Adolfo oficial work-1

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1 – Como é que se obtém a gusa (ferro fundido) a partir dos minérios de óxidos de ferro? Escreva as equações de reações típicas.
R: O principio básico de obtenção do ferro gusa (ferro fundido) se dá a partir da interação de seus minérios (Fe2O3, Fe3O4, FeCO3) com o monóxido de carbono, produzido pela combustão do carvão.
As equações das reações típicas são:
· 2C(s) + O2(g) → 2CO(g)
· Fe2O3(s) + 3CO(g) → Fe(s) + 3 CO2 (g)
Reação global:
2Fe2O3(s) + 6C(s) + 3O2(g) → 4Fe(s) + 6CO2 (g)
2 – Quais são as fases presentes no diagrama de equilíbrio Fe-Fe3C e define-as?
R: As fases presentes no diagrama em causa são: Ferrita ou Ferro Alfa, Austenita ou Ferro Gama, Ferro Delta ou Ferrita Delta e Cementita ou Carboneto de Ferro. 
A Ferrita esta é uma fase estável a temperatura ambiente, apresenta uma estrutura cristalina CCC, a ferrita a 912ºC (1674ºF), apresenta uma transformação polimórfica para austenita CFC, ou ferro γ. Essa austenita persiste até 1394ºC (2541ºF), quando a austenita CFC se reverte, novamente, a uma fase CCC, chamada de ferrita δ, e, finalmente, se funde a 1538ºC (2800ºF).
A cementita (Fe3C) forma-se quando o limite de solubilidade para o carbono na ferrita α é excedido abaixo de 727ºC (1341ºF) (para composições na região das fases α + Fe3C). O Fe3C também coexistirá com a fase γ entre 727ºC e 1147ºC (1341ºF e 2097ºF). Mecanicamente, a cementita é muito dura e frágil; a resistência de alguns aços é aumentada substancialmente por sua presença.
Ferro Delta ou Ferrita Delta é uma solução sólida intersticial de carbono que tem uma estrutura CCC. A solubilidade máxima de carbono nesta fase é de 0,09% a .
3- Escreva as reacções correspondentes às três reacções invariantes que ocorrem no diagrama Fe-Fe3C.
R: 
· 4,30 %p C e a 1147ºC (2097ºF): L ↔ γ + Fe3C
· 0,76 %p C e 727 ºC (1341 ºF) : ℽ (0,76%p C) ↔ α ( 0,022%p C) + Fe3C ( 6,7%p C)
A perlite é uma microestrutura formada nos aços eutetóides abaixo da temperatura do eutetóide, composta por camadas alternadas de lamelas de ferrita e cementita.
 Fig1 : Perlite.
A perlite não é uma fase, mas uma combinação geométrica das fases alfa e Fe3C (ferrita e cementita). Quando não existe cementita (como no ferro 'puro' – Fe com teor de C < 0,004%) não há perlita; quando só há cementita, também.
5 – Distinga os três tipos de aços-carbono. (a) Eutectoide (b) Hipoeutectoide (c) Hipereutectoide.
R: O Aço eutetoide é uma solução sólida intersticial com teor de carbono de 0,76% em peso. Os aços também podem ser hipoeutetoide (quando a composição de carbono está entre 0,022%p C e 0,76%p C) e hipereutetoide (quando a composição varia entre 0,76%p C e 2,14%p C). 
6 – Distinga entre ferrite pro-eutectóide e ferrite eutectóide
R: Ferrita proeutetóide é um tipo de ferrita que se forma em um ponto acima da temperatura eutetóide.
Ferrita eutetoide é um tipo de ferrita que se forma na temperatura eutetóide.
7 – Um aço-carbono contém 6,6% pond. de ferrite eutectóide. Qual é o teor de ponderal médio de carbono deste aço?
 O teor ponderal médio de carbono deste aço é de .
 
 → → de carbono.
8 – Um aço-carbono hipereutectóide com 1,05%C é arrefecido lentamente desde aproximadamente 900oC até temperatura ligeiramente inferior a 723oC.
a). Represente as estruturas macroscópicas circulares das transformações de fases que ocorrem.
Fig2: microestruturas
b) calcule a proporção em peso da cementite pró-eutectóide presente no aço.
==0.0488%
c). Calcule a proporção em peso da cementite eutectóide e a proporção em peso de ferrite eutectóide presentes no aço.
= = 0.154 → =
 → 0.154
 
9- Quais são as propriedades da cementite?
