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Perguntas e respostas das seções verificação de conceitos -
Callister- ciência e engenharia de materiais
Engenharia Civil (Universidade Federal do Rio de Janeiro)
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Obra: Edição: 3ª Prova: Capítulo: Nº฀páginas:CALLISTER 8ª Fechamento MS฀-฀CCQA 53
Editora: Data: Revisor:
LTC 31/08/12
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Material฀Suplementar฀para฀Acompanhar
O I T A V A ฀ E D I Ç Ã O
Ciência฀e฀Engenharia฀
de฀Materiais
Uma฀Introdução
Perguntas฀e฀Respostas฀das฀
Seções฀Verificação฀de฀Conceitos฀
dos฀Capítulos฀2฀a฀21
William฀D.฀Callister,฀Jr.
Departamento฀de฀Engenharia฀Metalúrgica฀฀
The฀University฀of฀Utah
David฀G.฀Rethwisch
Departamento฀de฀Engenharia฀Química฀e฀Bioquímica฀฀
The฀University฀of฀Iowa
Tradução฀
Sergio฀Murilo฀Stamile฀Soares
Revisão฀Técnica
José฀Roberto฀Moraes฀d’Almeida,฀D.Sc.฀
Professor฀da฀Pontifícia฀Universidade฀Católica฀do฀Rio฀de฀Janeiro฀–฀PUC-Rio,฀
Departamento฀de฀Engenharia฀de฀Materiais฀฀
Professor฀da฀Universidade฀do฀Estado฀do฀Rio฀de฀Janeiro฀–฀UERJ,
Departamento฀de฀Engenharia฀Mecânica
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Este฀Material฀Suplementar฀contém฀Perguntas฀e฀Respostas฀das฀Seções฀Verificação฀de฀Conceitos฀dos฀
Capítulos฀2฀a฀21฀que฀podem฀ser฀usadas฀como฀apoio฀para฀o฀livro฀Ciência฀e฀Engenharia฀de฀Materiais:฀
Uma฀Introdução,฀Oitava฀Edição,฀2012.฀Este฀material฀é฀de฀uso฀exclusivo฀de฀professores฀e฀estudantes฀que฀
adquiriram฀o฀livro.
Material฀Suplementar฀Perguntas฀e฀Respostas฀das฀Seções฀Verificação฀de฀Conceitos฀dos฀Capítulos฀2฀a฀21฀
traduzido฀do฀material฀original:
MATERIALS฀SCIENCES฀AND฀ENGINEERING:฀AN฀INTRODUCTION,฀EIGHTH฀EDITION฀
Copyright฀©฀2010,฀2007,฀2003,฀2000฀John฀Wiley฀&฀Sons,฀Inc.
All฀Rights฀Reserved.฀This฀translation฀published฀under฀license.
ISBN:฀978-0-470-41997-7
Obra฀publicada฀pela฀LTC฀Editora:
CIÊNCIA฀E฀ENGENHARIA฀DE฀MATERIAIS:฀UMA฀INTRODUÇÃO,฀OITAVA฀EDIÇÃO,฀2012
Direitos฀exclusivos฀para฀a฀língua฀portuguesa
Copyright฀©฀2012฀by฀
LTC฀__฀Livros฀Técnicos฀e฀Científicos฀Editora฀Ltda.฀
Uma฀editora฀integrante฀do฀GEN฀|฀Grupo฀Editorial฀Nacional
Capa:฀Roy฀Wiemann฀e฀Bill฀Callister
Editoração฀Eletrônica:฀ Diagrama Ação
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iv •
Sumário
Capítulo฀2฀฀฀Estrutura฀Atômica฀e฀Ligação฀Interatômica฀ ฀ 1
Capítulo฀3฀฀฀A฀Estrutura฀dos฀Sólidos฀Cristalinos฀ ฀ 2
Capítulo฀4฀฀฀Imperfeições฀nos฀Sólidos฀ ฀ 3
Capítulo฀5฀฀฀Difusão฀ ฀ 4
Capítulo฀6฀฀฀Propriedades฀Mecânicas฀dos฀Metais฀ ฀ 6
Capítulo฀7฀฀฀Discordâncias฀e฀Mecanismos฀de฀Aumento฀de฀Resistência฀ ฀ 8
Capítulo฀8฀฀฀Falha฀ ฀ 10
Capítulo฀9฀฀฀Diagramas฀de฀Fases฀ ฀ 12
Capítulo฀10฀฀฀Transformações฀de฀Fases:฀Desenvolvimento฀da฀Microestrutura฀e฀
Alteração฀das฀Propriedades฀Mecânicas฀ ฀ 16
Capítulo฀11฀฀฀Aplicações฀e฀Processamento฀de฀Ligas฀Metálicas฀ ฀ 20
Capítulo฀12฀฀฀Estruturas฀e฀Propriedades฀das฀Cerâmicas฀ ฀ 22
Capítulo฀13฀฀฀Aplicações฀e฀Processamento฀das฀Cerâmicas฀ ฀ 24
Capítulo฀14฀฀฀Estruturas฀dos฀Polímeros฀ ฀ 26
Capítulo฀15฀฀฀Características,฀Aplicações฀e฀Processamento฀dos฀Polímeros฀ ฀ 28
Capítulo฀16฀฀฀Compósitos฀ ฀ 33
Capítulo฀17฀฀฀Corrosão฀e฀Degradação฀dos฀Materiais฀ ฀ 35
Capítulo฀18฀฀Propriedades฀Elétricas฀ ฀ 38
Capítulo฀19฀฀฀Propriedades฀Térmicas฀ ฀ 43
Capítulo฀20฀฀฀Propriedades฀Magnéticas฀ ฀ 45
Capítulo฀21฀฀฀Propriedades฀Ópticas฀ ฀ 48
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• 1
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀2.1
Pergunta:฀Por฀que,฀em฀geral,฀os฀pesos฀atômicos฀dos฀elementos฀não฀são฀números฀inteiros?฀Cite฀duas฀
razões.
Resposta:฀Os฀pesos฀atômicos฀dos฀elementos฀não฀são,฀em฀geral,฀números฀inteiros฀porque:฀(1)฀as฀mas-
sas฀atômicas฀dos฀átomos฀normalmente฀não฀são฀números฀inteiros฀(à฀exceção฀do฀12C)฀e฀(2)฀o฀peso฀
atômico฀é฀calculado฀como฀sendo฀a฀média฀ponderada฀das฀massas฀atômicas฀dos฀isótopos฀naturais฀de฀
um฀átomo.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀2.2
Pergunta:฀Dê฀as฀configurações฀eletrônicas฀para฀os฀íons฀Fe3+฀e฀S2–.
Resposta:฀O฀íon฀Fe3+฀é฀um฀átomo฀de฀ferro฀que฀perdeu฀três฀elétrons.฀Uma฀vez฀que฀a฀configuração฀
eletrônica฀do฀átomo฀de฀ferro฀é฀1s22s22p63s23p63d64s2฀(Tabela฀2.2),฀a฀configuração฀para฀o฀íon฀Fe3+฀é฀
1s22s22p63s23p63d5.
O฀íon฀S2–฀é฀um฀átomo฀de฀enxofre฀que฀ganhou฀dois฀elétrons.฀Uma฀vez฀que฀a฀configuração฀ele-
trônica฀do฀átomo฀de฀S฀é฀1s22s22p63s23p4฀(Tabela฀2.2),฀a฀configuração฀para฀o฀S2–฀é฀1s22s22p63s23p6.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀2.3
Pergunta:฀Explique฀por฀que฀os฀materiais฀ligados฀covalentemente฀são,฀em฀geral,฀menos฀densos฀que฀os฀
materiais฀ligados฀ionicamente฀ou฀por฀ligações฀metálicas.
Resposta:฀Os฀materiais฀ ligados฀por฀ligações฀covalentes฀são฀menos฀densos฀que฀os฀materiais฀com฀
ligações฀metálicas฀e฀com฀ligações฀iônicas฀porque฀as฀ligações฀covalentes฀são฀de฀natureza฀direcional,฀
enquanto฀as฀ligações฀metálicas฀e฀iônicas฀não฀o฀são;฀quando฀as฀ligações฀são฀direcionais,฀os฀átomos฀
não฀se฀agrupam฀de฀maneira฀tão฀compacta,฀resultando฀em฀menor฀massa฀específica.
C a p í t u l o ฀ 2฀฀฀Estrutura฀Atômica฀e฀
Ligação฀Interatômica
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2 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀3.1
Pergunta:฀Qual฀é฀a฀diferença฀entre฀estrutura฀cristalina฀e฀sistema฀cristalino?Resposta:฀Uma฀estrutura฀cristalina฀é฀descrita฀tanto฀pela฀geometria฀da฀célula฀unitária฀quanto฀pelos฀
arranjos฀dos฀átomos฀no฀interior฀da฀célula฀unitária,฀enquanto฀um฀sistema฀cristalino฀é฀descrito฀apenas฀
em฀termos฀da฀geometria฀da฀célula฀unitária.฀Por฀exemplo,฀as฀estruturas฀cristalinas฀cúbica฀de฀faces฀
centradas฀e฀cúbica฀de฀corpo฀centrado฀são฀estruturas฀cristalinas฀que฀pertencem฀ao฀sistema฀cristalino฀
cúbico.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀3.2
Pergunta:฀Nos฀cristais฀cúbicos,฀à฀medida฀que฀os฀valores฀dos฀índices฀planares฀h,฀k฀e฀l฀aumentam,฀a฀
distância฀entre฀planos฀adjacentes฀e฀paralelos฀(isto฀é,฀o฀espaçamento฀interplanar)฀aumenta฀ou฀dimi-
nui?฀Por฀quê?
