exercicios Quimica Geral e Ciência dos materiais

Prévia do material em texto

1. Qual a importância de se estudar as propriedades dos materiais? 
R: Aprender sobre os materiais é muito importante para t odo 
engenheiro, pois saber as propriedades dos materiais, como eles se 
comportam em tais situações é o que será o diferencial, por exemplo, 
na criação de um novo produto ou projeto. Saber se vamos usar 
um metal ou um polímero, uma cerâmica ou um compósito é 
extremamente importante. As propriedades dos materiais definem: o 
desempenho de um determinado componente e o 
processo de fabricação do mesmo 
 
2. Cite as principais propriedades mecânicas dos materiais e defina 
quatro delas? 
R: Resistência á tração, Elasticidade, Ductibilidade, Fluência, Fadiga, 
Dureza e Tenacidade. 
 
Elasticidade – É a capacidade que o material deve ter de se deformar, 
quando submetido a um 
esforço, e de voltar à forma original quando o esforço termina. 
 
Fluência – É definida como a deformação permanente, dependente do 
tempo e da temperatura, 
quando o material é submetido a uma carga constante. Este fator 
muitas vezes limita o tempo de vida de um determinado componente 
ou estrutura. Este fenômeno é observado em todos os materiais, e 
torna-se importante às altas temperaturas (≥0,4TF). Fatores que 
afetam a fluência: Temperatura, Módulo de elasticidade e Tamanho 
de grão (Em geral: Quanto maior o ponto de 
fusão, maior o módulo de elasticidade e maior é a resistência à 
fluência. Quanto maior o tamanho de grão maior é a resistência à 
fluência). 
 
Fadiga – É a forma de falha ou ruptura que ocorre nas estruturas 
sujeitas a forças dinâmicas e cíclicas, nessas situações o material 
rompe com tensões muito inferiores à correspondente à resistência 
à tração (determinada para cargas estáticas). É comum ocorrer em 
estruturas como pontes, aviões, componentes de máquinas, a falha 
por fadiga é geralmente de natureza frágil 
mesmo em materiais dúcteis. 
 
Dureza – É a resistência do material à penetração, à deformação 
plástica permanente, ao desgaste. Em geral os materiais duros são 
também frágeis. Por falar nisso, a fragilidade é também uma 
propriedade mecânica na qual o material apresenta baixa resistência 
aos choques. O vidro, por exemplo, é duro e bastante frágil. 
 
3. Como podemos determinar as propriedades mecânicas dos materiais? 
R: A determinação das propriedades m ecânicas é feita através de 
ensaios mecânicos. Utilizam -se normalmente corpos de prova 
(amostra representativa do material) para o ensaio mecânico, 
já que por razões técnicas e econômicas não é praticável realizar o 
ensaio na própria peça, que 
seria o ideal. Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento 
das medidas e 
confecção do copo de prova para garantir que os resultados sejam 
comparáveis. 
 
4. Como são classificados os ensaios mecânicos? 
R: Quanto á integridade: 
(I) Destrutivos – Provocam inutilização parcial ou t=otal da peça; 
Tração, Dureza, Fadiga, Fluência, Torção, Flexão, Impacto, 
Tenacidade a fratura. 
(II) Não Destrutivos: Não comprometem a integridade da peça; Raios 
-X, Raios-Y, Ultra-Som, Partículas Magnéticas, Líquidos Penetrantes, 
Micro dureza, Tomografia. 
 
Quanto á velocidade: (I) Estáticos: Carga Aplicada lenta (estados de 
equilíbrio); 
Tração, Compressão, Flexão, Dureza e Torção. 
(II) Dinâmicos: Carga Aplicada rapidamente ou ciclicamente; Fadiga e 
impacto 
(III) Carga Constante: Carga aplicada durante um longo período; Fluência. 
 
5. Defina resistência à tração. 
R: É a medida submetendo-se o material á uma carga ou f orça 
de tração, paulatinamente 
crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento 
de comprimento (NBR -6152 
para metais). 
 
6. Qual a principal informação obtida do ensaio à tração? 
R: É possível analisar a deformação e através dela definir a 
resistência a tração do material 
antes do rompimento. 
 
