solúvel em B e 0% 
de B é solúvel em A. 
22. O que é ferrita proeutetoide? 
Ferrita proeutetoide é a ferrita que se separa da austenita em aços hipoeutetóides 
quando resfriada abaixo da temperatura eutetóide, acima de 727°C. 
 
23. Calcule a proporção e a composição de cada microconstituinte em uma liga de 
Fe-0,25% C a 700°C. 
 
Fases ferrita e cementita (Fe3C) 
Proporção das fases: 
ferrita=> [(6,67-0,25) / (6,67-0,02)] *100= (6,42/6,65) *100=96,53% 
cementita=> [(0,25-0,02) / (6,67-0,02)] *100= (0,23/6,65) *100=3,45% 
Composição das fases 
 Ferrita=> 0,02% de C 
 Cementita=>6,67% de C 
% Cementita = 3.5 % % ferrita = 96.5 % 
% Perlita = 29 % % ferrita pró -eutetóide = 71% 
 
24. A microestrutura de cada fase contém 9% de Fe3C e 91% Fe-alfa a 500°C. Qual é 
o conteúdo de carbono do aço? É um aço hipoeutetóides ou hipereutetoide? 
 
 
25. A microestrutura de um aço contém 33% de ferrita proeutetoide e 67% de 
perlita a 700oC. Qual é o conteúdo de carbono do aço? 
 
26. Sabendo-se que a densidade da Fe3C é 7,66Mg/m3 e da ferrita é 7,87Mg/m3 
calcule a densidade da perlita. 
 
27. Defina ferrita, cementita, perlita e austenita. 
- Ferrita (α): solução sólida de carbono (até 0,02 2%) em ferro CCC. 
- Austenita (γ): solução só lida de carbono (até 2 ,1) em ferro CFC. 
- Cementita (Fe 3C): composto intermetálico estequiométrico (Carboneto de Ferro - 
Fe3C) contendo 6 ,7% de Carbono e estrutura cristalina ortorrômbica. 
 -Perlita (α + F e 3C): Combinação de duas fases (Ferrita – 88,5% e Cementita (11,5 %) 
constituição lamelar. 
28. Calcule o tamanho dos sítios intersticiais para átomos de carbono no ferro alfa, 
gama e delta. Explique assim a diferença de máxima solubilidade do carbono em 
cada fase. 
 Átomo estrutura cristalina raio (A) 
 Fe alfa 1,24 
 Fe gama 1,29 
 Fe delta 1,27 
 C 0,71 
29. O que são propriedades aditivas e interativas em um material polifásico? 
Em um material polifásico as fases nunca apresentam propriedades idênticas, podendo 
ser: 
- Propriedades Aditivas: quando podem ser determinadas pela média das propriedades de 
cada fase individual. Geralmente são propriedades físicas. 
- Propriedades Interativas: quando o comportamento de cada fase depende da fase 
adjacente. Geralmente são propriedades mecânicas. 
30. Quais são os possíveis critérios de análise da microestrutura de um material? 
A microestrutura é, por definição, a estrutura com heterogeneidades perceptíveis apenas 
no microscópio. O estudo da microestrutura de um material compreende a avaliação 
das fases presentes em função da natureza, composição, proporção, tamanho, forma, 
distribuição e orientação. 
 
31. Descreva os mecanismos de difusão substitucional e intersticial em metais 
sólidos. 
- Difusão substitucional: o átomo do soluto pode substituir um átomo do solvente. 
- Difusão intersticial: o átomo do soluto pode ocupar uma posição intersticial entre os 
átomos do solvente. 
32. Quais são os fatores que afetam a velocidade de difusão em metais sólidos 
cristalinos? 
 
1. Mecanismo de difusão: 
intersticial o u substitucional. 
 - Átomos pequenos podem difundir-se intersticialmente na rede cristalina do solvente de 
átomos maiores (Exemplo: C em Fe CCC e Fe CFC). 
- Á tomos de tamanhos similares entre soluto e solvente difundem-se 
substitucionalmente (Exemplo: Cu na rede de Al). 
 
 2. Temperatura onde ocorre a difusão: 
Conforme a temperatura aumenta, a difusão também aumenta. 
 
3. Estrutura cristalina do solvente: 
 Exemplo: FECCC= 0 ,68 < FE CF C= 0 ,74, espaços interatômicos no Fe CCC > Fe CFC, logo 
é mais fácil difundir carbono em Fe CCC que em Fe CFC. 
 
4. Defeitos cristalinos presentes: 
 Estruturas mais abertas permitem uma difusão mais rápida dos átomos. 
Exemplo: Em metais e cerâmicos a difusão ocorre mais rapidamente ao longo dos limites 
do grão do que no interior destes. Em metais um excesso de lacunas provoca um 
aumento da velocidade de difusão. 
 
5. Concentração da espécie a difundir: 
Concentrações elevadas de soluto afetam a difusão, aspecto muito complexo da difusão no 
estado sólido. 
33. O coeficiente de difusão de prata na prata sólida é 1,0 x 10-17 m2/s a 500°C e é 
7,0 x 10-13 m2/s a 1000°C. Calcule a energia de ativação (J/mol) para a difusão da 
Ag na Ag, na gama de temperaturas de 500 a 1000°C. 
 
D = D 0. exp(-Q/RT) T1= 500º C = 7 73 K T2= 1000 º C = 127 3 K 
 
D1000º C / D 500º C = (D 0. exp (-Q/ RT2) / (D 0. exp (-Q/RT1) 
 
(7,0 x10 -13 / 1 ,0x10^-17) = exp {(-Q/R). [(1/12 73) - (1/773)]} 
 
ln (7,0 x10^4) = (-Q /R). (7 ,855 x10^- 4 – 1 2,94 x10^- 4) = (Q /8,314). 5,05 x10^- 4) 
 
11,16 = Q. (6,11 x10^-5) 
 
Q = 18 2,65 KJ/mol 
 
 
34. Calcule o valor do coeficiente de difusão D, em m2/s, do carbono no Fe (CFC), a 
927°C. Use os seguintes valores: D0=2,0 x 10-5 m2/s, Q = 142 KJ/mol. 
D = D 0. Exp (-Q/RT) 
 
D = 2 ,0 x10^-5. exp (-14200 0/8,314. 1200) 
 
D = 1 ,35 x10^-11 m2/s