1723572_Trabalho sobre Capítulo 9 - Exercícios sobre Diagramas de Fases (1)

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Instituto Politécnico/IPUC 
Disciplina Ciência dos Materiais 
Professor Rômulo Albertini Rigueira 
 
 
 
 
ALUNO (A): SAMUEL NEVES DE SOUZA__________________________ DATA: 11/05/2020 
 
1. Cite três variáveis que determinam a microestrutura de uma liga. 
 
- Os elementos de liga presentes; 
- A concentração desses elementos de liga; 
- O tratamento térmico de liga; 
 
2. Qual condição termodinâmica deve ser atendida para que exista um estado de equilíbrio? 
 
Para que um sistema possa existir num estado de energia livre deve ser mínima para 
uma combinação fica de temperatura, pressão e composição. 
Equilíbrio térmico (mesmas temperaturas). 
 
3. Para as ligas metálicas, o desenvolvimento da microestrutura depende do fenômeno da 
difusão. A força motriz para a difusão em regime estacionário é o gradiente de concentração. 
Contudo, os gradientes de concentração estão normalmente ausentes nas regiões onde a 
difusão está ocorrendo, para essas situações, qual é a força motriz? 
 
A difusão ocorre no desenvolvimento da microestruturas na ausência de um gradiente 
de concentração, poruqe a força matriz é diferente do que para a difusão do estado 
estacionário; para o desenvolvimento da microestrutura, a força matriz é a diminuição 
da energia livre. 
 
4. Para uma liga com composição de 74%(p) Zn- 26%(p) Cu, cite as fases presentes e suas 
respectivas composições nas seguintes temperaturas: 850ºC, 750ºC, 680ºC, 600ºC e 500ºC. 
 
 
 
 
 
5. Abaixo é apresentada uma parte do diagrama de fases para o sistema H2O-NaCl: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a) Usando esse diagrama, explique de maneira sucinta como o espalhamento de sal sobre o 
gelo que se encontra a uma temperatura inferior a 0º C (32ºF) pode causar o derretimento 
do gelo. 
 
O espalhamento de sal nobre sobre o gelo abaixará a temperatura de fusão, uma vez 
que a curva dos líquidos diminui 0ºc (em 100% H2O) até a temperatura eutética, de 
aproximadamente -21ºc (23% NaCl). Dessa forma, o gelo a uma temperatura abaixo 
de 0ºc (a acima de -21ºc) pode formar uma fase líquida pela adição de sal. 
 
b) Qual é a concentração de sal necessária para se ter uma mistura composta por 50% gelo-
50% salmoura líquida a uma temperatura de -10ºC (14ºF)? 
 
Mistura – 50% Gelo + 50% Salmoura Líquida | Temperatura = -10ºc 
 Aproximadamente: 
 7% NaCl – 93%H20 
 
6. Uma amostra com 1,5 kg de uma liga com composição de 90%(p) Pb-10%(p) Sn é aquecida a 
250ºC (480ºF), em cuja temperatura ela se encontra totalmente como uma solução sólida de 
fase α (Fig. 9.7). A liga deve ser fundida até o estágio em que 50% da amostra fica líquida, 
permanecendo o restante como a fase α. Isso pode ser realizado ou por aquecimento da liga 
ou pela alteração da sua composição enquanto se mantém a temperatura constante. 
 
a) Qual temperatura a amostra deve ser aquecida? 
A liga a ser aquecida até aproximadamente 300ºc. 
b) Quanto estanho deve ser adicionado à amostra com 1,5 kg a 250ºC 
para atingir esse estado? 
 
Também podemos produzir uma Solução Líquida, 50% a 250ºc, adicionando Sn a 
liga. A 250ºc e na região da fase α+L, Cα = 13% em peso de Sn; 87% em peso de Pb; 
Cl = 39% em peso de Sn; 61% em peso de Pb. A quantidade de Sn na liga original é 
de 0,15KG. 
 
7. Considere o diagrama de fases açúcar-água que foi mostrado na Fig. 9.1. 
 
a) Qual é a quantidade de açúcar que será dissolvida em 1500 g de água a 90ºC (194ºF)? 
 
