Ciência e Propriedade dos Materiais

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Ciência e Propriedade dos Materiais
 Prova de ciência e propriedades dos materiais
1"Normalmente as ligas de alumínio são leves e macias - em termos metálicos - e apresentam uma resistência mecânica baixa. No entanto, a equipe de Zhang descobriu duas técnicas capazes de alterar a microestrutura do alumínio para conferir-lhe maior resistência e ductilidade. O novo alumínio de alta resistência tornou-se possível pela introdução de 'falhas de empilhamento', que são distorções na estrutura do cristal - e essas distorções influenciam fortemente as características mecânicas dos metais e ligas. A rede cristalina de um metal é constituída por sequências repetitivas de camadas atômicas. Se faltar uma camada, diz-se que há uma falha de empilhamento. Além disso, podem ocorrer as chamadas -'fronteiras gêmeas', consistindo em duas camadas de falhas de empilhamento. Embora sejam fáceis de serem produzidas em metais como cobre e prata, essas distorções são difíceis de serem introduzidas no alumínio devido a sua alta 'energia de falha de empilhamento'. A equipe apostou então em um tipo específico de falha de empilhamento, chamada de fase 9R. 'Você precisa introduzir nanofronteiras gêmeas e fases 9R no alumínio nanogranulado para aumentar a força e a ductilidade e melhorar a estabilidade térmica', disse o professor Zhang. Foi exatamente isto o que ele e sua equipe descobriram como fazer - e de duas maneiras diferentes. A primeira técnica consiste na indução de fases 9R no alumínio - simples ou gêmeas - por choque, o que foi feita bombardeando filmes de alumínio ultrafinos com microprojéteis minúsculos de dióxido de silício. Na segunda técnica, a fase 9R e as fronteiras gêmeas foram induzidas no alumínio não por choque, mas pela introdução de átomos de ferro na estrutura do cristal de alumínio através de um processo chamado pulverização magnetrônica, ou pulverização catódica. Esta última abordagem é particularmente promissora porque, como o ferro também pode ser introduzido no alumínio usando outras técnicas, como a fundição, ela poderá ser ampliada do laboratório para aplicações industriais. 'Estes resultados mostram como fabricar ligas de alumínio que são comparáveis, ou mesmo mais resistentes, do que os aços inoxidáveis. Há um grande potencial de impacto comercial nesta descoberta', finalizou Zhang". Sobre o exposto, classifique V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas:
(    ) As falhas de empilhamento, defeitos característicos de estruturas cristalinas de metais como o cobre e a prata, podem ser introduzidos no alumínio, buscando obter incremento na resistência mecânica.
(    ) O alumínio e suas ligas são caracterizados pela alta resistência, porém alta densidade. A pesquisa concluiu que é possível reduzir a densidade do metal, através da introdução de defeitos na estrutura cristalina.
(    ) Como argumento para a possibilidade de aplicação industrial da descoberta, Zhang cita a possibilidade da introdução de átomos de de Fe na estrutura do Al usando processos de fabricação típicos desses metais, como é o caso da fundição.
(    ) As falhas de empilhamento foram produzidas utilizando laser com comprimento de onda na faixa visível, e na sequência introduzindo átomos de silício metálico através de uma técnica análoga à cementação de aços.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA:
FONTE: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=aluminio-superforte-superar-aco-inoxidavel&id=010170180130#.Xv0ZNShKiUk. Acesso em: 1º jul. 2020.
A
F - F - F - F.
B
F - V - F - V.
C
V - F - F - V.
D
V - F - V - F.
2Os materiais compósitos são uma classe específica de materiais. Estão presentes em diversas áreas, sendo utilizados na fabricação de itens que exigem resistência mecânica ou combinações de propriedades específicas. Com relação a esse tipo de material, assinale a alternativa CORRETA:
A
A indústria automobilística absorve grande parte dos desenvolvimentos na área de materiais compósitos. Um bom exemplo são as carrocerias de automóveis, hoje produzidas em chapas de material compósito, que consistem em uma matriz de aço carbono contendo fibras de vidro e poliamida.
B
Os compósitos são materiais que contém as três classes de materiais: metais, polímeros e cerâmicas. Esses materiais combinam em um único material as melhores características dessas três distintas classes de materiais.
C
Os compósitos são materiais que combinam diferentes classes de materiais: polímeros, cerâmicas e metais, em um mesmo material. Dessa forma, é possível aliar, por exemplo, a resistência mecânica à tração das cerâmicas com a resistência ao impacto dos polímeros.