R: É um composto químico de fórmula química Fe3C e estrutura em forma de cristal ortorrômbico. Contém 6,67% de carbono e 93,33% de ferro. É um material duro e quebradiço e, apesar de ser comumente classificado como cerâmica em sua forma pura, é mais utilizado na metalurgia. É formado diretamente pelo derretimento do ferro fundido branco. 
10 – Qual é a causa do aumento da dureza e de resistência mecânica que ocorre nos aços de carbono, com estrutura da martensite, quando o teor de carbono é elevado?
R: Porque martensite apresenta os átomos de carbono nas faces e nas arestas, causando uma rede cristalina distorcida;
Cada átomo de carbono provoca uma deformação local constante, é evidente que a deformação média da malha cristalina será tanto mais intensa quanto menor for o número de células unitárias pelas quais se distribui a deformação provocada pela retenção de cada átomo de carbono, ou seja, será tanto mais intensa quanto mais elevado o teor em carbono.
11- Defina martensite Fe-C e bainite
A Bainita é um microconstituinte tipicamente formado nos aços, resultante da decomposição da austenita em um produto de duas fases: ferrita em forma de placas e partículas de carbonetos (geralmente cementita).
 . 
A martensita ou martensite é feita a partir da austenita, uma solução sólida de carbono e ferro com um formato centro-estrutural cristalino cúbico, que é formado pelo aquecimento de ferro a uma temperatura de pelo menos 723 graus Celsius.
12 – O que é transformação isotérmica no estado sólido? Quais são os estágios do TTT?
R: É um conjunto de transformações das características física/químicas em relação a fase inicial durante um tempo, enquanto a temperatura é mantida constante envolvendo somente fases solidas.
Os estágios são: Aquecimento, exposição e arrefecimento.
 13 – Se uma amostra delgada de um aço-carbono eutectóide for arrefecida em água desde região austenítica até a tempperatura ambiente, qual será a sua micoestrutura?
R:
 Fig3
14 – Descreve os seguintes tratamentos térmicos.
a) Recozimento de um aço-carbono. Qual é o tipo de microestrutura obtida a partir de aço carbono eutectóide?
R: O recozimento do aço-carbono é um método que consiste no aquecimento do aço acima da zona crítica, durante um certo período de tempo necessário, seguido de processos de resfriamento lento ou mediante o controle da velocidade de resfriamento do forno, tendo como objetivo aprimorar as propriedades do aço a fim de atender aos requisitos de usinabilidade.
O tipo de microstrutura obtida éum aço eutetóide (0,76% C em peso) ou seja somente perlita.
b) Normalização de um aço-carbono. Qual são os seus objectivos?
R: A normalização é um processo de recozimento. O objetivo da normalização é a intenção de deixar o material em um estado normal, ou seja, com a ausência de tensões internas e até mesmo distribuição de carbono. Para esse processo, altas temperaturas são mantidas até a transformação completa da austenita com refrigeração a ar.
É usado geralmente como um pós-tratamento para forjar, e pré-tratamento para têmpera e revenido.
c) Revenimento de um aço-carbono. O que provoca a diminuição da dureza no reveniido de aço-carbono?
Em decorrência da têmpera (transformação martensítica) no aço as tensões residuais são excessivas e a ductilidade e a tenacidade são muito baixas para permitir seu uso na maioria das aplicações, sendo necessária a realização de um tratamento térmico denominado revenimento (ou revenido), que altera a microestrutura e alivia as tensões decorrentes da têmpera, consistindo no aquecimento a temperaturas inferiores a Ac1, com o objetivo de aumentar a ductilidade e a tenacidade e ajustar a resistência mecânica para o nível desejado, além de aliviar tensões. 
d) Temperabilidade de um aço. Qual é o seu objectivo?
É um tratamento térmico comumente utilizado para aumentar a resistência mecânica dos aços através da formação de uma microestrutura de elevada dureza conhecida como martensita. A têmpera consiste na elevação e manutenção da temperatura do aço por um determinado período na região de austenitização promovendo, a seguir, o seu rápido resfriamento até a formação da martensita, utilizando-se um meio adequado para este fim. A formação dos constituintes ferrita, perlita, bainita e martensita irá depender da taxa de resfriamento e das características do aço expressas através dos seus diagramas de transformaçãoisotérmica ou TTT (Tempo-Temperatura-Transformação) e de resfriamento contínuo.