Resposta:฀O฀espaçamento฀interplanar฀entre฀planos฀adjacentes฀e฀paralelos฀diminui฀à฀medida฀que฀os฀
valores฀de฀h,฀k฀e฀l฀aumentam.฀Conforme฀os฀valores฀dos฀índices฀dos฀planos฀aumentam,฀a฀grandeza฀
do฀denominador฀na฀Equação฀3.14฀aumenta,฀com฀o฀resultado฀de฀que฀o฀espaçamento฀interplanar฀
(dhkl)฀diminui.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀3.3
Pergunta:฀Os฀materiais฀não฀cristalinos฀exibem฀o฀fenômeno฀da฀alotropia฀(ou฀polimorfismo)?฀Por฀que฀
sim,฀ou฀por฀que฀não?
Resposta:฀Os฀materiais฀não฀cristalinos฀não฀exibem฀o฀fenômeno฀da฀alotropia;฀uma฀vez฀que฀um฀mate-
rial฀não฀cristalino฀não฀possui฀uma฀estrutura฀cristalina฀definida,฀ele฀não฀pode฀ ter฀mais฀que฀uma฀
estrutura฀cristalina,฀que฀é฀a฀definição฀de฀alotropia.
C a p í t u l o ฀ 3฀฀฀A฀Estrutura฀dos฀Sólidos฀Cristalinos
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• 3
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀4.1
Pergunta:฀A฀energia฀de฀superfície฀de฀um฀monocristal฀depende฀da฀orientação฀cristalográfica.฀Essa฀
energia฀de฀superfície฀aumenta฀ou฀diminui฀com฀um฀aumento฀da฀densidade฀planar?฀Por฀quê?
Resposta:฀A฀energia฀de฀superfície฀de฀um฀monocristal฀depende฀da฀densidade฀planar฀(isto฀é,฀do฀grau฀
de฀empacotamento฀atômico)฀do฀plano฀exposto฀à฀superfície,฀devido฀ao฀número฀de฀ligações฀que฀não฀
estão฀completas.฀À฀medida฀que฀a฀densidade฀planar฀aumenta,฀o฀número฀de฀átomos฀vizinhos฀mais฀
próximos฀no฀plano฀aumenta,฀o฀que฀resulta฀no฀aumento฀do฀número฀de฀ligações฀atômicas฀que฀ocor-
rem฀no฀plano฀e฀na฀diminuição฀do฀número฀de฀ligações฀atômicas฀que฀não฀estão฀completas.฀Uma฀vez฀
que฀o฀número฀de฀ligações฀atômicas฀que฀não฀estão฀completas฀diminui,฀a฀energia฀de฀superfície฀tam-
bém฀diminui.฀(Ou฀seja,฀a฀energia฀de฀superfície฀diminui฀com฀o฀aumento฀da฀densidade฀planar.)
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀4.2
Pergunta:฀O฀número฀do฀tamanho฀do฀grão฀(n฀na฀Equação฀4.16)฀aumenta฀ou฀diminui฀com฀a฀diminui-
ção฀do฀tamanho฀do฀grão?฀Por฀quê?
Resposta:฀Tirando฀os฀logaritmos฀da฀Equação฀4.16฀e,฀então,฀rearranjando฀de฀maneira฀que฀o฀número฀
do฀tamanho฀do฀grão฀n฀seja฀a฀variável฀dependente,฀tem-se฀a฀expressão
n฀= 1 +
log N
log฀2
Dessa฀forma,฀n฀aumenta฀com฀o฀aumento฀de฀N.฀Entretanto,฀à฀medida฀que฀N฀(o฀número฀médio฀de฀
grãos฀por฀polegada฀quadrada฀sob฀uma฀ampliação฀de฀100)฀aumenta,฀o฀tamanho฀do฀grão฀diminui.฀
Em฀outras฀palavras,฀o฀valor฀de฀n฀aumenta฀com฀a฀diminuição฀do฀tamanho฀do฀grão.
C a p í t u l o ฀ 4฀฀฀Imperfeições฀nos฀Sólidos
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4 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀5.1
Pergunta:฀ Classifique฀ em฀ ordem฀ decrescente฀ as฀ magnitudes฀ dos฀ coeficientes฀ de฀ difusão฀ para฀ os฀
seguintes฀sistemas:
N฀no฀Fe฀a฀700°C
Cr฀no฀Fe฀a฀700°C
N฀no฀Fe฀a฀900°C
Cr฀no฀Fe฀a฀900°C
Justifique,฀então,฀essa฀ordenação.฀(Nota:฀Tanto฀o฀Fe฀quanto฀o฀Cr฀têm฀estrutura฀cristalina฀CCC,฀e฀os฀
raios฀atômicos฀para฀o฀Fe,฀Cr฀e฀N฀são฀0,124,฀0,125฀e฀0,065฀nm,฀respectivamente.฀Caso฀necessário,฀con-
sulte฀também฀a฀Seção฀4.3.)
Resposta:฀A฀classificação฀das฀magnitudes฀dos฀coeficientes฀de฀difusão฀é฀a฀seguinte:
N฀no฀Fe฀a฀900°C;฀DN(900)
N฀no฀Fe฀a฀700°C;฀DN(700)
Cr฀no฀Fe฀a฀900°C;฀DCr(900)
Cr฀no฀Fe฀a฀700°C;฀DCr(700)
O฀nitrogênio฀é฀uma฀impureza฀intersticial฀no฀Fe฀(com฀base฀em฀seu฀raio฀atômico),฀enquanto฀o฀Cr฀é฀
uma฀impureza฀substitucional.฀Uma฀vez฀que฀a฀difusão฀intersticial฀ocorre฀mais฀rapidamente฀que฀a฀
difusão฀de฀uma฀impureza฀substitucional,฀DN฀>฀DCr.฀Além฀disso,฀como฀a฀magnitude฀do฀coeficiente฀de฀
difusão฀aumenta฀com฀o฀aumento฀da฀temperatura,฀D(900)฀>฀D(700).
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀5.2
Pergunta:฀Considere฀a฀autodifusão฀de฀dois฀metais฀hipotéticos,฀A฀e฀B.฀Em฀um฀gráfico฀esquemático฀de฀
ln฀D฀em฀função฀de฀1/T,฀represente฀(e฀identifique)฀as฀linhas฀para฀ambos฀os฀metais,฀dado฀que฀D0(A)฀>฀
D0(B),฀e฀também฀que฀Qd(A)฀>฀Qd(B).
Resposta:฀O฀gráfico฀esquemático฀de฀ln฀D฀em฀função฀de฀1/T฀com฀as฀linhas฀para฀os฀metais฀A฀e฀B฀é฀
mostrado฀a฀seguir.
C a p í t u l o ฀ 5฀฀฀Difusão
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Difusão • 5
Como฀foi฀explicado฀anteriormente,฀a฀interseção฀com฀o฀eixo฀vertical฀é฀igual฀a฀ln฀D0.฀Como฀mos-
trado฀nesse฀gráfico,฀a฀interseção฀para฀o฀metal฀A฀é฀maior฀do฀que฀a฀interseção฀para฀o฀metal฀B,฀uma฀
vez฀que฀D0(A)฀>฀D0(B)฀[alternativamente,฀ln฀D0(A)฀>฀ln฀D0(B)].฀Além฀disso,฀a฀inclinação฀da฀linha฀
é฀igual฀a฀–Qd/R.฀As฀duas฀linhas฀no฀gráfico฀foram฀construídas฀tal฀que฀a฀inclinação฀negativa฀para฀o฀
metal฀A฀é฀maior฀do฀que฀para฀o฀metal฀B,฀uma฀vez฀que฀Qd(A)฀>฀Qd(B).
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6 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀6.1
Pergunta:฀Cite฀as฀principais฀diferenças฀entre฀os฀comportamentos฀das฀deformações฀elástica,฀anelástica฀
e฀plástica.
Resposta:฀A฀deformação฀elástica฀é฀independente฀do฀tempo฀e฀não฀permanente;฀a฀deformação฀ane-
lástica฀é฀dependente฀do฀tempo฀e฀não฀permanente,฀enquanto฀a฀deformação฀plástica฀é฀permanente.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀6.2
Perguntas:฀Dentre฀aqueles฀metais฀listados฀na฀Tabela฀6.3,
(a)฀ Qual฀terá฀a฀maior฀redução฀percentual฀em฀área?฀Por฀quê?
(b)฀Qual฀é฀o฀mais฀resistente?฀Por฀quê?
(c)฀ Qual฀é฀o฀mais฀rígido?฀Por฀quê?
C a p í t u l o ฀ 6฀฀฀Propriedades฀Mecânicas฀
dos฀Metais
Respostas:
(a)฀ O฀material฀B฀apresentará฀a฀maior฀redução฀percentual฀em฀área,฀uma฀vez฀que฀possui฀a฀maior฀
deformação฀na฀fratura฀e,฀portanto,฀é฀o฀mais฀dúctil.
(b)฀O฀material฀D฀é฀o฀mais฀resistente,฀pois฀tem฀os฀maiores฀limites฀de฀escoamento฀e฀de฀resistência฀à฀
tração.