 
 
b) Se a solução líquida saturada da parte (a) for resfriada a 20ºC (68ºF), parte do açúcar irá 
precipitar como um sólido. Qual será a composição da solução liquida saturada (em %p 
açúcar) a 20º C? 
 
Analisando o gráfico, a 20ºc o limite de solubilidade é cerca de 64% de açúcar. 
 
8. Qual a quantidade de açúcar sólido que irá sair da solução (se precipitar) com o resfriamento 
a 20ºC? 
 
 
 
Subtraindo a quantidade de açúcar achado na atividade (7ª), pela Ma’ achada agora 
temos: 
Maçucar‘’= 5020g-2667g 
Maçucar’’ = 2355g 
 
9. Considere uma amostra de gelo que se encontra a -10ºC a 1 atm. de pressão. Usando a Fig. 
9.2, que mostra o diagrama de fases pressão-temperatura para H2O, determine a pressão a 
que a amostra deve ser submetida (aumento ou diminuição da pressão) para fazer com que 
ela (a) se funda, e (b) sublime. 
a) 
 
Para determinar esse ponto de fusão, precisamos mover verticalmente (mantendo a 
temperatura) até cruzar o limite da fase sólido => líquido, e isso ocorre em 
aproximadamente 570 atm. 
 b) 
Nesse caso, é a mesma coisa, porém, menos verticalmente PARA BAIXO até 
cruzarmos o limite sólido => gasoso, isso ocorre aproximadamente em 0,003atm. 
 
10. É possível ter uma liga cobre-zinco que, em condições de equilíbrio, consista em uma fase ε 
com composição de 80%(p) Zn 20%(p) Cu, juntamente com uma fase líquida com 
composição de 95%(p) Zn-5%(p) Cu? Caso isso seja possível, qual será a temperatura 
aproximada da liga? Caso isso não seja possível, explique por quê. 
 
R = Não é possível ter uma liga com essas requisições. Não tem uma única linha de 
ligação na região ε+L que cruza os limites de fases nas composições dadas. 
A 80% Na, o limite de ε-( ε+L) está em aproximadamente 575ºc, enquanto que a 95% Zn 
o limite de (ε+L)-L está cerca de 490ºc. 
 
11. Uma liga cobre-níquel com composição de 70%(p) Ni 30%(p) Cu é aquecida lentamente a 
partir de uma temperatura de 1300ºC (2370ºF). 
a) A que temperatura se forma a primeira fase líquida? 
A primeira fase líquida se forma em aproximadamente 1340ºc (α+L). 
b) Qual é a composição dessa fase líquida? 
L = 58%Ni e 42%Cu. 
c) A que temperatura ocorre a fusão completa da liga? 
A fusão ocorre aproximadamente 1385ºc. 
d) Qual é a composição do último sólido que permanece no meio antes da fusão completa? 
α = 79%Ni e 21%Cu. 
 
12. Para uma liga cobre-prata com composição de 25%(p) Ag-75%(p) Cu e a 775ºC (1425ºC), 
faça o seguinte: 
a) Determine as frações mássicas das fases α e β 
b) Determine as frações mássicas dos microconstituintes α primário e eutético. 
c) Determine a fração mássica de σ eutética. 
 
 
 
13. Considere 1,0 kg de austenita contendo 1,15%p C, resfriada até abaixo de 727ºC (1341ºF). 
 
a) Qual é a fase proeutetóide? 
Cementita. 
b) Quantos quilogramas se formam de cementita e de ferrita total? 
Ferrita 0,01 ------ 1,15 ------ 6,7 cementita 
0,83Kg Ferrita e 0,17Kg Cementita 
c) Quantos quilogramas se formam da fase proeutetóide e de perlita? 
0,8 ------- 1,15 ------ 6,7 
d) 0,24Kg Perlita e 0,06Kg Cementita 
e) Esboce esquematicamente e identifique a microestrutura resultante. 
 