7. Defina deformação elástica e plástica? 
R: DEFORMAÇÃO ELÁSTICA – Precede à deformação plástica, é 
reversível, desaparece 
quando a tensão é removida. É praticamente proporcional à t ensão 
aplicada (obedece a lei de 
Hooke). 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA – É provocada por tensões que 
ultrapassam o limite de 
elasticidade, é irreversível porque é resultado do deslocamento 
permanente dos átomos e, 
portanto não desaparece quando a tensão é removida. (Isso q uer 
dizer q ue, quando submetido 
a um esforço, ele é capaz de se deformar e manter essa forma quando o 
esforço desaparece). 
 
8. O que é modulo de elasticidade e o que ele representa? 
R: É o quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica 
resultante. Está relacionado 
com a rigidez do material ou à resistência à deformação elástica, 
está relacionado diretamente 
com as forças das ligações Inter atômicas (Os materiais cerâmicos 
tem alto módulo de 
elasticidade, enquanto os materiais poliméricos têm baixo, com o 
aumento da temperatura o 
módulo de elasticidade diminui. 
E= σ/ ε =Kgf/mm
2 
 Lei de Hooke: σ = E ε ] 
 
9. Explique o fenômeno de escoamento? 
R: Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns metais de 
natureza dúctil, como aços 
baixo teor de carbono. Caracteriza-se por um grande alongamento sem 
acréscimo de carga. 
 
10. O que representa a resistência à tração de um material? 
R: Resistência à Tração (Kgf/mm
2
) Corresponde à tensão máxima 
aplicada ao material antes da 
ruptura é calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo 
material pela área de seção 
reta inicial. 
 
11. O que representa a tensão de ruptura de um material? 
R: Tensão de Ruptura (Kgf/mm
2
) – Corresponde à tensão que promove 
a ruptura do material. O 
limite de ruptura é geralmente inferior ao limite de resistência em virtude 
de que a área da seção 
reta para um material dúctil reduz-se antes da ruptura 
 
12. Defina: 
 
a) Ductibilidade – (grande deformação na zona de escoamento) 
Corresponde ao alongamento 
total do material devido à deformação plástica %alongamento= ( lf-
lo/lo)x100 onde lo e lf 
correspondem ao comprimento inicial e final (após a ruptura), 
respectivamente 
 
b) Resiliência – (capacidade de suportar grandes cargas dentro 
da zona elástica) 
Corresponde à capacidade do material de absorver energia quando 
este é deformado 
elasticamente e devolvê-la quando relaxado (recuperar).A propriedade 
associada é dada 
pelo módulo de resiliência. 
 (Ur )Ur= σesc 
2
/2E 
Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite de elasticidade 
e baixo módulo de 
elasticidade (como os materiais utilizados para molas) 
 
c) Tenacidade - Corresponde à capacidade do material de absorver 
energia até sua ruptura 
Pode ser determinada a partir da curva x; ela é a área sobre a 
curva. Para que um 
material seja tenaz deve apresentar resistência e ductilidade. 
Materiais dúcteis são mais 
tenazes que os frágeis. (Materiais Dúcteis Ut=  
esc +  LRT. fratura em N.m/m3); (Materiais 
Frágeis Ut= 2/3 .  LRT. 
fratura em N.m/m
3
) 
 
 
13. Em que consiste o ensaio de impacto Charpy? 
R: O ensaio de impacto se caracteriza por submeter o corpo 
ensaiado a uma f orça brusca e 
repentina, que deve rompê-lo. É um ensaio empregado no estudo 
da fratura frágil dos metais, 
que é caracterizado pela propriedade de um metal atingir a ruptura 
sem sofrer deformação 
apreciável. Embora exista para esse fim ensaios mais elaborados e 
bem mais representativos, 
pela sua simplicidadee rapidez, o ensaio de impacto é um ensaio 
dinâmico usado ainda em 
todo o mundo sendo obrigatório para teste de aceitação de material, 
principalmente para 
materiais utilizados em baixa temperatura. O corpo de prova é 
padronizado e provido de um 
entalhe para localizar a sua ruptura e produzir um estado triaxial de 
t ensões, quando ele é 
submetido á uma flexão por impacto, produzida por um martelo pendular. 
A energia que o corpo 
de prova absorve, para se deformar e romper, é medida pela 
diferença entre a altura atingida 
pelo martelo antes e após o impacto, multiplicada pelo peso do martelo. 
 