(c)฀ O฀material฀E฀é฀o฀mais฀rígido,฀pois฀apresenta฀o฀maior฀módulo฀de฀elasticidade.
Tabela฀6.3฀ ฀Dados฀de฀tensão-deformação฀em฀tração฀para฀vários฀metais฀
hipotéticos,฀para฀serem฀usados฀com฀as฀Verificações฀de฀
Conceitos฀6.2฀e฀6.4
Material
Fratura฀antes฀do฀escoamento
Limite฀de
Escoamento
(MPa)
Resistência
na฀Fratura
(MPa)
Módulo฀de
Elasticidade
(GPa)
Deformação
na฀Fratura
Limite฀de
Resistência
à฀Tração
(MPa)
A 310 340 0,23 265 210
B 100 120 0,40 105 150
C 415 550 0,15 500 310
D 700 850 0,14 720 210
E 650 350
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Propriedades฀Mecânicas฀dos฀Metais • 7
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀6.3
Pergunta:฀Trace฀um฀gráfico฀esquemático฀mostrando฀o฀comportamento฀tensão-deformação฀de฀enge-
nharia฀em฀tração฀para฀uma฀liga฀metálica฀típica฀até฀o฀ponto฀da฀fratura.฀Em฀seguida,฀superponha฀nesse฀
gráfico฀uma฀curva฀esquemática฀da฀relação฀tensão-deformação฀de฀engenharia฀em฀compressão฀para฀a฀
mesma฀liga.฀Explique฀quaisquer฀diferenças฀que฀existam฀entre฀as฀duas฀curvas.
Resposta:฀O฀gráfico฀tensão-deformação฀esquemático฀no฀qual฀as฀duas฀curvas฀estão฀traçadas฀está฀
mostrado฀a฀seguir.
As฀regiões฀lineares฀(elásticas)฀iniciais฀de฀ambas฀as฀curvas฀serão฀as฀mesmas.฀Afora฀isso,฀há฀três฀dife-
renças฀entre฀as฀duas฀curvas,฀que฀são฀as฀seguintes:
(1)฀Fora฀da฀região฀elástica,฀a฀curva฀de฀tração฀está฀localizada฀abaixo฀da฀curva฀de฀compressão.฀A฀
razão฀para฀isso฀é฀que,฀durante฀a฀compressão,฀a฀área฀da฀seção฀transversal฀do฀corpo฀de฀provas฀está฀
aumentando฀–฀ou฀seja,฀para฀dois฀corpos฀de฀provas฀com฀a฀mesma฀área฀inicial฀da฀seção฀transversal฀(A0),฀em฀um฀dado฀valor฀de฀deformação,฀a฀área฀da฀seção฀transversal฀instantânea฀em฀compressão฀
será฀maior฀do฀que฀aquela฀em฀tração.฀Consequentemente,฀a฀força฀aplicada฀necessária฀para฀dar฀con-
tinuidade฀à฀deformação฀será฀maior฀para฀a฀compressão฀que฀para฀a฀tração;฀e,฀uma฀vez฀que฀a฀tensão฀
é฀definida฀pela฀Equação฀6.1฀como
 =
F
A0
a฀força฀aplicada฀é฀maior฀para฀a฀compressão;฀assim,฀a฀ tensão฀também฀será฀maior฀(já฀que฀A0฀é฀a฀
mesma฀para฀ambos฀os฀casos).
(2)฀A฀curva฀de฀compressão฀não฀exibirá฀um฀máximo,฀uma฀vez฀que฀o฀corpo฀de฀provas฀testado฀em฀
compressão฀não฀apresentará฀empescoçamento฀–฀a฀área฀da฀seção฀transversal฀na฀qual฀a฀deformação฀
ocorre฀crescerá฀continuamente฀durante฀a฀compressão.
(3)฀A฀deformação฀na฀qual฀ocorrerá฀a฀falha฀será฀maior฀para฀a฀compressão.฀Novamente,฀esse฀com-
portamento฀é฀explicado฀pela฀ausência฀de฀empescoçamento฀no฀corpo฀de฀provas฀sob฀compressão.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀6.4
Pergunta:฀Dentre฀os฀metais฀listados฀na฀Tabela฀6.3,฀qual฀tem฀a฀maior฀dureza?฀Por฀quê?
Resposta:฀O฀material฀D฀é฀o฀mais฀duro,฀pois฀apresenta฀o฀maior฀limite฀de฀resistência฀à฀tração.
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8 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀7.1
Pergunta:฀ Qual฀ dos฀ seguintes฀ sistemas฀ é฀ o฀ sistema฀ de฀ escorregamento฀ para฀ a฀ estrutura฀ cristalina฀
cúbica฀simples?฀Por฀quê?
{100}<110>
{110}<110>
{100}<010>
{110}<111>
(Nota:฀uma฀célula฀unitária฀para฀a฀estrutura฀cristalina฀cúbica฀simples฀está฀mostrada฀na฀Figura฀3.24.)
Resposta:฀O฀sistema฀de฀escorregamento฀para฀qualquer฀estrutura฀cristalina฀corresponde฀ao฀plano฀
cristalográfico฀mais฀compacto฀e,฀naquele฀plano,฀a฀direção฀cristalográfica฀mais฀compacta.฀Para฀a฀
estrutura฀cúbica฀simples,฀o฀plano฀atômico฀mais฀compacto฀é฀o฀plano฀do฀tipo฀{100};฀a฀direção฀mais฀
compacta฀nesse฀plano฀é฀a฀direção฀do฀tipo฀<010>.฀Portanto,฀o฀sistema฀de฀escorregamento฀para฀a฀
estrutura฀cúbica฀simples฀é฀o฀{100}<010>.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀7.2
Pergunta:฀Explique฀a฀diferença฀entre฀tensão฀cisalhante฀rebatida฀e฀tensão฀cisalhante฀rebatida฀crítica.
Resposta:฀A฀tensão฀cisalhante฀rebatida฀é฀o฀componente฀de฀cisalhamento฀de฀uma฀tensão฀de฀tração฀
(ou฀de฀compressão)฀aplicada฀rebatida฀ao฀longo฀de฀um฀plano฀de฀escorregamento฀que฀não฀é฀perpen-
dicular฀nem฀paralelo฀ao฀eixo฀da฀tensão.฀A฀tensão฀cisalhante฀rebatida฀crítica฀é฀o฀valor฀da฀tensão฀cisa-
lhante฀rebatida฀no฀qual฀o฀escoamento฀começa;฀ela฀é฀uma฀propriedade฀do฀material.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀7.3
Pergunta:฀Ao฀se฀realizar฀medições฀da฀dureza,฀qual฀será฀o฀efeito฀de฀fazer฀uma฀impressão฀muito฀pró-
xima฀a฀uma฀impressão฀preexistente?฀Por฀quê?
Resposta:฀A฀dureza฀medida฀a฀partir฀de฀uma฀impressão฀que฀está฀posicionada฀muito฀próxima฀a฀uma฀
impressão฀preexistente฀será฀alta.฀O฀material฀nessa฀vizinhança฀foi฀trabalhado฀a฀frio฀quando฀a฀pri-
meira฀impressão฀foi฀feita.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀7.4
Pergunta:฀Você฀esperaria฀que฀um฀material฀cerâmico฀cristalino฀encruasse฀à฀temperatura฀ambiente?฀
Por฀que฀sim,฀ou฀por฀que฀não?
Resposta:฀Não,฀não฀seria฀esperado.฀Para฀que฀um฀material฀encrue,฀ele฀deve฀ser฀deformado฀plastica-
mente;฀uma฀vez฀que฀os฀materiais฀cerâmicos฀são฀frágeis฀à฀temperatura฀ambiente,฀eles฀sofrerão฀fra-
tura฀antes฀que฀qualquer฀deformação฀plástica฀ocorra.
C a p í t u l o ฀ 7฀฀฀Discordâncias฀e฀Mecanismos฀
de฀Aumento฀de฀Resistência
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Discordâncias฀e฀Mecanismos฀de฀Aumento฀de฀Resistência • 9
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀7.5
Pergunta:฀Explique฀sucintamente฀por฀que฀alguns฀metais฀(por฀exemplo,฀o฀chumbo฀e฀o฀estanho)฀não฀
encruam฀quando฀são฀deformados฀à฀temperatura฀ambiente.
Resposta:฀Metais฀como฀o฀chumbo฀e฀o฀estanho฀não฀encruam฀à฀temperatura฀ambiente฀porque฀suas฀
temperaturas฀de฀recristalização฀são฀inferiores฀à฀temperatura฀ambiente฀(Tabela฀7.2).
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀7.6
Pergunta:฀Você฀espera฀que฀seja฀possível฀que฀os฀materiais฀cerâmicos฀apresentem฀recristalização?฀Por฀
que฀sim,฀ou฀por฀que฀não?
Resposta:฀Não,฀a฀recristalização฀não฀é฀esperada฀nos฀materiais฀cerâmicos.฀Para฀que฀haja฀recristali-
zação,฀ um฀ material฀ deve฀ ser,฀ primeiro,฀ deformado฀ plasticamente,฀ e฀ os฀ materiais฀ cerâmicos฀ são฀
muito฀frágeis฀para฀sofrerem฀tal฀deformação.
