Exercícios revisão materiais 2 (1)

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Exercícios revisão materiais 2 
 
 
1. Explique a correlação ciência e engenharia de materiais. 
Resposta: 
Ciência – investiga as relações entre composição ou estrutura e 
propriedades dos materiais; 
Engenharia de materiais – projeta, aperfeiçoa e desenvolve técnicas de 
fabricação de materiais com base na composição ou estruturas das 
propriedades. 
Através do estudo fornecido pela ciência é possivel criar ou desenvolver 
novos materiais utilizado a engenharia. 
 
 
2. Diferencie estrutura subatômica, estrutura atômica e estrutura cristalina 
dos metais. 
Resposta: 
Estrutura cristalina – é a maneira segundo a qual os atomos, ions ou 
moléculas tem seu arranjo espacial. Ela é definida em termos da 
geometria da célula unitária e da posição dos átomos dentro da célular 
unitária. 
Estrutura atômica: arranjo dos componentes internos da matéria 
(prótons, neutrons e elétrons), definindo qual ligação constitui o 
elemento ou composto. 
Estrutura subatômica: composto de partículas menores que átomos, 
também chamadas de partículas elementares são unidades 
fundamentais da matéria e energia. 
 
3. Diferencie estrutura microscópica e macroscópica dos metais. 
Resposta: 
Macroscópica: elementos estruturais que possuem dimensões 
suficientemente grandes para serem observadas a olho nú. 
Microscópica: para observar estrutura é necessario microscópio que sera 
utilizada para visualizar a microestrutura com técnicas baseada na 
reflexão de luz, após uma sequência de preparação da amostra que 
passa por: seleção da amostra, corte metalográfico, lixamento, polimento, 
ataque químico e visualização no microscópio. 
 
 
4. Diferencie e cite características das diferentes classes de materiais. 
Metais, cerâmicas e polímeros, do ponto de vista das propriedades 
mecânicas, condução de calor e condução de eletricidade. 
Resposta: 
Metais: combinação de elementos metálicos, possui grande número de 
elétrons livres e muitas propriedade estão relacionadas a esses elétrons. 
Propriedades gerais são: resistência mecânica de moderada a alta, 
moderada plasticidades, alta tenacidade, opacos e são bons condutores 
eléticos e térmicos, exemplo – lata de refrigerante. 
Cerâmicos: combinação de elementos metálicos e não-metálicos 
(óxidos, carbetos e nitretos), fazem ligações iônico-covalente. 
Propriedades gerais: isolantes térmicos e elétricos, refratários, inércia 
química e corpos duros e frágeis. Exemplos: garrafa de vidro, cerâmicas 
tradicionais, cerâmicas de alto desempenho, vidros e vitro-cerâmicas e 
cimentos. 
Polímeros: compostos orgânicos, carbono, hidrogênio, oxigênio e etc., 
possuem massas moleculares muito grandes (macro-moléculas). 
Propriedades gerais: baixa densidade, flexibilidade e facilidade de 
conformação, tenacidade, pouco resistente a altas temperaturas, 
exemplo – garrafa pet, termo-plásticos, termo-rígidos, elastômeros. 
 
5. Cite as principais características dos materiais compósitos. 
Resposta: 
Constituídos por mais de um tipo de material: matriz e reforçador. São 
projetados para apresentar as melhores características de cada um dos 
materiais envolvidos, exemplos – produtos fabricados em “fibras de vidro” 
(constituídos por fibras de um material cerâmico vidro, reforçando uma 
matriz de material polimérico). 
 