D
Os compósitos são caracterizados pela combinação de metais com polímeros. Até os dias de hoje não é possível combinar metais com cerâmicas e cerâmicas com polímeros, em virtude das diferenças químicas e estruturais.
3As propriedades dos metais dependem das características dos seus átomos, e do arranjo espacial desses átomos no material sólido. Essas duas variáveis ajudam a prever algumas características desses materiais. Sobre os metais e seu arranjo atômico, analise as afirmativas a seguir:
I- Os metais são bons condutores em virtude do seu arranjo cristalino, pois átomos estão mais próximos entre si, o que permite a condução de elétrons das camadas mais internas do átomo.
II- Os metais são maleáveis (deformáveis plasticamente), pois existem lacunas atômicas que apresentam baixa rigidez na temperatura ambiente. As lacunas geram uma menor força de ligação da estrutura, permitindo a deformação da estrutura.
III- Os átomos dos metais geralmente são arranjados em estruturas do tipo cúbica. Essas estruturas são caracterizadas por uma maior simetria e maior número de sistemas de escorregamento do que estruturas típicas dos materiais cerâmicos.
IV- Conhecendo a estrutura cristalina de um determinado metal e suas características químicas, é possível determinar algumas propriedades de forma aproximada, como a densidade do material sólido.
Assinale a alternativa CORRETA:
A
As afirmativas I e IV estão corretas.
B
As afirmativas II e III estão corretas.
C
As afirmativas III e IV estão corretas.
D
As afirmativas I e II estão corretas.
4As características que distinguem um material cristalino de um material amorfo estão relacionadas à ordenação dos seus átomos. Em um material cristalino, os átomos são ordenados de acordo com padrões, e essa configuração é de longo alcance. A respeito da cristalinidade dos materiais, analise as seguintes sentenças:
I- Um material tipicamente cristalino, como o alumínio, quando resfriado até temperatura ambiente a partir do estado líquido, apresentar-se-á cristalino ao final do processo, independente da taxa de resfriamento utilizada.
II- Os materiais monocristalinos são fabricados em processos de fabricação comuns, como fundição e usinagem, não havendo necessidade de controle dos parâmetros de processamento.
III- O vidro comum é um exemplo de material amorfo.
IV- Os materiais metálicos de uso comum, como os aços, são usualmente policristalinos.
Agora, assinale a alternativa CORRETA:
A
Somente a sentença III está correta.
B
As sentenças III e IV estão corretas.
C
As sentenças I e IV estão corretas.
D
As sentenças I e II estão corretas.
5Os materiais metálicos são descritos através de suas estruturas cristalinas, chamadas de células unitárias. Sobre as células unitárias dos materiais metálicos, assinale a alternativa CORRETA:
A
Os materiais metálicos, em sua maioria, apresentam estruturas cristalinas cúbicas, como CFC e CCC, de elevada simetria.
B
Podemos calcular, através das características geométricas da célula unitária, a resistência mecânica de um material metálico.
C
Os materiais metálicos apresentam estrutura cristalina complexa, o que explica a sua elevada resistência mecânica.
D
Os materiais metálicos não apresentam cristalinidade. Por esse motivo as suas estruturas cristalinas são relativamente complexas.
6Os materiais cerâmicos podem ser utilizados em várias aplicações em que suas propriedades específicassão interessantes. Sobre essas propriedades, assinale a alternativa CORRETA:
A
Os materiais cerâmicos apresentam baixa temperatura de fusão. Por esse motivo, estes são geralmente obtidos pelo processo de fundição.
B
As ligações químicas das cerâmicas oxidas são do tipo ponte de hidrogênio, fazendo com que as moléculas tenham elevada mobilidade.
C
As ligações químicas das cerâmicas oxidas são do tipo iônica e de elevada energia de ligação, resultando na elevada temperatura de fusão desses materiais.
D
Os átomos da camada de valência dos materiais cerâmicos são livres, resultando em elevada condutividade elétrica desses materiais.
7As lacunas são defeitos pontuais, que consistem em locais na estrutura cristalina onde ocorre a ausência de átomos. Sobre as lacunas, assinale a alternativa CORRETA:
A
As lacunas podem ser eliminadas completamente da estrutura através de tratamentos térmicos específicos.
B
O número de lacunas em um material tende a diminuir conforme aumentamos a temperatura.
C
O número de lacunas não tem qualquer dependência com a temperatura que o material está exposto.
D
A quantidade de lacunas cresce exponencialmente com o aumento da temperatura do material.