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10 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀8.1
Pergunta:฀Cite฀duas฀situações฀nas฀quais฀a฀possibilidade฀de฀falha฀é฀parte฀integrante฀do฀projeto฀de฀um฀
componente฀ou฀produto.
Resposta:฀Algumas฀situações฀em฀que฀a฀possibilidade฀de฀uma฀falha฀é฀parte฀do฀projeto฀de฀um฀com-
ponente฀ou฀de฀um฀produto฀são฀as฀seguintes:฀(1)฀o฀anel฀de฀abertura฀na฀parte฀superior฀de฀latas฀de฀
bebidas฀em฀alumínio;฀(2)฀postes฀de฀utilidades/iluminação฀em฀alumínio฀localizados฀nas฀margens฀de฀
rodovias฀–฀danos฀mínimos฀ocorrem฀a฀um฀veículo฀quando฀há฀colisão฀com฀o฀poste;฀e฀(3)฀em฀alguns฀
componentes฀de฀máquinas,฀um฀pino฀de฀cisalhamento฀é฀usado฀para฀conectar฀uma฀engrenagem฀ou฀
uma฀polia฀a฀um฀eixo฀–฀o฀pino฀é฀projetado฀para฀ser฀cisalhado฀antes฀que฀algum฀dano฀seja฀causado฀ao฀
eixo฀ou฀à฀engrenagem฀em฀uma฀situação฀de฀sobrecarga.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀8.2
Pergunta:฀Faça฀um฀gráfico฀esquemático฀da฀tensão฀em฀função฀do฀tempo฀para฀uma฀situação฀em฀que฀a฀
razão฀de฀tensões฀R฀é฀de฀+1.
Resposta:฀Para฀uma฀razão฀de฀tensões฀(R)฀de฀+1,฀então,฀a฀partir฀da฀Equação฀8.17,
máx฀฀mín
Isto฀é฀o฀mesmo฀que฀dizer฀que฀a฀tensão฀permanece฀constante฀(ou฀que฀não฀oscila)฀ao฀longo฀do฀tempo,฀
ou฀que฀o฀gráfico฀da฀tensão฀em฀função฀do฀tempo฀aparecerá฀como
C a p í t u l o ฀ 8฀฀฀Falha
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀8.3
Pergunta:฀Considerando฀as฀Equações฀8.16฀e฀8.17,฀demonstre฀que฀um฀aumento฀no฀valor฀da฀razão฀de฀
tensões฀R฀produz฀uma฀diminuição฀na฀amplitude฀da฀tensão฀a.
Resposta:฀A฀partir฀da฀Equação฀8.17,
mín฀฀Rmáx
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Falha • 11
Além฀disso,฀a฀Equação฀8.16฀é
a฀฀
máx฀฀mín
2
A฀substituição฀de฀mín฀da฀primeira฀expressão฀nessa฀última฀fornece
a฀฀
máx฀฀Rmáx
฀
máx ฀(1฀฀R)
2 2
Portanto,฀conforme฀a฀magnitude฀de฀R฀aumenta฀(ou฀torna-se฀mais฀positiva),฀a฀magnitude฀de฀a฀
diminui.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀8.4
Pergunta:฀As฀superfícies฀para฀algumas฀amostras฀de฀aço฀que฀falharam฀por฀fadiga฀têm฀uma฀aparência฀
granular฀ou฀cristalina,฀brilhante.฀Os฀leigos฀podem฀explicar฀a฀falha฀dizendo฀que฀o฀metal฀cristalizou฀
enquanto฀estava฀em฀serviço.฀Apresente฀uma฀crítica฀a฀essa฀explicação.
Resposta:฀Cristalizar฀significa฀tornar฀cristalino.฀Dessa฀forma,฀o฀enunciado฀“O฀metal฀fraturou฀por-
que฀cristalizou”฀está฀errado,฀uma฀vez฀que฀o฀metal฀já฀era฀cristalino฀antes฀de฀ser฀submetido฀à฀tensão฀
(virtualmente,฀todos฀os฀metais฀são฀cristalinos).
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀8.5
Pergunta:฀Sobreponha฀em฀um฀mesmo฀gráfico฀da฀deformação฀em฀função฀do฀tempo฀as฀curvas฀esque-
máticas฀de฀fluência฀para฀uma฀tensão฀de฀tração฀constante฀e฀para฀uma฀carga฀de฀tração฀constante,฀e฀
explique฀as฀diferenças฀no฀comportamento.
Resposta:฀As฀curvas฀esquemáticas฀de฀fluência฀tanto฀para฀tensão฀constante฀quanto฀para฀carga฀cons-
tante฀estão฀mostradas฀a฀seguir.
Com฀o฀aumento฀do฀tempo,฀a฀curva฀para฀carga฀constante฀torna-se฀progressivamente฀mais฀alta฀que฀
a฀curva฀para฀tensão฀constante.฀Uma฀vez฀que฀esses฀testes฀são฀de฀tração,฀a฀área฀da฀seção฀transversal฀
diminui฀ conforme฀a฀deformação฀prossegue.฀Dessa฀ forma,฀para฀manter฀uma฀ tensão฀constante,฀a฀
carga฀aplicada฀deve฀ser฀diminuída฀de฀maneira฀correspondente,฀já฀que฀tensão฀=฀carga/área.
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Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀9.1
Pergunta:฀Qual฀é฀a฀diferença฀entre฀os฀estados฀de฀equilíbrio฀de฀fases฀e฀de฀metaestabilidade?
Resposta:฀Para฀a฀condição฀de฀equilíbrio฀de฀fases,฀a฀energia฀livre฀é฀mínima฀e฀o฀sistema฀está฀comple-
tamente฀estável,฀o฀que฀significa฀que฀as฀características฀das฀fases฀são฀constantes฀ao฀longo฀do฀tempo.฀
Na฀metaestabilidade,฀o฀sistema฀não฀está฀em฀equilíbrio฀e฀ocorrem฀mudanças฀muito฀pequenas฀(e฀com฀
frequência฀imperceptíveis)฀nas฀características฀das฀fases฀ao฀longo฀do฀tempo.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀9.2
Pergunta:฀Uma฀liga฀cobre-níquel฀com฀composição฀de฀70%p฀Ni-30%p฀Cu฀é฀aquecida฀lentamente฀a฀
partir฀de฀uma฀temperatura฀de฀1300°C฀(2370°F).
(a)฀ Em฀qual฀temperatura฀se฀forma฀a฀primeira฀fração฀da฀fase฀líquida?
(b)฀Qual฀é฀a฀composição฀dessa฀fase฀líquida?
(c)฀ Em฀qual฀temperatura฀ocorre฀a฀fusão฀completa฀da฀liga?
(d)฀Qual฀é฀a฀composição฀da฀última฀fração฀de฀sólido฀antes฀da฀fusão฀completa?
Resposta:฀Com฀o฀aquecimento฀de฀uma฀liga฀cobre-níquel฀com฀composição฀de฀70%p฀Ni-30%p฀Cu฀a฀
partir฀de฀1300°C฀e฀utilizando฀a฀Figura฀9.3a:
(a)฀ A฀primeira฀fração฀de฀líquido฀forma-se฀na฀temperatura฀na฀qual฀uma฀linha฀vertical฀nessa฀com-
posição฀intercepta฀a฀fronteira฀entre฀fases฀(฀฀L)฀–฀isto฀é,฀em฀aproximadamente฀1350°C;
(b)฀A฀composição฀dessa฀fase฀líquida฀corresponde฀à฀interseção฀da฀linha฀de฀amarração฀construída฀
através฀da฀região฀das฀fases฀฀฀L฀a฀1350°C฀com฀a฀fronteira฀entre฀as฀fases฀(฀฀L)L฀–฀isto฀é,฀
59%p฀Ni;
(c)฀ A฀fusão฀completa฀da฀liga฀ocorre฀na฀interseção฀dessa฀mesma฀linha฀vertical฀na฀composição฀de฀
70%p฀Ni฀com฀a฀fronteira฀entre฀fases฀(฀฀L)L฀–฀isto฀é,฀em฀aproximadamente฀1380°C;
(d)฀A฀composição฀da฀última฀fração฀de฀sólido฀remanescente฀antes฀da฀fusão฀completa฀corresponde฀
à฀interseção฀da฀linha฀de฀amarração฀construída฀através฀da฀região฀das฀fases฀฀฀L฀a฀1380°C฀com฀
a฀fronteira฀entre฀fases฀(฀฀L)฀–฀isto฀é,฀aproximadamente฀78%p฀Ni.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀9.3
Pergunta:฀É฀possível฀existir฀uma฀liga฀cobre-níquel฀que,฀no฀equilíbrio,฀consista฀de฀uma฀fase฀฀com฀com-
posição฀de฀37%p฀Ni-63%p฀Cu฀e฀também฀uma฀fase฀líquida฀com฀composição฀de฀20%p฀Ni-80%p฀Cu?฀
Se฀for฀possível,฀qual฀será฀a฀temperatura฀aproximada฀da฀liga?฀Se฀não฀for฀possível,฀explique฀por฀quê.