6. Pesquise e cite três materiais avançados de engenharia explicando as 
suas aplicações. 
Resposta: 
Materiais piezoelétrico: é baseado na indução de um dipolo 
elétrico.Como consequência, essa classe de materiais apresenta um 
acoplamento eletromecânico recíproco. Em outras palavras, uma vez 
que um campo elétrico é aplicado, o material apresenta uma deformação 
mecânica; por outro lado, quando o materialsofre uma carga mecânica, 
um potencial elétrico é gerado. Essa reciprocidade permite que esse tipo 
de material possa ser utilizado como sensores ou atuadores em 
estruturas inteligentes. Materiais piezoelétricos são frequentemente 
utilizados como sensores e atuadores para diversas finalidades. 
Aplicações como sensores são numerosas e estão relacionadas com a 
indústria aeroespacial, automobilística, robótica, entre outras tantas. 
Ligas com memória de forma (SMAs): As ligas com memória de forma 
(SMAs) apresentam um acoplamento termomecânico que lhe dá a 
capacidade de recuperar uma forma previamente definida a partir de um 
processo de carregamento termomecânico apropriado. Quando há uma 
restrição para a recuperação de forma, essas ligas promovem forças de 
restituição elevadas. Aplicações biomédicas das SMAs tornaram-se 
bem-sucedidas, devido à característica não invasiva de dispositivos com 
SMAs e também devido à sua excelente biocompatibilidade. SMAs são 
usualmente empregadas eminstrumentos cirúrgicos, cardiovasculares e 
ortopédicos e emaparelhos ortodônticos, entre outros usos. 
Materiais magnetoestrictivo: os materiais magnetoestrictivos 
apresentam um acoplamento entre os campos mecânicos e magnéticos. 
Eles podem ser definidos como materiais que têm uma alteração de 
forma devido a uma aplicação de um campo magnético. Dispositivos 
magnetoestrictivos podem ser usados em conjunto com outras 
tecnologias convencionais, como pneumáticos e hidráulicos, 
possibilitando a construção de mecanismos eficientes, outro tipo de 
atuação semelhante aos materiais piezoelétricos é a usada em válvulas 
de injeção para motores de combustão interna. As aplicações relativas 
aos materiais magnetoestrictivos envolvem várias situações de atuação 
sem contato que podem ser imaginadas para produzirem diferentes tipos 
de movimentos. Esse dispositivo reduz o consumo de combustível e 
ruídos relacionados com o funcionamento do motor. Além disso, evita o 
controle de voltagem necessário para os dispositivos com materiais 
piezoelétricos 
 
7. Diferencie materiais cristalinos, policristalinos e amorfos. 
Resposta: 
Materiais amorfos – não possuem um arranjo atomico regular e 
sistemático ao longo de distâncias atômicas relativamente grandes, são 
normalmente caracterizados por estruturas atômicas ou moleculares que 
são complexas e se tornam de difícil ordenamento, estas ocorrem em 
alguns cerâmicos e polímeros. 
Materiais cristalinos – é aquele em que os átomos estão posicionados em 
um arranjo repetitivo na sua estrutura cristalina, ocorre em todos os 
metais, muitos cerâmicos e alguns polímeros. 
Materias policristalinos – a grande maioria dos sólidos cristalinos é 
composta de muitos cristais “grãos”, chamados assim de materiais 
policristalinos. 
 
8. Diferencie as propriedades mecânicas de materiais metálicos com 
estrutura cristalina CFC, CCC e HC. 
Resposta: 
CFC – Cúbica de face centrada, átomos se tocam ao longo da diagonal 
das faces, centro de um átomo em cada vértice e nos centros das faces 
do cubo (célula). 
. Exemplo: cobre, alumínio, prata e ouro. 
 Propriedades mecânicas: 
cobre – condutibilidade térmica e elétrica, alta ductilidade; 
alumínio – baixa densidade, ótima resistência a corrosão e fácil 
manipulação comercial; 
prata – ótima condutibilidade elétrica, alta ductilidade e fácil 
maleabilidade; 
ouro – ótima condutibilidade elétrica, fácil maleabilidade e alta 
ductilidade. 
CCC – Cúbida de corpo centrado, átomos tocam-se ao longo da diagonal 
do cubo. 
Exemplo: Cromo, molibdênio, tântalo. 
Propriedades mecânicas: 
Cromo – baixa resistência a tração, dúctil e maleável; 
Molibdênio – baixa resistência a tração, dúctil e maleável; 
Tântalo – baixa resistência a tração, dúctil e maleável; 
HC – Hexagonal compacta. 
Exemplo: Cádmio, cobalto, titânio e zinco. 
Propriedades mecânicas: 
Cádmio – maleável, dúctil, metal de transição, baixa resistencia a tração; 
Cobalto – baixa resistência a tração, dúctil e maleável; 
Titânio – baixa densidade, baixa resistência a tração, dúctil e maleável; 
Zinco – baixa resistência a tração, dúctil e maleável. 
 