 
 
14. Considere 2,5 kg de austenita contendo 0,65%p C, resfriada até abaixo de 727ºC. 
a) Qual a fase proeutetóide? 
Ferrita. 
b) Quantos quilogramas se formam de cementita e de ferrita total? 
 0,01-------0,65-------6,7 
90% Ferrita e 10% Cementita 
c) Quantos quilogramas se formam da fase proeutetóide e de perlita? 
 81% Cementita e 19% Ferrita pró-eutetóide. 
d) Esboce esquematicamente e identifique a microestrutura resultante 
 
 
15. Calcule as frações mássicas de ferrita proeutetóide e de perlita que se formam em uma liga 
ferro-carbono que contem 0,25%p C. 
 
31% Pertita e 69% de Ferrita. 
 
16. A microestrutura de uma liga ferro-carbono consiste em ferrita proeutetóide e perlita; as 
frações mássicas dessas duas microestruturas são de 0,286 e 0,714, respectivamente. 
Determine a concentração de carbono nessa liga. 
 
0,714 = X/0,8 
 
%C ~= 0,57% 
 
17. As frações mássicas de ferrita total e cementita total em uma liga ferro-carbono são de 0,88 
e 0,12, respectivamente. Informar se essa é uma liga hipoeutetóide ou hipereutetóide. Por 
quê? 
 
6,7-Co/6,7-0,022 
Co = 0,82%c 
HIPEREUTETOIDE 
 
18. A microestrutura de uma liga ferro-carbono consiste em ferrita proeutetóide e perlita; as 
frações mássicas desses microconstituintes são de 0,20 e 0,80, respectivamente. Determine 
a concentraçãode carbono dessa liga. 
 
Co-0,022/0,76-0,022 =0,80 => Co = 0,61%C 
 
19. Considere 2,0kg de uma liga com 99,6%p Fe-0,4%p C que é resfriada a uma temperatura 
imediatamente abaixo da eutetóide. 
a) Quantos quilogramas de ferrita proeutetóide se formam? 
b) Quantos quilogramas de ferrita eutetóide se formam? 
c) Quantos quilogramas de cementita se formam? 
 
 
 
20. Uma liga de aço contém 97,5%p Fe, 2,0%p Mo, e 0,5%p C. 
a) Qual a temperatura eutetóide dessa liga? 
A temperatura eutetoide para 2,0% em peso de Mo é de aproximadamente 850ºc. 
b) Qual a composição eutetóide? 
A composição eutetoide é de aproximadamente ,22%c. 
c) Qual é a fase proeutetóide? 
Cementita. 
Suponha que não existiam alterações nas posições das outras fronteiras entre fases devido à 
adição do Mo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21. Sabe-se que uma liga de aço contém 93,8%p Fe, 6,0%p Ni, e 0,2%p C. 
a) Qual é a temperatura eutetóide aproximada dessa liga? 
b) Qual é a fase proeutetóide quando essa liga é resfriada até uma temperatura 
imediatamente abaixo da eutetóide? 
c) Calcule as quantidades relativas da fase proeutetóide e perlita. Suponha que não existam 
alterações nas posições das outras fronteiras entre fases devido à adição do Ni. 
 
 
 
22. Como é que se obtém o ferro gusa a partir dos minérios de óxido de ferro? 
 
O minério de ferro (sob a forma de sínter ou pelotas) é introduzido a forno, inicialmente 
contendo cerca de 99% de Fe2O3, que após ser submetido a sinterização ou 
pelotarização, reduz se o teor de Fe2O3 para cerca de 80%, É transformado então em 
Ferro Guso líquido, com teor de Ferro na ordem de 95%. 
 
23. Escreva uma reação química típica de redução do óxido de ferro (Fe2O3) pelo monóxido de 
carbono (CO), na qual se produz o ferro. 
 
Fe2O3 + 3Co => 2Fe + 3Co2 
 
24. Descreva o processo de conversão básico do ferro gusa em aço, por oxigênio. 
 
O processo se caracteriza pelas reações de oxidação parcial dos elementos contidos 
no guso Liquido, possibilitando a retirada de carbono do Ferro, e permitindo também 
captar as substâncias indesejáveis durante o refino, eliminando-os do ouro e 
transformando-os em escória. 
 
25. Porque é que o diagrama de fase Fe-Fe3C é um diagrama metal estável, e não um verdadeiro 
diagrama de equilíbrio de fases? 
 