Resposta:฀Não฀é฀possível฀haver฀uma฀liga฀Cu-Ni฀que,฀em฀equilíbrio,฀consista฀em฀uma฀fase฀líquida฀
com฀composição฀de฀20%p฀Ni-80%p฀Cu฀e฀uma฀fase฀฀com฀composição฀de฀37%p฀Ni-63%p฀Cu.฀A฀
partir฀da฀Figura฀9.3a,฀não฀existe฀qualquer฀linha฀de฀amarração฀na฀região฀฀฀L฀que฀intercepte฀as฀
fronteiras฀entre฀fases฀nas฀composições฀desejadas.฀Para฀a฀composição฀de฀20%p฀Ni,฀a฀fronteira฀entre฀
fases฀L(฀฀L)฀está฀em฀aproximadamente฀1200°C,฀enquanto฀em฀37%p฀Ni฀a฀fronteira฀entre฀fases฀
(L฀฀)฀encontra-se฀em฀aproximadamente฀1225°C.
C a p í t u l o ฀ 9฀฀฀Diagramas฀de฀Fases
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Diagramas฀de฀Fases • 13
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀9.4
Pergunta:฀A฀700°C฀(1290°F),฀qual฀é฀a฀solubilidade฀máxima฀(a)฀do฀Cu฀na฀Ag?฀(b)฀Ag฀no฀Cu?
Resposta:฀(a)฀A฀partir฀do฀diagrama฀de฀fases฀cobre-prata,฀Figura฀9.7,฀a฀solubilidade฀máxima฀do฀Cu฀
na฀Ag฀a฀700°C฀corresponde฀à฀posição฀da฀fronteira฀entre฀fases฀(฀฀)฀nessa฀temperatura,฀ou฀
aproximadamente฀6%p฀Cu.
(b)฀A฀partir฀dessa฀mesma฀figura,฀a฀solubilidade฀máxima฀da฀Ag฀no฀Cu฀corresponde฀à฀posição฀
da฀fronteira฀entre฀fases฀ ฀(฀฀)฀nessa฀temperatura,฀ou฀aproximadamente฀5%p฀Ag.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀9.5
Pergunta:฀A฀seguir฀está฀apresentada฀uma฀parte฀do฀diagrama฀de฀fases฀H2O-NaCl:
(a)฀ Considerando฀esse฀diagrama,฀explique฀de฀maneira฀sucinta฀como฀o฀espalhamento฀de฀sal฀sobre฀
gelo฀que฀se฀encontra฀a฀uma฀temperatura฀abaixo฀de฀0°C฀(32°F)฀pode฀causar฀o฀derretimento฀do฀
gelo.
(b)฀Em฀que฀temperatura฀o฀sal฀não฀é฀mais฀útil฀para฀causar฀o฀derretimento฀do฀gelo?
Resposta:฀(a)฀O฀espalhamento฀de฀sal฀sobre฀gelo฀abaixará฀a฀temperatura฀de฀fusão,฀uma฀vez฀que฀a฀
curva฀liquidus฀diminui฀de฀0°C฀(em฀100%฀H2O)฀até฀a฀temperatura฀eutética฀de฀aproximadamente฀–
21°C฀(23%p฀NaCl).฀Dessa฀forma,฀o฀gelo฀a฀uma฀temperatura฀abaixo฀de฀0°C฀(e฀acima฀de฀21°C)฀
pode฀formar฀uma฀fase฀líquida฀pela฀adição฀de฀sal.
(b)฀Em฀21°C฀e฀abaixo฀dessa฀temperatura,฀o฀sal฀não฀é฀mais฀útil฀para฀causar฀o฀derretimento฀do฀
gelo,฀uma฀vez฀que฀essa฀é฀a฀temperatura฀mais฀baixa฀na฀qual฀se฀forma฀uma฀fase฀líquida฀(isto฀é,฀essa฀é฀
a฀temperatura฀eutética฀para฀esse฀sistema).
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14 • Diagramas฀de฀Fases
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀9.6
Pergunta:฀A฀figura฀a฀seguir฀mostra฀o฀diagrama฀de฀fases฀háfnio-vanádio,฀para฀o฀qual฀apenas฀as฀regiões฀
monofásicas฀ estão฀ identificadas.฀ Especifique฀ os฀ pontos฀ temperatura-composição฀ onde฀ ocorrem฀
todos฀os฀eutéticos,฀eutetoides,฀peritéticos฀e฀transformações฀de฀fases฀congruentes.฀Além฀disso,฀para฀cada฀
um฀desses฀pontos,฀escreva฀a฀reação฀que฀ocorre฀durante฀o฀resfriamento.฀
Resposta:฀ Existem฀ dois฀ eutéticos฀ nesse฀ diagrama฀ de฀ fases.฀ Um฀ existe฀ em฀ 18%p฀V-82%p฀ Hf฀ ฀ a฀
1455°C.฀A฀reação฀durante฀o฀resfriamento฀é
L฀ ฀ Hf฀฀HfV2
O฀outro฀eutético฀existe฀em฀39%p฀V-61%p฀Hf฀฀a฀1520°C.฀Essa฀reação฀durante฀o฀resfriamento฀é
L฀ ฀ HfV2฀฀V(solução฀sólida)
Existe฀um฀eutetoide฀em฀6%p฀V-94%p฀Hf฀฀a฀1190°C.฀A฀reação฀durante฀o฀resfriamento฀é
Hf฀ ฀ Hf฀฀HfV2
Existe฀um฀ponto฀de฀fusão฀congruente฀em฀36%p฀V-64%p฀Hf฀฀a฀1550°C.฀A฀reação฀que฀ocorre฀
durante฀o฀resfriamento฀é
L฀ ฀ HfV2
Não฀existem฀peritéticos฀no฀sistema.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀9.7
Pergunta:฀Em฀um฀sistema฀ternário,฀três฀componentes฀estão฀presentes;฀a฀temperatura฀também฀é฀uma฀
variável.฀Qual฀é฀o฀número฀máximo฀de฀fases฀que฀podem฀estar฀presentes฀em฀um฀sistema฀ternário,฀assu-
mindo฀que฀a฀pressão฀seja฀mantida฀constante?
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Diagramas฀de฀Fases • 15
Resposta:฀Para฀um฀sistema฀ternário฀(C฀=฀3)฀sob฀pressão฀constante฀(N฀=฀1),฀a฀regra฀das฀fases฀de฀
Gibbs,฀Equação฀9.16,฀torna-se
P฀฀F฀฀C฀฀N฀฀3฀฀1฀฀4
Ou,
P฀฀4฀฀F
Dessa฀forma,฀quando฀F฀=฀0,฀P฀terá฀o฀valor฀máximo฀de฀4,฀o฀que฀significa฀que฀o฀número฀máximo฀de฀
fases฀presentes฀nessa฀situação฀é฀4.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀9.8
Pergunta:฀Explique฀sucintamente฀por฀que฀uma฀fase฀proeutetoide฀(ferrita฀ou฀cementita)฀se฀forma฀ao฀
longo฀dos฀contornos฀dos฀grãos฀da฀austenita.฀Sugestão:฀Consulte฀a฀Seção฀4.6.
Resposta:฀Uma฀energia฀interfacial฀está฀associada฀aos฀contornos฀dos฀grãos฀(isto฀é,฀uma฀energia฀do฀
contorno฀dos฀grãos฀–฀Seção฀4.6).฀Quando฀uma฀fase฀proeutetoide฀se฀forma฀nos฀contornos฀dos฀grãos฀
de฀austenita฀existentes,฀ocorre฀um฀aumento฀resultante฀menor฀na฀energia฀interfacial฀do฀que฀quando฀
a฀fase฀proeutetoide฀se฀forma฀no฀interior฀dos฀grãos.
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16 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀10.1
Pergunta:฀Qual฀microestrutura฀é฀mais฀estável,฀a฀perlítica฀ou฀a฀da฀cementita฀globulizada?฀Por฀quê?
Resposta:฀As฀microestruturas฀da฀cementita฀globulizada฀são฀mais฀estáveis฀que฀as฀microestruturas฀
perlíticas.฀Uma฀vez฀que฀a฀perlita฀transforma-se฀em฀cementita฀globulizada,฀a฀última฀é฀mais฀estável.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀10.2
Pergunta:฀Cite฀duas฀diferenças฀principais฀entre฀as฀transformações฀martensítica฀e฀perlítica.
Resposta:฀Duas฀diferenças฀principais฀são:฀1)฀a฀difusão฀atômica฀é฀necessária฀para฀a฀transformação฀
perlítica,฀enquanto฀a฀transformação฀martensítica฀é฀adifusional;฀e฀2)฀em฀relação฀à฀taxa฀de฀transfor-
mação,฀a฀transformação฀martensítica฀é฀virtualmente฀instantânea,฀enquanto฀a฀transformação฀perlí-
tica฀depende฀do฀tempo.
C a p í t u l o ฀ 10฀฀฀Transformações฀de฀Fases:฀
Desenvolvimento฀da฀Microestrutura฀e฀
Alteração฀das฀Propriedades฀MecânicasDownloaded by Rafaela Paulino (rafaelacps16@gmail.com)
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Transformações฀de฀Fases:฀Desenvolvimento฀da฀Microestrutura฀e฀Alteração฀das฀Propriedades฀Mecânicas • 17
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀10.3
Pergunta:฀Faça฀uma฀cópia฀do฀diagrama฀de฀transformação฀isotérmica฀para฀uma฀liga฀ferro-carbono฀
com฀composição฀eutetoide฀(Figura฀10.22)฀e฀então฀esboce฀e฀identifique฀nesse฀diagrama฀um฀percurso฀
tempo-temperatura฀que฀produzirá฀100%฀de฀perlita฀fina.