15 – Porque é recomendável destruir uma placa de uma ponte quando ocorre incêndio de um camião tanque de combustível, por baixo da mesma ponte?
16 – Quais são as impurezas permanentes dos aços-carbónicos? Qual deles pode criar defeitos por precipitação nos limites de grão (intergranular)? Qual é o perigo desse defeito.
R: Carbono, Enxofre, Fosforo, Manganês, Silício.
Efeito dos elementos no aco-carbono 
· Carbono: É o responsável direto pela dureza do material no estado recozido e normalização e pela sua temperalidade. Sem carbono, o ferro não pode ser endurecido pela têmpera, pois não haverá formação da martensita. 
· Silício: Nos teores normais (entre 0,15 e 0,30%) é o elemento essencialmente desoxidante, pois neutraliza a ação de CO ou CO2, por ocasião da fusão e solidificação dos aços.
· Manganês: Em teores entre 0,30 e 0,60%, atua como desoxidante do mesmo modo que o silício atua como dessulfurante, ao combinar-se com o enxofre de preferência ao ferro, formando sulfeto de manganês, eliminando o problema da fragilidade a quente que pode ocorrer na presença do FeS. 
· Fósforo: é responsável pela fragilidade a frio, isto é, baixa resistência ao choque à temperatura ambiente, devido ao fato de dissolver-se na ferrita, endurecê-la e aumentar o tamanho do grão. Entretanto esta influência do fósforo não é séria, exceto nos aços de alto teor de carbono. 
· Enxofre: forma com o ferro um sulfeto (FeS) e se localiza no contorno dos grãos. Devido ao baixo ponto de fusão do FeS, este irá fundir-se nas temperaturas correspondentes às operações de forjamento e laminação, diminuindo a tenacidade do aço, chegando às vezes a causar sua desintegração pela formaçào de fissuras durante a ação do martelo de forja ou cilíndros laminadores.
Das impurezas acima mencionadas, os sulfuretos são responsáveis por criar defeitos por precipitação nos limites de grão (intergranular) que levam as pecas à fadiga (baixa resiliência).
17 – Que utilização industrial têm as curvas de temperabilidade de Jemmy (curvas em S)?
R: As curvas de temperabilidade de Jemmy, são aplicadas industrialmente para delimitar o inicio e o fim da transformação estrutural a um dada temperatura constante, além de prever os microconstituintes do material e pode-se prever a dureza do material após o ciclo térmico.
Nestas curvas, o progresso da transformação é verificado por meio de um exame microscópico ou através de alguma medição da propriedade física (tal como a condutividade eléctrica) cuja magnitude seja característica da nova fase.
 Fig 4 Diagrama TTT
18- Qual é o elemento de liga e qual é a percentagem ponderal necessária para tornar um aço “inoxidável”? Fundamente a sua acção de conferir a inoxibilidade química dos aços.
R: O aço é uma liga formada principalmente pelos elementos ferro e carbono, já o aço inoxidável é uma liga de ferro e cromo, podendo conter também níquel, molibdênio e outros elementos. Esse tipo de aço contém aproximadamente 11% de cromo, e é justamente por isso que se torna resistente à corrosão. Essa característica torna o aço inoxidável superior ao aço comum, as propriedades físico-químicas como a alta resistência à oxidação atmosférica o torna especial para várias finalidades.
19 – O crómio é um elemento estabilizador da austenite ou da ferrite?
R: O crómio, assim como elementos tais como o tungsténio, molibdénio, silício e vanádio são os estabilizadores da ferrita. Apresentam uma estrutura CCC da ferrita, tornando-se estabilizadores desta fase.
20 – Porque são considerados não tratáveis termicamente os aços inoxidáveis ferríticos?
Os aços ferríticos não são tratados termicamente devido ao facto de não se formar a austenite quando o material é aquecido, o que causa a não transformação da austernite em martensinte.
Para os aços inoxidáveis ferríticos, a austernite não se forma após o aquecimento, contudo a transformação austenita a martensite não é possível.
21 – O que torna possível que um aço inoxidável austenítico apresente uma estrutura austenítica à temperatura ambiente?
R: Um aço inoxidável austenítico apresenta uma estrutura austenítica à temperatura ambiente, pois nestes aços verifica-se a presença do níquel contendo uma estrutura cristalina CFC. Nos aços austeníticos, o Ni apresenta um teor que varia dentre 8 a 30% e confere a estes aços uma elevada capacidade de deformação devido a estrutura CFC, que favorece a ductilidade e a tenacidade.