14. Explique o efeito da temperatura no ensaio de impacto? 
R: Nos metais a temperatura tem um efeito acentuado na resistência 
ao impacto tal que, á 
medida que a temperatura diminui, o corpo de prova se rompe com 
fratura frágil e pequena 
absorção de energia. A cima dessa temperatura, as fraturas do 
mesmo metal passam a ser 
dúcteis e com absorção de energia bem maior em relação aquela 
ocorrida em temperaturas 
baixas. 
 
15. Defina dureza? 
R: Dureza é a propriedade de um material (no estado sólido) que 
permite a ele resistir á 
deformação plástica, usualmente por penetração. Dureza expressa 
sua resistência a 
deformações permanentes e está diretamente relacionada com a f 
orça de ligação dos átomos. 
O termo dureza também pode ser associado á resistência á flexão, risco, 
abrasão ou corte. 
 
16. Porque se faz o ensaio de dureza? 
R: Por que através desse ensaio obtemos o interesse do conhecimento 
da dureza: 
1 – Conhecimento da resistência ao desgaste; 2 – Conhecimento 
aproximado da resistência 
mecânica ( resistência a tração) através do uso de tabelas de 
correlação; 3 – Controle de 
qualidade de tratamentos térmicos; 4 – Controle de qualidade em 
processos de conformação 
plástica e em processos de ligação. 
 
17. Em que consiste o ensaio de Brinell? 
R: O método de teste de dureza de Brinell consiste em endentar o 
material com uma esfera de 
aço endurecido ou metal duro com 10 mm de diâmetro com uma 
carga de 3000 kg. Para 
materiais mais moles a carga pode ser reduzida para 1500 kg ou 
500 kg para reduzir 
endentação excessiva. A carga total é normalmente aplicada por 10 ou 
15 segundos no caso de 
ferro fundido ou aço, e pelo menos durante 30 segundos para outros 
metais. 
 
18. Onde se aplica o ensaio Brinell? 
R: O método Brinell é usado especialmente para metais não ferrosos, 
ferros fundidos, aços, 
produtos siderúrgicos em geral e peças não temperadas. É 
largamente empregado pela 
facilidade de aplicação, pois podem ser efetuados em qualquer 
máquina de ensaio de 
compressão e mesmo aparelhos portáteis de baixo custo. Sua escala 
é "única" e contínua, 
diferentemente da Rockwell, por exemplo, e pode ser usada como 
referência de dureza, mesmo 
as durezas de peças temperadas são expressas pela escala Brinell. 
 
19. Em que consiste o ensaio de Rockwell? 
R: É um ensaio no qual se utiliza um durômetro Rockwell, aferido, 
aplicando-se f orças de 
ensaios específicos, em duas operações, através de um penetrador 
esferocônico de diamante 
ou esférico de aço endurecido, medindo no material a ensaiar o 
incremento permanente da 
profundidade da impressão, sob uma f orça menor inicial, depois de 
aplicar e retirar uma f orça 
complementar 
 
20. Onde se aplica o ensaio Rockwell? 
R: Alguns exemplos de aplicação das escalas rockwell: 
 
 
 
Escala 
Aplicação 
HRA 
Carbonetos, folhas de aço com fina camada superficial endurecida 
HRB 
Ligas de cobre, aços brandos, ligas de alumínio, ferro maleável etc. 
HRC 
Aço, titânio, aços com camada endurecida profunda, materiais com 
HRB>100 
HRD 
Chapas finas de aço com média camada endurecida 
HRE 
Ferro fundido ligas de alumínio e de magnésio 
 
22. Quais são as propriedades dos seguintes materiais: 
a) Cobre - 1 – Elevada condutividade térmica ; elevado coeficiente 
de expansão térmica; 
Tendência a se tornar frágil a altas temperaturas; ponto de fusão 
baixo; baixa viscosidade do 
metal fundido; elevada condutividade elétrica; resistência mecânica 
baseada no encruamento. 
 
b) Alumínio Excelente maquinabilidade: elevada velocidade de corte, 
reduzidos tempos e baixos 
custos de maquinação; grande resistência à Corrosão; excelente 
condutibilidade Térmica e 
Elétrica; resistência m ecânica variando de 9 a 70kgf/mm2; algumas 
ligas são mais resistentes 
que o aço, o q ue favorece ao projetista na análise da relação 
Peso-Resistência; Elementos de 
Liga: Cobre, Manganês, Magnésio, Silício, Zinco e Níquel, 
Apresentam elevada resistência 
mecânica, ótima condutibilidade térmica e elétrica e permitem bom 
acabamento superficial, 
aceitando revestimento protetores. 
 