Se trata de um equilíbrio meta-estável, porque neste caso não deveria ocorrer qualquer 
mudança de fase ao decorrer do tempo, entretanto, essa mudança ocorre, ainda que 
seja de forma mais lenta. 
 
26. Defina as seguintes fases presentes no diagrama de fase Fe-Fe3C: 
a) austenita, 
Composto de estrutura cfc; 
Macia e dúctil; 
 
 
b) ferrita-α, 
Composto de estrutura CCC; 
Ducitl; 
Propriedades magnéticas (abaixo de 768ºc); 
c) cementita, 
Metaestável; 
Metal possui uma dureza maior; 
Frágil; 
 
27. Escreva as reações correspondentes às três reações invariantes que ocorrem no diagrama 
de fase Fe-Fe3C 
 
Α + Fe3C, Ϫ + Fe3C, L+ Fe3C 
 
28. Qual é a estrutura da perlita? 
 
Sua estrutura está constituída por lâminas alternadas de Ferrita e Cementita, sendo a 
espessura das lâminas de Ferrita superior aos de Cementita. Mais dura e resistente que 
a Ferrita, porém mais branda e maleável que a Cementita. 
 
29. Distinga os três tipos seguintes de aços-carbono: 
a) eutetóide, 
%C = 0,8% 
b) hipoeutetóide, 
%C < 0,8% 
c) hipereutetóide. 
%C > 0,8% 
 
30. Descreva as mudanças estruturais que ocorrem quando um aço-carbono eutetóide é 
arrefecido lentamente desde a região austenítica até uma temperatura imediatamente acima 
da temperatura eutetóide. 
 
Conforme a temperatura vai diminuindo, a estrutura vai se modificando até o ponto 
referido, ocorre então o crescimento nas linhas de contorno de pequenos grãos de 
Ferrita. 
 
31. Descreva as mudanças estruturais que ocorrem quando um aço-carbono com 0,4% C é 
arrefecido lentamente desde a região austenítica até uma temperatura imediatamente acima 
da temperatura de transformação. 
 
Conterá 0,4%C diluídos no Ferro p2m2 e se apresentará na forma de cristais com 
reticulado CFC. Assemelha-se ao ferrp puro, então o crescimento nas linhas de 
contorno de grãos de pequenos grãos de Ferrita. 
 
32. Distinga entre ferrita pró-eutetóide e ferrita eutetóide. 
 
 
 
33. Um aço-carbono hipoeutetóide com 0,5% C é arrefecido lentamente desde aproximadamente 
950ºC até uma temperatura ligeiramente superior a 727ºC. Calcule a proporção em peso de 
austenita e de ferrita pró-eutetóide no aço. 
 
 
 
34. Um aço-carbono hipoeutetóide com 0,5% C é arrefecido lentamente desde aproximadamente 
950ºC até uma temperatura ligeiramente inferior a 727ºC. 
a) Calcule a proporção em peso de ferrita pró-eutetóide do aço. 
b) Calcule a proporção em peso de ferrita eutetóide e a proporção em peso de cementita 
eutetóide no aço. 
 
35. Um aço-carbono contem 92% ponderada de ferrita e 8% ponderada de Fe3C. Qual o teor 
ponderal médio de carbono deste aço? 
 
 
 
36. Um aço-carbono contém 48,2% ponderada de ferrita pró-eutetóide. Qual o teor ponderal 
médio de carbono deste aço? 
 
 
 
37. Um aço-carbono contém 6,6% ponderada de ferrita eutetóide. Qual o teor ponderal médio de 
carbono desse aço? 
 
 
 
38. Um aço-carbono hipereutetóide com 1,05%C é arrefecido lentamente desde 
aproximadamente 900ºC até uma temperatura ligeiramente superior a 727ºC. Calcule a 
proporção em peso de cementita pró-eutetóide e a proporção em peso de austenita presente 
no aço. 
 
 
 
39. Um aço-carbono hipereutetóide com 1,05% C é arrefecido lentamente desde 
aproximadamente 900ºC até uma temperatura ligeiramente inferior a 727ºC. 
a) Calcule a proporção em peso de cementita pró-eutetóide presente no aço. 
b) Calcule a proporção em peso de cementita eutetóide e a proporção em peso de ferrita 
eutetóide presentes no aço. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
40. Se um aço-carbono hipereutetóide contiver 4,7% ponderada de cementita proeutetóide, qual 
é o seu teor médio de carbono? 
 