9. Diferencie defeitos estruturais substitucionaise intersticiais citando o seu 
impacto nas propriedades mecânicas dos materiais metálicos. 
Resposta: 
Nas soluções sólidas são encontrados defeitos pontuais devido a 
presença de impurezas, estes defeitos podem ser de dois tipos: 
Substitucionais e intersticial. 
Substitucionais: No caso de defeitos substitucionais, os átomos de soluto 
substituem átomos hospedeiros do solvente. Fatores que influenciam na 
substituição de átomos do solvente: tamanho atômico (parecidos), 
estrutura cristalina (compatível), eletronegatividade e valências. 
Intersticial: Os átomos de impurezas preenchem os espaços vazios ou 
interstícios que existem nos átomos hospedeiros. Estes átomos devem 
ser menores que os formadores do solvente e ocupam pequenos 
espaços podendo causar distorções na rede cristalina. Exemplo: Átomos 
de carbono quando adicinador ao ferro ocupam espaçoes intersticiais e 
causam distorção na estrutura cristalina do ferro, formando aço carbono. 
 
10. Explique como ocorre a deformação plástica em materiais metálicos. 
Resposta: 
Os metais quando sujeitos à deformação plástica uma fração da energia 
de deformação é retida internamente, enquanto o restante é dissipado em 
forma de calor. A maior parte da energia que foi retida consiste em uma 
energia que está associada as discordâncias 
 
11. Cite sucintamente as diferenças entre os processos de encruamento, 
recristalização e crescimento de grãos. 
Resposta: 
Encruamento – também conhecimento como trabalho a frio, é um 
processo no qual os metais endurecem quando flexionados 
mecanicamente. O método de encruamento ocorre na rede cristalina de 
um material, e esta forma de endurecimento é útil para aumentar a força 
dos metais que não podem ser enrijecidos por tratamento térmico. 
É um fenômeno modificatio da estrutura cristalina dos metais e ligas 
pouco ferrosas, em que a deformação plástica realizada abaixo 
da temperatura de recristalização causará o aumento de discordâncias 
na estrutura cristalina e consequentemente o aumento de resistência do 
metal. O encruamento é o aumento do limite elástico do material 
(resistência a tração) por deformação plástica. 
Recristalização – é um procedimento para purificar um composto impuro 
num solvente. O método de purificação baseia-se no princípio de que a 
solubilidade da maioria dos sólidos aumenta com o aumento da 
temperatura. Isso significa que, à medida que a temperatura aumenta, a 
quantidade de soluto que pode ser dissolvida em um solvente aumenta. 
Caracteriza-se pelo aparecimento gradual de uma microestrutura de 
novos grãos que pode ser observada em microscópio ótico. A nova 
microestrutura formada não apresenta evidências de deformação e a 
densidade de discordâncias é insignificante, seja no interior do grão ou 
nos seus contornos. A recristalização somente ocorre em temperaturas 
mais elevadas e tempos mais longos do que os que já são suficientes 
para ocorrer a recuperação, embora possa haver em determinadas 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferro
https://pt.wikipedia.org/wiki/Deforma%C3%A7%C3%A3o_pl%C3%A1stica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_recristaliza%C3%A7%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Resist%C3%AAncia_dos_materiais
condições a coexist6encia de ambos os processos de restauração. Os 
grãos recristalizados são formados pelo crescimento de subgrãos 
selecionados na microestrutura deformada e recuperada. A 
recristalização é função do tempo e da temperatura, tornando-se mais 
intensa e mais rápida com o aumento dessas duas variáveis, embora 
possa sofrer interferência de outros fenômenos, como, por exemplo, a 
solubilização e a precipitação de fases secundárias 
Crescimento de grãos: Resulta da redução da energia de superfície 
associada aos contornos de grão dos materiais. O grão pode crescer 
gradual e uniformemente através de um processo conhecido como 
crescimento normal de grão, que leva à eliminação dos grãos com 
formas ou orientações desfavoráveis em relação aos seus vizinhos mais 
próximos. Esse processo ocorre facilmente no alumínio de alta pureza e 
no caso de ligas (soluções sólidas) pode levar à formação de grãos 
relativamente grosseiros. Esse tipo de crescimento de grão corre quando 
há pequenos grãos recristalizados, altas temperaturas e aquecimento 
generalizado. 
 
12. Diferencie fraturas dúcteis e frágeis. Explicando como cada uma ocorre. 
Resposta: 
Fratura dúctil – ocorre apenas após extensa deformação plástica e se 
caracteriza pela propagação lenta de trincas resultantes da nucleação e 
crescimento de microcavidades. 
Fratura frágil – ocorre pela propagação rápida de trincas, acompanhada 
de pouca ou nenhuma deformação, nos materiais cristalinos ocorre em 
determinados planos cristalinos chamado planos de clivagem ou ao longo 
dos contornos de grão. 
 