Como desvantagem apresentam sensibilidade a corrosão intergranular, quando expostos por longo tempo a temperaturas relativamente altas, principalmente quando os teores de carbono e cromo são altos.
22- Como se pode evitar a susceptibilidade intergranular dos aços inoxidáveis austeníticos arrefecidos lentamente?
R: Para se evitar a corrosão intergranular, podem-se adotar as seguintes medidas: submeter o material a um tratamento térmico de solubilização, onde todas as partículas de carboneto de cromo são redissolvidas em altas temperaturas; reduzindo o teor de carbono para valores inferiores a 0,03%, de modo que a formação de carboneto seja minimizada; usando algum elemento de liga, por exemplo o Nióbio ou o Titânio, que apresente uma maior tendência em formar carbonetos do que o cromo, de modo que o cromo permaneça em solução sólida (Callister,2008). 
 23 – O que são ferros fundidos? Qual é o intervalo básico da composição?
R: :  ferro fundido é uma liga de ferro em mistura eutética com elementos à base de carbono e silício. Forma uma liga metálica de ferro, carbono (a partir de 2% a 7%), silício(entre 1 e 4%), podendo conter outros elementos químicos. Sua diferença para o aço é que este também é uma liga metálica formada essencialmente por ferro e carbono, mas com percentagens entre 0,002 e 2,15%.
24 – Quais são algumas das propriedades dos ferros fundidos que os tornam materiais de grande utilidade na engenharis? Indique três aplicações.
R: 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;
· Ferro fundido nodular.
Segundo Callister (2014), 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 (VAN VLACK 1984).
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.
25 – Quais são os quatro tipos de ferros fundidos?
R: Os tipos mais comuns de ferros fundidos são: cinzento, nodular, branco, maleável e vermicular (grafita compacta).
26 – Porquê a fractura de um ferro fundido branco apresenta uma superfície branca?
R: Para os ferros fundidos com baixo teor de silício (que contem menos de 1,0 %p Si) e para taxas de resfriamento rápidas, a maioria do carbono existe como cementita, em vez de grafita. A superfície de fratura dessa liga tem uma aparência clara; dessa forma, ela e denominada ferro fundido branco.
27 – Que condições de vazamento favorecem a formação de ferro fundidocinzento?
R: podem ser produzidos ferros cinzentos com microestruturas diferentes, mediante o ajuste da composição e/ou usando um tratamento térmico apropriado. Por exemplo, a redução do teor de silício ou o aumento da taxa de resfriamento pode prevenir a dissociação completa da cementite para formar grafita. Sob essas circunstancias, a microestrutura consiste em flocos de grafita em uma matriz de perlite.
Para os ferros fundidos com baixo teor de silício (que contem menos de 1,0 %p Si) e para taxas de resfriamento rápidas, a maioria do carbono existe como cementita, em vez de grafita. A superfície de fratura dessa liga tem uma aparência clara; dessa forma, ela e denominada ferro fundido branco. Serem estas grossas podem apresentar apenas uma camada superficial de ferro branco, a qual foi “resfriada mais rapidamente” durante o processo de fundição; o ferro cinzento se forma nas regioes do interior, que se resfriam mais lentamente.
28 – Como são produzidos os seguintes ferros fundidos:
a) Dúcteis. Quais são as suas aplicações?
O ferro fundido dúctil é uma classe de ferro fundido onde o carbono (grafite) junto com cementita e outros que permanece livre na matriz metálica, porém em forma solida e de visualidade circular. Este formato da grafite faz com que a ductilidade seja superior, conferindo às materiais características que o aproximam do aço.
 É utilizado na indústria para a confeção de peças que necessitem de maior resistência a impacto em relação aos ferros fundidos cinzentos, além de maior resistência à tração e resistência ao escoamento, característica que os ferros fundidos cinzentos comuns não possuem à temperatura ambiente.
b) maleáveis. Quais são as suas aplicações? 
A obtenção é feita a partir do ferro fundido branco e um tratamento térmico chamado maleabilização, a peça do ferro branco fica submetido a uma temperatura de 900° a 1000° durante 30 horas, com todo seu meio de trajeto.
Aplicações: conexão para tubulações, sapatas de freios, caixas de engrenagens, cubos de rodas, bielas, alças de caixões etc.
Bibliografia 
· William F. Smith - Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais – 3ª. Edição. McGraw-Hill de Portugal. 1998.