Resposta:฀A฀seguir฀está฀mostrado฀um฀diagrama฀de฀transformação฀isotérmica฀para฀uma฀liga฀ferro-
carbono฀eutetoide฀no฀qual฀está฀incluído฀um฀percurso฀tempo-temperatura฀que฀produzirá฀100%฀de฀
perlita฀fina.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀10.4
Pergunta:฀Descreva฀sucintamente฀o฀procedimento฀mais฀simples฀de฀tratamento฀térmico฀por฀resfria-
mento฀contínuo฀que฀pode฀ser฀usado฀para฀converter฀um฀aço฀4340฀de฀(martensita฀+฀bainita)฀para฀(fer-
rita฀+฀perlita).
Resposta:฀Para฀converter฀de฀(martensita฀+฀bainita)฀em฀(ferrita฀+฀perlita)฀é฀necessário฀aquecer฀o฀aço฀
acima฀de฀aproximadamente฀720°C,฀permitir฀a฀completa฀austenitização฀e฀então฀resfriar฀até฀a฀tem-
peratura฀ambiente฀em฀uma฀taxa฀igual฀ou฀menor฀que฀0,006°C/s฀(Figura฀10.28).
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀10.5
Pergunta:฀Classifique฀as฀seguintes฀ligas฀ferro-carbono฀e฀suas฀microestruturas฀associadas฀em฀ordem฀
decrescente฀de฀limite฀de฀resistência฀à฀tração:
0,25%p฀C฀com฀cementita฀globulizada
0,25%p฀C฀com฀perlita฀grosseira
0,6%p฀C฀com฀perlita฀fina
0,6%p฀C฀com฀perlita฀grosseira.
Justifique฀essa฀classificação.
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18 • Transformações฀de฀Fases:฀Desenvolvimento฀da฀Microestrutura฀e฀Alteração฀das฀Propriedades฀Mecânicas
Resposta:฀A฀classificação฀pedida฀é฀a฀seguinte:
(1)฀ 0,6%p฀C฀com฀perlita฀fina
(2)฀ 0,6%p฀C฀com฀perlita฀grosseira
(3)฀ 0,25%p฀C฀com฀perlita฀grosseira
(4)฀ 0,25%p฀C฀com฀cementita฀globulizada
A฀liga฀com฀0,25%p฀C฀e฀perlita฀grosseira฀é฀mais฀resistente฀que฀a฀com฀0,25%p฀C฀e฀cementita฀
globulizada,฀uma฀vez฀que฀a฀perlita฀grosseira฀é฀mais฀resistente฀que฀a฀cementita฀globulizada;฀a฀com-
posição฀de฀ambas฀as฀ligas฀é฀a฀mesma.฀A฀liga฀com฀0,6%p฀C฀e฀perlita฀grosseira฀é฀mais฀resistente฀que฀
a฀com฀0,25%p฀C฀e฀perlita฀grosseira,฀uma฀vez฀que฀o฀aumento฀no฀teor฀de฀carbono฀aumenta฀a฀resis-
tência฀(enquanto฀é฀mantida฀a฀mesma฀microestrutura฀de฀perlita฀grosseira).฀Finalmente,฀a฀perlita฀fina฀
com฀0,6%p฀C฀é฀mais฀resistente฀que฀a฀perlita฀grosseira฀com฀0,6%p฀C,฀uma฀vez฀que฀a฀resistência฀da฀
perlita฀fina฀é฀maior฀que฀a฀da฀perlita฀grosseira,฀pois฀há฀uma฀quantidade฀muito฀maior฀de฀fronteiras฀
entre฀a฀ferrita฀e฀a฀cementita฀na฀perlita฀fina.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀10.6
Pergunta:฀Descreva฀um฀tratamento฀térmico฀isotérmico฀que฀seja฀capaz฀de฀produzir฀uma฀amostra฀com฀
dureza฀de฀93฀HRB,฀para฀um฀aço฀eutetoide.
Resposta:฀A฀partir฀da฀Figura฀10.30(a),฀para฀que฀uma฀liga฀com฀0,76%p฀C฀apresente฀uma฀dureza฀
Rockwell฀de฀93฀HRB,฀sua฀microestrutura฀deve฀ser฀perlita฀grosseira.฀Dessa฀forma,฀utilizando฀o฀dia-
grama฀de฀transformação฀isotérmica฀para฀essa฀liga,฀Figura฀10.22,฀após฀a฀austenitização฀em฀aproxi-
madamente฀760°C,฀deve-se฀resfriar฀a฀liga฀rapidamente฀até฀uma฀temperatura฀na฀qual฀há฀a฀formação฀
de฀perlita฀grosseira฀(isto฀é,฀até฀aproximadamente฀675°C),฀e฀deixar฀que฀a฀amostra฀se฀transforme฀iso-
térmica฀e฀completamente฀em฀perlita฀grosseira.฀Nessa฀temperatura,฀um฀tratamento฀térmico฀isotér-
mico฀durante฀pelo฀menos฀200฀s฀é฀necessário.฀Então,฀resfria-se฀até฀a฀temperatura฀ambiente฀(a฀taxa฀
de฀resfriamento฀não฀é฀importante).
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀10.7
Pergunta:฀Um฀aço฀é฀temperado฀em฀água฀a฀uma฀temperatura฀na฀região฀da฀fase฀austenita฀até฀a฀tempe-
ratura฀ambiente,฀de฀modo฀a฀formar฀martensita;฀a฀liga฀é,฀a฀seguir,฀revenida฀em฀uma฀temperatura฀ele-
vada฀que฀é฀mantida฀constante.
(a)฀ Faça฀um฀gráfico฀esquemático฀que฀mostre฀como฀a฀ductilidade฀à฀temperatura฀ambiente฀varia฀em฀
função฀do฀logaritmo฀do฀tempo฀de฀revenido฀na฀temperatura฀elevada.฀(Certifique-se฀de฀identificar฀
os฀eixos.)
(b)฀Superponha฀e฀identifique฀nesse฀mesmo฀gráfico฀o฀comportamento฀à฀temperatura฀ambiente฀que฀
resulta฀do฀revenido฀em฀uma฀temperatura฀mais฀elevada฀e฀explique฀sucintamente฀a฀diferença฀entre฀
os฀comportamentos฀nessas฀duas฀temperaturas.
Resposta:฀(a)฀O฀gráfico฀pedido฀é฀mostrado฀a฀seguir.
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Transformações฀de฀Fases:฀Desenvolvimento฀da฀Microestrutura฀e฀Alteração฀das฀Propriedades฀Mecânicas • 19
(b)฀A฀ curva฀ para฀ a฀ temperatura฀ mais฀ alta฀ (identificada฀ como฀ TA)฀ estará฀ localizada฀ acima฀
daquela฀para฀a฀temperatura฀mais฀baixa฀(identificada฀como฀TB),฀pois฀as฀partículas฀de฀Fe3C฀na฀mar-
tensita฀revenida฀crescerão฀mais฀rapidamente฀na฀temperatura฀mais฀alta;฀dessa฀forma,฀após฀um฀dado฀
tempo฀de฀revenido,฀elas฀serão฀maiores฀na฀temperatura฀mais฀alta.฀A฀liga฀revenida฀à฀temperatura฀
mais฀alta฀será฀mais฀dúctil,฀pois฀haverá฀menos฀fronteiras฀entre฀fases฀-Fe3C฀(devido฀às฀maiores฀par-
tículas฀de฀Fe3C)฀que฀possam฀impedir฀o฀movimento฀de฀discordâncias.
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20 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀11.1
Pergunta:฀Explique฀sucintamente฀por฀que฀os฀aços฀inoxidáveis฀ferríticos฀e฀austeníticos฀não฀são฀tratá-
veis฀termicamente.฀Sugestão:฀você฀pode฀querer฀consultar฀a฀primeira฀parte฀da฀Seção฀11.3.
Resposta:฀Os฀aços฀inoxidáveis฀ferríticos฀e฀austeníticos฀não฀são฀tratáveis฀termicamente฀pois฀consi-
dera-se฀que฀“tratável฀termicamente”฀implica฀que฀martensita฀pode฀ser฀formada฀com฀relativa฀facili-
dade฀mediante฀têmpera฀da฀austenita฀a฀partir฀de฀uma฀temperatura฀elevada.
Nos฀aços฀inoxidáveis฀ferríticos,฀a฀austenita฀não฀se฀forma฀quando฀o฀material฀é฀aquecido฀e,฀por-
tanto,฀a฀transformação฀da฀austenita฀em฀martensita฀não฀é฀possível.
Nos฀aços฀inoxidáveis฀austeníticos,฀o฀campo฀da฀fase฀austenita฀estende-se฀até฀temperaturas฀tão฀
baixas฀que฀a฀transformação฀martensítica฀não฀ocorre.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀11.2
Pergunta:฀É฀possível฀produzir฀ferros฀fundidos฀que฀consistem฀em฀uma฀matriz฀de฀martensita฀na฀qual฀
a฀grafita฀se฀encontra฀na฀forma฀de฀flocos,฀nódulos฀ou฀rosetas.฀Descreva฀sucintamente฀o฀tratamento฀
necessário฀para฀produzir฀cada฀uma฀dessas฀três฀microestruturas.
Resposta:฀Para฀haver฀flocos฀de฀grafita,฀o฀ferro฀fundido฀cinzento฀é฀formado฀(como฀descrito฀na฀Seção฀
11.2)฀e,฀então,฀é฀aquecido฀até฀uma฀temperatura฀na฀qual฀a฀ferrita฀transforma-se฀em฀austenita;฀a฀aus-
tenita฀é฀então฀temperada,฀o฀que฀a฀transforma฀em฀martensita.