8Materiais cristalinos apresentam arranjo ordenado e de longo alcance de seus átomos. No entanto, existem defeitos na estrutura cristalina que alteram a ordenação prevista pela célula unitária. As discordâncias são um desses tipos de defeitos. Com relação a esse tipo de defeito de rede, analise as afirmativas a seguir:
I- As discordâncias são defeitos localizados na rede cristalina, em que alguns átomos estão desalinhados. Elas podem ser de três tipos: linear, espiral ou mista.
II- Apesar de se tratar de um defeito na rede cristalina, como não se trata de um defeito macroscópico, não afeta significativamente as propriedades do material.
III- Um material obtido a partir do processo de fundição não apresenta discordâncias. Os defeitos da estrutura surgem com a deformação por ação de uma força mecânica externa.
IV- As discordâncias podem se movimentar no material quando aplicamos energia mecânica. O movimento das discordâncias deflagra a deformação plástica do material.
Assinale a alternativa CORRETA:
A
Somente a afirmativa I está correta.
B
As afirmativas II e III estão corretas.
C
As afirmativas I e IV estão corretas.
D
As afirmativas III e IV estão corretas.
9Materiais puros (por exemplo, ferro puro comercial), apresentam, invariavelmente, certo nível de impurezas. De fato, muito materiais são desenvolvidos com base em concentrações determinadas de impurezas, visando alterar as propriedades do material de base. Com relação ao exposto, analise as afirmativas a seguir:
I- As impurezas podem ser de dois tipos: substitucional ou intersticial. Quando a impureza é do tipo intersticial, o átomo de impureza (solvente) substitui o átomo do soluto em uma das lacunas do material.
II- A característica que determina o tipo de solução sólida (substitucional ou intersticial) entre dois diferentes elementos químicos é a diferença entre os raios atômicos dos átomos envolvidos.
III- Quando a solução sólida é do tipo intersticial, o átomo do soluto ocupa o interstício entre os átomos do solvente.
IV- O átomo do soluto geralmente apresenta um raio atômico menor do que o raio do interstício. Essa configuração gera tensões compressivas no interior da rede cristalina, diminuindo a força de ligação e a dureza do material.
Assinale a alternativa CORRETA:
A
As afirmativas II e III estão corretas.
B
Somente a afirmativa IV está correta.
C
As afirmativas I e III estão corretas.
D
As afirmativas III e IV estão corretas.
10Um novo material que é tão rígido quanto um metal, mas flexível o suficiente para resistir a fortes vibrações, promete transformar a indústria automobilística e vários outros setores. O material possui ao mesmo tempo uma alta rigidez e uma capacidade de amortecimento de impactos. Essa combinação quase impossível em um único material foi obtida usando folhas compostas trançadas em 3D a partir de fibras não ligadas entre si. Embora a trama seja criada como se fosse um material têxtil, os fios são metálicos. Isso permite que o interior do material se mova e absorva vibrações, enquanto o material circundante permanece rígido. Os materiais convencionais de amortecimento - a borracha, por exemplo - apresentam uma rigidez relativamente baixa, enquanto os metais e cerâmicas rígidos têm tipicamente um amortecimento insignificante. "Aqui, demonstramos que o alto amortecimento e a rigidez estrutural podem ser obtidos simultaneamente em treliças trançadas em 3D, soldando apenas juntas selecionadas da treliça, o que resulta em uma estrutura em rede intertravada para suportar carga, entrelaçada com elementos 'flutuantes' livres para gerar amortecimento", descreveram Ladan Salari Sharif e seus colegas da Universidade de Surrey, no Reino Unido. Com relação ao exposto, classifique V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas:
(    ) O material descrito no texto combina as características de rigidez do metal e a flexibilidade gerada pelo entrelaçamento de folhas em um arranjo tridimensional específico.
(    ) As folhas do material são entrelaçadas, porém permanecem livres para se deslocarem entre si em todos os pontos, não havendo soldagens de juntas.
(    ) A rigidez do material é inversamente proporcional a sua capacidade de absorver energia, como aquela gerada por vibrações.
(    ) A borracha é um material que apresenta uma baixa rigidez, ou seja, o seu módulo de elasticidade é alto.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA:
FONTE: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=carros-sem-nenhuma-vibracao&id=010160181016#.W9D4n3tKgdU. Acesso em: 24 out. 2018.
A
F - V - F - V.
B
F - F - F - V.
C
V - V - V - F.
D
V - F - V - F.