PORTFÓLIO CIENCIA DOS MATERIAIS - DESAFIOS

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PORTFÓLIO DE DESAFIOS – Ciência dos materiais
Resolução desafios 1, 2 E 3
Desafio 1 - Estrutura Cristalina e Amorfa dos Materiais
Utilizando o conceito de densidade volumétrica, calcule o valor teórico da densidade do cobre em megagramas por metro cúbico.
Sabendo que o cobre tem estrutura cristalina cúbica de face centrada, em que seus tomos são esferas rígidas que se tocam ao longo das diagonais das faces da célula unitária CFC, raio atômico de 0,1278 nm e massa atômica de 63,54 g/mol, apresente os cálculos para obtenção do resultado e justifique sua resposta.
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RESRESPOSTA
Na célula unitária CFC, existem quatro átomos/célula unitária. Cada átomo de cobre tem a massa de (63,54 g/mol)(6,02x10 23 átomos/mol). Assim, a massa m dos átomos de Cu na célula unitária CFC é: 
No problema, a densidade obtida para o cobre foi no valor 8,98 Mg/m 3 (8,98 g/cm 3 ). O valor experimental da tabela para a densidade do cobre é 8,96 Mg/m 3 (8,96 g/cm 3 ). O valor ligeiramente mais baixo da densidade experimental pode ser atribuído à ausência de átomos em algumas posições atômicas (lacunas), a defeitos lineares e ao desajustamento dos átomos em limites de grão (fronteiras entre grãos). Estes defeitos cristalinos serão abordados nas próximas aulas. Outra causa da discrepância pode ser devida ao fato de os átomos não serem esferas perfeitas
Desafio 2 - Difusão 
Em algumas aplicações industriais, nas quais ocorre o deslizamento de duas superfícies metálicas, além da lubrificação adequada, é necessário que essas superfícies apresentem alta dureza. Em um processo de usinagem, por exemplo, trabalha-se com ligas de aço relativamente macias para redução dos tempos de processo.
Nesse caso, é necessário tratar a superfície da peça de forma que ela atinja a dureza necessária, por meio de processo chamado de cementação, em que a peça será exposta a uma atmosfera rica em carbono, geralmente em gás metano ou GLP.
Sabendo disso, você, engenheiro de produção, deverá calcular o tempo necessário para a transformação do carbono, em uma liga de aço com concentração uniforme de carbono, 0,25% em peso. A temperatura do forno utilizado na cementação é de 950 ºC e a concentração de carbono na sua superfície da peça é mantida em 1,20% em peso.
Assumindo que a peça tem dimensões de uma placa semi-infinita e que o coeficiente de difusão do carbono no ferro é de 1,6 x 10-11m2/s, calcule o tempo necessário para que a concentração de carbono a 0,6 mm abaixo da superfície torne-se igual a 0,7% em peso. Considere a tabela da função erro a seguir:
RESPOSTA
O tempo necessário será de 06h25 ou em 22500 segundos.
Desafio 3 – Diagrama de fases
A solda de estanho é uma solda comum à base de estanho e chumbo e que pode conter pequenas quantidades de outros elementos, como prata e antimônio.
É importante destacar que uma solda 70/30 contém 70% de estanho e 30% de chumbo. Essas soldas normalmente são usadas nas proporções 70/30, 60/40, 50/50 e 40/60, apresentando um baixo ponto de fusão, que é a temperatura em que existe a passagem do estado sólido para o líquido.
Imagine que você é um dos engenheiros de uma metalúrgica e precisa saber exatamente o que vai acontecer com a liga de estanho-chumbo a uma temperatura de 300 °C.
Dessa forma, tendo em mãos o diagrama Pb-Sn, você deverá analisar as fases, a proporção e a composição para uma liga com 10% de Sn a uma temperatura de 300°C.
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RESPOSTA
CONCLUSÃO
Através do estudo da disciplina e do conhecimento sobre os materiais químicos e suas composições e as possíveis alterações que podem sofrer através de processos como, por exemplo, a temperatura, este trabalho veio a complementar ainda mais para o aprendizado sobre os materiais utilizados na construção civil, assim como a importância do engenheiro ter conhecimento sobre a qualidade, quantidade e durabilidade existentes na composição dos produtos utilizados na construção. Outro ponto importante a destacar é sobre os cálculos necessários para se estimar as possíveis mudanças que determinado material poderá sofrer e assim analisar os riscos e benefícios que terá com a sua utilização, evitando dessa forma possíveis transtornos imediatos e problemas futuros. 
Referências
SMITH, W.F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais. 5.ed. Porto Alegre: AMGH, 2012.