Para฀as฀grafitas฀em฀nódulos฀e฀em฀rosetas,฀os฀ferros฀fundidos฀nodular฀e฀maleável฀são฀formados฀
em฀primeiro฀lugar฀(novamente,฀como฀descrito฀na฀Seção฀11.2),฀e฀então฀são฀austenitizados฀e฀tempe-
rados.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀11.3
Pergunta:฀Qual฀é฀a฀diferença฀principal฀entre฀o฀latão฀e฀o฀bronze?
Resposta:฀Tanto฀os฀latões฀quanto฀os฀bronzes฀são฀ligas฀à฀base฀de฀cobre.฀Nos฀latões,฀o฀principal฀ele-
mento฀de฀liga฀é฀o฀zinco,฀enquanto฀os฀bronzes฀são฀ligados฀com฀outros฀elementos,฀tais฀como฀estanho,฀
alumínio,฀silício฀ou฀níquel.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀11.4
Pergunta:฀Explique฀por฀que,฀sob฀certas฀circunstâncias,฀não฀é฀aconselhável฀soldar฀uma฀estrutura฀fabri-
cada฀a฀partir฀de฀uma฀liga฀de฀alumínio฀3003.฀Sugestão:฀você฀pode฀querer฀consultar฀a฀Seção฀7.12.
Resposta:฀O฀aumento฀da฀resistência฀de฀uma฀liga฀de฀alumínio฀3003฀é฀obtido฀por฀trabalho฀a฀frio.฀A฀
soldagem฀de฀uma฀estrutura฀feita฀com฀a฀liga฀3003฀trabalhada฀a฀frio฀fará฀com฀que฀ela฀sofra฀recrista-
lização฀e฀uma฀resultante฀perda฀de฀resistência.
C a p í t u l o ฀ 11฀฀฀Aplicações฀e฀Processamento฀
de฀Ligas฀Metálicas
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Aplicações฀e฀Processamento฀de฀Ligas฀Metálicas• 21
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀11.5
Pergunta:฀Com฀base฀na฀temperatura฀de฀fusão,฀resistência฀à฀oxidação,฀limite฀de฀escoamento฀e฀grau฀de฀
fragilidade,฀discuta฀se฀seria฀ou฀não฀aconselhável฀trabalhar฀a฀quente฀ou฀trabalhar฀a฀frio฀(a)฀ligas฀de฀
alumínio฀e฀(b)฀ligas฀de฀magnésio.฀Sugestão:฀você฀pode฀querer฀consultar฀as฀Seções฀7.10฀e฀7.12.
Resposta:฀A฀maioria฀das฀ligas฀de฀alumínio฀pode฀ser฀trabalhada฀a฀frio,฀uma฀vez฀que฀são฀dúcteis฀e฀
têm฀limites฀de฀escoamento฀relativamente฀baixos.
As฀ligas฀de฀magnésio฀são฀normalmente฀trabalhadas฀a฀quente,฀uma฀vez฀que฀são฀bastante฀frágeis฀
em฀temperatura฀ambiente.฀Além฀disso,฀as฀ligas฀de฀magnésio฀apresentam฀temperaturas฀de฀recrista-
lização฀relativamente฀baixas.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀11.6
Pergunta:฀(a)฀Cite฀duas฀vantagens฀da฀metalurgia฀do฀pó฀em฀relação฀à฀fundição.฀(b)฀Cite฀duas฀desvan-
tagens.
Resposta:฀(a)฀As฀vantagens฀da฀metalurgia฀do฀pó฀em฀relação฀à฀fundição฀são฀as฀seguintes:
1)฀Ela฀é฀usada฀para฀ligas฀com฀temperaturas฀de฀fusão฀elevadas.
2)฀Obtém-se฀melhores฀tolerâncias฀dimensionais.
3)฀฀Pode-se฀introduzir฀porosidades,฀em฀proporções฀que฀podem฀ser฀controladas฀(o฀que฀é฀desejável฀
em฀algumas฀aplicações,฀tais฀como฀em฀mancais฀autolubrificantes).
(b)฀As฀desvantagens฀da฀metalurgia฀do฀pó฀em฀relação฀à฀fundição฀são฀as฀seguintes:
1)฀A฀produção฀do฀pó฀é฀de฀alto฀custo.
2)฀É฀necessário฀um฀tratamento฀térmico฀após฀a฀compactação.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀11.7
Pergunta:฀Quais฀são฀as฀principais฀diferenças฀entre฀a฀soldagem,฀a฀brasagem฀e฀a฀solda฀branca?฀Você฀
pode฀precisar฀consultar฀outra฀referência.
Resposta:฀Na฀soldagem฀existe฀a฀fusão฀das฀peças฀a฀serem฀unidas฀na฀vizinhança฀da฀ligação;฀um฀mate-
rial฀de฀enchimento฀pode฀ou฀não฀ser฀usado.
Na฀solda฀brasagem฀(solda฀forte),฀um฀material฀de฀enchimento฀é฀empregado,฀o฀qual฀possui฀uma฀
temperatura฀de฀fusão฀acima฀de฀aproximadamente฀425°C฀(800°F);฀o฀material฀de฀enchimento฀é฀fun-
dido,฀enquanto฀as฀peças฀a฀serem฀unidas฀não฀são฀fundidas.
Na฀solda฀branca฀(solda฀fraca)฀é฀usado฀um฀material฀de฀enchimento฀com฀temperatura฀de฀fusão฀
abaixo฀ de฀ aproximadamente฀ 425°C฀ (800°F);฀ o฀ material฀ de฀ enchimento฀ é฀ fundido,฀ enquanto฀ as฀
peças฀a฀serem฀unidas฀não฀o฀são.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀11.8
Pergunta:฀Cite฀os฀três฀fatores฀que฀influenciam฀o฀grau฀no฀qual฀a฀martensita฀é฀formada฀ao฀longo฀da฀
seção฀transversal฀de฀uma฀amostra฀de฀aço.฀Para฀cada฀um฀deles,฀diga฀como฀a฀quantidade฀da฀martensita฀
pode฀ser฀aumentada.
Resposta:฀Os฀três฀fatores฀que฀influenciam฀a฀fração฀de฀martensita฀formada฀são฀os฀seguintes:
1)฀Elementos฀de฀liga:฀a฀adição฀de฀elementos฀de฀liga฀aumenta฀a฀fração฀de฀martensita฀que฀se฀forma.
2)฀Tamanho฀e฀forma฀da฀amostra:฀a฀fração฀de฀martensita฀formada฀aumenta฀conforme฀a฀seção฀trans-
versal฀da฀amostra฀diminui฀e฀na฀medida฀em฀que฀o฀grau฀de฀irregularidade฀da฀forma฀aumenta.
3)฀Meio฀de฀têmpera:฀quanto฀mais฀severa฀for฀a฀têmpera,฀mais฀martensita฀será฀formada.฀A฀água฀pro-
porciona฀um฀meio฀de฀têmpera฀mais฀severo฀que฀o฀óleo,฀o฀qual฀é฀seguido฀pelo฀ar.฀A฀agitação฀do฀
meio฀também฀melhora฀a฀severidade฀da฀têmpera.
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22 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀12.1
Pergunta:฀A฀Tabela฀12.3฀fornece฀os฀raios฀iônicos฀para฀os฀íons฀K฀e฀O2฀como฀iguais฀a฀0,138฀e฀0,140฀
nm,฀respectivamente.
(a)฀ Qual฀seria฀o฀número฀de฀coordenação฀para฀cada฀íon฀O2?
(b)฀Descreva฀sucintamente฀a฀estrutura฀cristalina฀resultante฀para฀o฀K2O.
(c)฀ Explique฀por฀que฀essa฀estrutura฀é฀chamada฀de฀estrutura฀antifluorita.
Resposta:฀(a)฀Em฀primeiro฀lugar,฀vamos฀determinar฀o฀número฀de฀coordenação฀para฀cada฀íon฀O2฀
no฀K2O.฀Calculando฀a฀razão฀entre฀os฀raios฀do฀cátion฀e฀do฀ânion,
rK
฀฀
0,138฀nm
฀฀0,986
rO2 0,140฀nm
A฀partir฀da฀Tabela฀12.2,฀o฀número฀de฀coordenação฀para฀o฀oxigênio฀é฀oito.
(b)฀De฀acordo฀com฀a฀Tabela฀12.4,฀para฀um฀número฀de฀ coordenação฀de฀oito,฀ tanto฀para฀os฀
cátions฀quanto฀para฀os฀ânions,฀a฀estrutura฀cristalina฀deve฀ser฀a฀do฀cloreto฀de฀césio.฀Entretanto,฀há฀
duas฀vezes฀mais฀íons฀K฀que฀íons฀O2.฀Portanto,฀os฀centros฀dos฀íons฀K฀estão฀posicionados฀nos฀vér-
tices฀de฀células฀unitárias฀cúbicas,฀enquanto฀a฀metade฀dos฀centros฀dos฀cubos฀é฀ocupada฀por฀íons฀
O2.
(c)฀Essa฀estrutura฀é฀chamada฀de฀estrutura฀cristalina฀antifluorita฀porque฀os฀ânions฀e฀os฀cátions฀
estão฀trocados฀uns฀com฀os฀outros฀em฀relação฀à฀estrutura฀da฀fluorita฀(Figura฀12.5).