 
 
41. Um aço-carbono hipereutetóide contem 10,45% ponderada de Fe3C eutetóide. Qual o teor 
ponderal médio de carbono deste aço? 
 
 
 
42. Um aço carbono contém 27,5% ponderada de ferrita pró-eutetóide. Qual o seu teor médio de 
carbono? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
43. Um aço-carbono hipoeutetóide com 0,7% C é arrefecido lentamente desde aproximadamente 
950ºC até uma temperatura ligeiramente inferior a 727ºC. 
a) Calcule a percentagem ponderal de ferrita pró-eutetóide do aço. 
b) Calcule a percentagem ponderal de ferrita eutetóide e a percentagem ponderal de 
cementita eutetóide no aço. 
 
 
44. Um aço hipoeutetóide contém 42,0% ponderada de ferrita eutetóide. Qual o seu teor médio 
de carbono? 
 
 
 
45. Um aço hipoeutetóide contém 25,5% ponderada de ferrita eutetóide. Qual o seu teor médio 
de carbono? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
46. Um aço-carbono hipereutetóide com 0,9%C é arrefecido lentamente desde aproximadamente 
900ºC até uma temperatura ligeiramente inferior a 727ºC. 
a) Calcule a percentagem ponderal de cementita pró-eutetóide presentes no aço. 
b) Calcule a percentagem ponderal de cementita eutetóide e a percentagem ponderal de 
ferrita eutetóide no aço. 
 
 
47. Explique o sistema de numeração usado pela AISI e SAE para os aços-carbono. 
 
Utilizam em geral 4 algarismos da forma ABXX, A e B identificam os principais 
elementos de liga pesentes no aço e seus teores, dado em porcentagem em peso. Já 
os algarismos XX indicam a porcentagem dem peso de carbono na composição 
química do aço, multiplicado por 100. 
 
48. Quais são as principais limitações dos aços-carbono em aplicações de engenharia? 
 
Apresentam limitações quando se necessita de algumas propriedades específicas, 
como: resistência a corrosão, ades paste, ao calor e no caso dos aços com baixo 
carbono (%C<0,3%), não admitem têmpera. 
 
49. Quais são os principais elementos de liga adicionados aos aços-carbono para se obterem 
aços de baixa liga? 
 
Manganês, Crômo, Niquel, Molibiênio e Carbono. 
 
50. Qual é o sistema AISI-SAE usadospara designar aços de baixa liga? 
 
SAE-AISI considera como aço-liga aqueles que ultrapassam os limites de 1.65% de Mg, 
0,6%Cu ou 0,6%Si. Além disso, aços que possua quantidades mínimas especificadas de 
AL, Bo, Cr (até 3,99%), Cobalto, etc. 
Aços baixa liga são aqueles em que a soma dos teores dos elementos de liga não 
ultrapassa 5%. 
 
51. Que elementos se dissolvem preferencialmente na ferrita de aços-carbono? 
 
Manganês e Crômo. 
 
52. Escreva por ordem crescente de tendência para a formação de carbonetos, os seguintes 
elementos: titânio, cromo, molibdênio, vanádio e tungstênio. 
 
Titânio, Cromo, Tingstênio, Vanadio e Manganês. 
 
53. Que compostos forma o alumínio nos aços? 
 
Um exemplo recorrente é a Alumina (Al2O3). Com a presença do Oxigênio, forma-se uma 
delgada película de óxido que detem a oxidação de aço. 
 
54. Indique dois elementos estabilizadores da austenita nos aços. 
 
Niquel, Manganês. 
 
55. Indique quatro elementos estabilizadores da ferrita nos aços. 
 
Titânio, Alumínio, Molibdênio, Fósforo. 
 
56. Quais os elementos que aumentam a temperatura eutetóide do diagrama de fases Fe-Fe3C? 
Quais os elementos que baixam essa temperatura? 
 
Aumentam a temperatura eutetoide: Ti, Mo, Si, W, Cr. 
Diminuem a temperatura eutetoide: Mn e Ni.