 
 
13. Qual propriedade mecânica se busca no ensaio de Charpy. 
 Resposta: 
 Medir resistência do material a se romper devido uma força aplicada. 
 
14. Explique o processo de iniciação e propagação de trincas por fadiga. 
Resposta: 
Processo: início e propagação de uma trinca, sendo a superfície de fratura 
perpendicular a direção da tensão (trativa) aplicada. A tensão aplicada 
pode ser axial (tração e compressão), flexão ou torção. 
Iniciação da trinca e propagação: inicia a trinca em um ponto onde as 
tensões se concentram, a trinca avança até que ocorra a fratura. 
Sendo assim o processo é caracterizado por 3 estágio distintos: 
1° iniciação da trinca : onde a trinca se forma em algum ponto de 
concentração de tensões; 
2° propagação: propagação gradual da trinca a cada ciclo de tensões; 
3° fratura final: separação ou ruptura após a trinca ter alcançado um 
tamanho crítico. 
As trincas normalmente são iniciadas na superfície ou em pontos de 
concentração de tensões como: ranhuras, rasgos de chavetas, filetes de 
rosca e similares. 
 
15. Cite as aplicações e os principais ensaios para avaliação de dureza de 
materiais metálicos. 
Resposta: 
Dureza por risco: Esse tipo de ensaio de dureza é pouco utilizado no 
caso dos materiais metálicos, sendo mais utilizados em mineralogia. 
Dentre os ensaios de dureza por riscos existentes, o de dureza Mohs é 
o mais conhecido. O ensaio de dureza Mohs foi introduzido em 1822 e 
é baseado na capacidade que um material tem de riscar o outro. 
 
Dureza por choque ou rebote: Nesse tipo de ensaio de dureza a 
impressão de dureza é causada pela queda livre de um êmbolo com um 
penetrador (com uma ponta padronizada de diamante) na superfície 
plana do corpo de prova. O valor da dureza é proporcional à energia 
consumida para deformar o corpo de prova e é representado pela altura 
alcançada pelo êmbolo no rebote. Quanto mais dúctil o material, menor 
a altura alcançada pelo êmbolo, pois quanto mais dúctil o material maior 
a energia gasta na deformação. O método mais importante da dureza 
por choque ou rebote é a dureza Shore. 
 
Dureza por penetração: Os ensaios de dureza por penetração mais 
importantes são os ensaios de dureza Brinell, de dureza dureza 
Rockwell e de Vickers (e de microdureza Vickers). 
O ensaio de dureza Brinell: consiste em comprimir lentamente uma 
esfera de aço temperado, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, 
polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo 
t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d . A dureza Brinell (HB) 
é a relação entre a carga aplicada (F) e a área da calota esférica 
impressa no material ensaiado (Ac). O ensaio Brinell é usado 
especialmente para avaliação de dureza de metais não ferrosos, ferro 
fundido, aço, produtos siderúrgicos em geral e de peças não 
temperadas. 
Rockwell: desenvolveu um método de ensaio de dureza que utilizava um 
sistema de pré-carga. Este método apresenta algumas vantagens em 
relação ao ensaio Brinell, pois permite avaliar a dureza de metais 
diversos, desde os mais moles até os mais duros. Nestemétodo, a carga 
do ensaio é aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pré-
carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o material 
ensaiado, e depois aplica-se a carga do ensaio propriamente dita. A 
leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à 
máquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, 
adequada à faixa de dureza do material. Os penetradores utilizados na 
máquina de ensaio de dureza Rockwell são do tipo esférico (esfera de 
aço temperado) ou cônico (cone de diamante com 120º de conicidade). 
Vickers: este método leva em conta a relação ideal entre o diâmetro da 
esfera do penetrador Brinell e o diâmetro da calota esférica obtida, e vai 
além porque utiliza outro tipo de penetrador, que possibilita medir 
qualquer valor de dureza, incluindo desde os materiais mais duros até 
os mais moles. A dureza Vickers se baseia na resistência que o material 
oferece à penetração de uma pirâmide de diamante de base quadrada 
e ângulo entre faces de 136º, sob uma determinada carga. O valor de 
dureza Vickers (HV) é o quociente da carga aplicada (F) pela área de 
impressão (A) deixada no corpo ensaiado 
 