23. Quais são as propriedades dos materiais cerâmicos? 
R: PROPRIEDADES TÉRMICAS E FÍSICAS – Densidade: 2- 3 
g/cm3. Embora os materiais 
cerâmicos sejam em geral isolantes de calor e eletricidade, há uma 
classe de materiais 
cerâmicos que são supercondutores. A dilatação térmica é baixa 
comparada com metais e 
polímeros. 
 
PROPRIEDADES MECÂNICAS – Apresentam baixa resistência ao 
choque, são duros e frágeis 
em relação à tração (~17 kgf/mm
2
), são resistentes em relação à 
compressão. o módulo de 
elasticidade é alto: ~45.500kgf/mm
2 
(aço: 20.000 kgf/mm
2
), têm alta 
dureza e alta resistência ao 
desgaste. 
 
24. Defina polímeros? 
R: Macromoléculas constituídas de unidades repetitivas, ligadas através 
de ligações covalentes. 
Moléculas são eletricamente neutras com ligações secundárias. 
 
25. Como são classificados os polímeros, segundo a sua forma de 
obtenção? 
R: Naturais: Madeira, borracha, proteínas. Sintéticos: PVC, 
poliestireno, poli (metacrilato de 
metila) 
 
26. O que são termoplásticos? 
R: São polímeros que podem ser repetidamente processados sob 
aquecimento. Possuem 
cadeias lineares e ramificadas, com forças de interação relativamente 
fracas. 
Ex: polietileno, PVC, poli (metacrilato de metila). 
 
27. O que são termofixos? 
R: Não podem ser amolecidos com o aquecimento, mantendo-se 
permanentemente rígidos com 
o aumento da temperatura. Cadeias com alta densidade de ligações 
cruzadas. 
Ex: Resinas epóxi, resinas de poliésteres. 
 
28. O que são elastômeros? 
R: São conhecidos como borrachas, apresentam grande elasticidade, 
voltando a f orma anterior 
após estiramento. São elásticos porque possuem pequena quantidade de 
ligações cruzadas. 
Ex: borracha natural, polibutadieno, silicone. 
 
29. O que são aditivos? 
R: Materiais introduzidos intencionalmente para tornar um polímero 
m ais adequado para uma 
da condição de aplicação. 
 
30. Quais são os tipos de aditivos? 
R: Plastificantes: São geralmente líquidos de baixas pressões de 
vapor e pesos moleculares 
reduzidos, com moléculas de pequeno tamanho. Proporciona 
flexibilidade, ductilidade e 
tenacidade aos polímeros. Empregados em materiais frágeis á 
temperatura ambiente → PVC e 
os copolímeros de acetato, na fabricação de lâminas f inas ou 
películas, tubos, cortinas, entre 
outros. 
Pigmentos: Finalidade → colorir e dar opacidade a um polímero. 
Barreira aos ataques dos raios ultravioleta (estabilidade química) 
 Dióxido de titânio (TiO2) 
Pigmento branco 
 
Bastante utilizado → maior poder de cobertura, maior brilho e menor custo 
 
Estabilizadores: Evitam a degradação depolímeros quando expostos á 
radiação ultravioleta e 
oxidação (sais, fosfitos e cetonas); Estabilizantes térmicos utilizados 
para evitar uma série de 
reações iniciadas pelo HCl formado durante o próprio processo de 
formação d o polímero, como 
no caso do PVC (carbonato básico de chumbo, os estearatos, entre 
outros). 
 
Retardadores de chama: Aumentam a resistência á inflamabilidade 
dos polímeros através da 
diminuição da temperatura no local de queima. (reação química; 
compostos que interferem no 
processo de combustão); POLIETILENO, nylon e poliestireno→ 
inflamáveis na sua forma pura 
(empregados na fabricação de roupas e brinquedos). Compostos 
clorados ou bromados, os 
fosfatos orgânicos e o trióxido de antimônio. 
 
Cargas: Objetivo – Melhorar as propriedades dos polímeros com um 
custo reduzido; As cargas 
de reforço têm como objetivo aumentar a resistência mecânica da 
peça fabricada (fibras de 
vidro e o negro de fumo). Os materiais inertes são incorporados 
aos polímeros para diminuir o 
custo de produção (talco e a serragem).