Ensaio Jominy: nada mais é do que um ensaio para se avaliar a 
capacidade de um aço formar martensita. Isto é, verificar o aumento de 
dureza que o material adquire devido ao tratamento térmico de têmpera. 
A norma ASTM A 255 descreve todo o procedimento para a realização 
do ensaio Jominy. No ensaio Jominy, o corpo de prova tem forma e 
dimensões padrão. O corpo de prova de ensaio Jominy é colocado no 
forno em uma temperatura em torno de 900o C por cerca de 30 minutos. 
Após esse tempo o corpo de prova é retirado rapidamente do forno e 
colocado em um dispositivo onde ocorrerá o resfriamento do mesmo. 
Esse dispositivo é composto por um suporte para o corpo de prova na 
parte superior e por um sistema de resfriamento com água na parte 
inferior. Esse dispositivo de resfriamento propicia que as diferentes 
regiões do corpo de prova tenham também diferentes taxas de 
resfriamento. A base do corpo de prova será resfriada rapidamente pela 
água corrente, o que não ocorre com o topo do mesmo. Após o 
resfriamento do corpo de prova, este é retificado e são feitas medidas 
de dureza ao longo de seu comprimento 
 
16. No diagrama de fases Pp/Sn encontre o percentual de fases por regra da 
alavanca para as seguintes ligas: 
 
a) 40% Sn a 200ºC. 
b) 80% Sn a 200ºC. 
c) 80% Pb a 200ºC. 
d) 90% Pb a 250ºC 
 
Resposta: 
 
 
17. Diferencie aços hipoeutetoides e hipereutetoides no diagrama Fe/Fe3C e 
cite aplicações destes materiais. 
 
De acordo com a classificação ligas com composição de carbono menor do 
que 0,77% são consideradas hipoeutetoides. Aços hipoeutetóides : < 0,76% 
C Microestrutura: ferrita + perlita Resfriamento lento, usado na 
Microestrutura de um aço carbono SAE1040 recozido (0.40% C – 0.68% Mn 
– 0.12% Si) revelando a ferrita e perlita. Aumento ori i l d 1000X. Já as ligas 
com composição de carbono maior do que 0,77% e menores do que 2,14% 
são consideradas Hipereutetoides. Aços hipereutetóides > 0,76% C 
Microestrutura: perlita + cementita p/ resfriamento lento. 
 
18. Explique no digrama Fe/Fe3C o motivo dos ferros fundidos apresentarem 
um ponto de fusão menor que os aços na sua fundição. 
 
Define-se ferro fundido como “as ligas Fe-C cujo teor de carbono se situa 
acima de 2,0% aproximadamente”. É considerado uma liga ternária Fe-C-
Si, já que o silício está muitas vezes presente em quantidades superiores 
ao do próprio carbono. (CHIAVERINI, 1996). 
Podemos citar os seguintes tipos de liga dentro da denominação de ferro 
fundido; Ferro fundido cinzento e Ferro fundido nodular.Os ferros Fundidos 
Cinzentos e Nodulares são compostos de liga de ferro-carbono-silício, com 
teores de carbono que variam acima de 2,5 % e 4,0% e silício 1,0% e 3,0%, 
em quantidade superior à que pode ser obtida em solução sólida na 
austenita, de modo a resultar na formação de grafita, na forma de veios 
(lamelas) ou nódulos (esferas). Possuem baixo ponto de fusão utilizando 
menos energia em fornos e sua modelação é facilitada, além de preencher 
totalmente os vazios intrincados dos moldes. Essas características 
conduzem a um material barato e de versatilidade considerável para fins de 
projeto e produto. A forma e a distribuição dessa grafita influenciam 
inteiramente nas propriedades dos ferros fundidos, razão essa pela qual a 
escolha da classe de ferro fundido adequada depende muito de sua 
utilização. Combinações de formas diferenciadas de grafita com diferentes 
estruturas de matriz derivam em uma grande variedade de classes, onde 
uma delas atenderá as condições necessárias de performance, segurança e 
qualidade. A constante evolução da tecnologia de fundição dos ferros 
fundidos está oferecendo cada vez mais para o desenvolvimento de novas 
aplicações, possibilitando, assim, alternativas mais econômicas para se obter 
produtos com qualidade.