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀12.2
Pergunta:฀É฀possível฀a฀existência฀de฀um฀defeito฀de฀Schottky฀no฀K2O?฀Se฀isso฀for฀possível,฀descreva฀
sucintamente฀esse฀tipo฀de฀defeito.฀Se฀isso฀não฀for฀possível,฀então฀explique฀a฀razão.
Resposta:฀Essa฀pergunta฀pode฀ser฀respondida฀de฀duas฀maneiras,฀quais฀sejam:
(1)฀Sim,฀os฀defeitos฀de฀Schottky฀podem฀existir฀no฀K2O;฀cada฀defeito฀consistirá฀em฀uma฀lacuna฀
de฀O2฀e฀duas฀lacunas฀de฀K.
(2)฀Não฀–฀no฀sentido฀mais฀estrito,฀o฀defeito฀de฀Schottky฀não฀pode฀existir฀no฀K2O฀se฀for฀consi-
derado฀que฀esse฀tipo฀de฀defeito฀consiste฀em฀um฀par฀cátion-ânion;฀para฀cada฀lacuna฀de฀O2฀criada฀
deverão฀existir฀duas฀lacunas฀de฀K.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀12.3
Pergunta:฀Quais฀defeitos฀pontuais฀são฀possíveis฀para฀o฀MgO฀como฀uma฀impureza฀no฀Al2O3?฀Quan-
tos฀íons฀Mg2฀devem฀ser฀adicionados฀para฀formar฀cada฀um฀desses฀defeitos?
Resposta:฀Para฀cada฀íon฀Mg2฀que฀substitui฀um฀íon฀Al3฀no฀Al2O3,฀uma฀única฀carga฀positiva฀é฀remo-
vida.฀Dessa฀forma,฀para฀manter฀a฀neutralidade฀de฀carga,฀ou฀uma฀carga฀positiva฀deve฀ser฀adicionada฀
ou฀uma฀carga฀negativa฀deve฀ser฀removida.
C a p í t u l o ฀ 12฀฀฀Estruturas฀e฀Propriedades฀
das฀Cerâmicas
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Estruturas฀e฀Propriedades฀das฀Cerâmicas • 23
Cargas฀positivas฀são฀adicionadas฀pela฀formação฀de฀intersticiais฀de฀Al3,฀e฀um฀intersticial฀de฀
Al3฀seria฀formado฀para฀cada฀três฀íons฀Mg2฀que฀fossem฀adicionados.
Cargas฀negativas฀podem฀ser฀removidas฀pela฀formação฀de฀lacunas฀de฀O2,฀e฀uma฀lacuna฀de฀oxi-
gênio฀seria฀formada฀para฀cada฀dois฀íons฀Mg2+฀que฀fossem฀adicionados.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀12.4
Pergunta:฀(a)฀Para฀o฀sistema฀SiO2–Al2O3,฀qual฀é฀a฀máxima฀temperatura฀possível฀sem฀a฀formação฀de฀
uma฀fase฀líquida?฀(b)฀Em฀qual฀composição฀ou฀para฀qual฀faixa฀de฀composições฀essa฀temperatura฀
máxima฀será฀atingida?
Resposta:฀(a)฀De฀acordo฀com฀a฀Figura฀12.27,฀essa฀temperatura฀máxima฀é฀de฀1890฀±฀10°C,฀(b)฀a฀qual฀
é฀possível฀para฀composições฀entre฀aproximadamente฀77%p฀Al2O3฀e฀virtualmente฀100%p฀Al2O3.
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24 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀13.1
Pergunta:฀Explique฀sucintamente฀por฀que฀as฀vidrocerâmicas฀podem฀não฀ser฀transparentes.฀Sugestão:฀
você฀pode฀querer฀consultar฀o฀Capítulo฀21.
Resposta:฀As฀vidrocerâmicas฀podem฀não฀ser฀transparentes฀porque฀são฀policristalinas.฀A฀luz฀será฀
espalhada฀nos฀contornos฀dos฀grãos฀nos฀materiais฀policristalinos฀se฀o฀índice฀de฀refração฀for฀aniso-
trópico฀e฀quando฀aqueles฀grãos฀adjacentes฀ao฀contorno฀apresentarem฀orientações฀cristalográficas฀
diferentes.฀Esse฀fenômeno฀está฀discutido฀na฀Seção฀21.10.฀Além฀disso,฀como฀também฀foi฀observado฀
na฀ Seção฀ 21.10,฀ as฀ vidrocerâmicas฀ podem฀ ser฀ transparentes฀ se฀ os฀ tamanhos฀ dos฀ cristais฀ forem฀
menores฀que฀os฀comprimentos฀de฀onda฀da฀luz฀visível.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀13.2
Pergunta:฀Considerando฀o฀diagrama฀de฀fases฀SiO2–Al2O3฀(Figura฀12.27)฀para฀o฀par฀de฀composições฀
a฀seguir,฀qual฀composição฀você฀julga฀ser฀um฀refratário฀mais฀desejável?฀Justifique฀sua฀escolha.
20%p฀Al2O3–80%p฀SiO2
25%p฀Al2O3–75%p฀SiO2.
Resposta:฀A฀composição฀de฀25%p฀Al2O3–75%p฀SiO2฀será฀mais฀adequada฀porque฀a฀temperatura฀
liquidus฀será฀maior฀para฀essa฀composição฀(1740°C฀versus฀1710°C);฀portanto,฀em฀qualquer฀tempe-ratura฀dentro฀da฀região฀da฀mulita฀+฀líquido฀no฀diagrama฀de฀fases฀existirá฀uma฀menor฀fração฀de฀fase฀
líquida฀presente฀que฀para฀a฀composição฀de฀20%p฀Al2O3–80%p฀SiO2฀e,฀dessa฀forma,฀a฀integridade฀
mecânica฀será฀maior.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀13.3
Pergunta:฀Explique฀por฀que฀é฀importante฀moer฀o฀cimento฀na฀forma฀de฀um฀pó฀fino.
Resposta:฀É฀importante฀moer฀o฀cimento฀na฀forma฀de฀um฀pó฀fino฀para฀aumentar฀a฀área฀superficial฀
das฀partículas฀de฀cimento.฀As฀reações฀de฀hidratação฀entre฀a฀água฀e฀o฀cimento฀ocorrem฀na฀superfície฀
das฀ partículas฀ do฀ cimento.฀ Portanto,฀ o฀ aumento฀ da฀ área฀ superficial฀ disponível฀ permite฀ maiores฀
quantidades฀de฀ligações.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀13.4
Pergunta:฀ Como฀ a฀ espessura฀ de฀ uma฀ peça฀ de฀ vidro฀ afeta฀ a฀ magnitude฀ das฀ tensões฀ térmicas฀ que฀
podem฀ser฀introduzidas?฀Por฀quê?
Resposta:฀Quanto฀mais฀fina฀for฀a฀espessura฀de฀uma฀peça฀de฀vidro,฀menores฀serão฀as฀tensões฀térmi-
cas฀introduzidas฀quando฀a฀peça฀for฀aquecida฀ou฀resfriada.฀A฀razão฀para฀isso฀é฀que฀a฀diferença฀de฀
temperatura฀ao฀longo฀da฀seção฀transversal฀da฀peça฀e,฀portanto,฀a฀diferença฀no฀grau฀de฀expansão฀ou฀
de฀contração,฀diminuirá฀com฀a฀diminuição฀da฀espessura.
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das฀Cerâmicas
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Aplicações฀e฀Processamento฀das฀Cerâmicas • 25
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀13.5
Pergunta:฀Peças฀cerâmicas฀mais฀grossas฀são฀mais฀suscetíveis฀ao฀desenvolvimento฀de฀trincas฀durante฀
a฀secagem฀que฀as฀peças฀finas.฀Por฀que฀isso฀ocorre?
Resposta:฀As฀peças฀cerâmicas฀mais฀grossas฀têm฀maior฀probabilidade฀de฀trincar฀durante฀a฀secagem฀
que฀as฀peças฀mais฀finas฀devido฀à฀diferença฀da฀contração฀entre฀a฀superfície฀e฀o฀interior฀ao฀longo฀da฀
seção฀transversal,฀a฀qual฀será฀maior฀para฀a฀peça฀mais฀grossa.฀A฀razão฀para฀isso฀é฀que฀na฀peça฀mais฀
grossa฀a฀água฀que฀está฀sendo฀eliminada฀durante฀a฀secagem฀tem฀que฀percorrer฀uma฀distância฀maior฀
do฀interior฀até฀a฀superfície.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀13.6
Pergunta:฀Explique฀por฀que฀uma฀argila,฀uma฀vez฀que฀tenha฀sido฀cozida฀em฀temperatura฀elevada,฀
perde฀sua฀hidroplasticidade.
Resposta:฀O฀fenômeno฀da฀hidroplasticidade฀ocorre฀quando฀as฀moléculas฀de฀água฀formam฀uma฀fina฀
película฀ao฀redor฀das฀pequenas฀partículas฀de฀argila.฀Durante฀o฀cozimento,฀essas฀partículas฀indivi-
duais฀se฀fundem฀umas฀com฀as฀outras฀devido฀ao฀líquido฀viscoso฀que฀preenche฀o฀volume฀dos฀poros฀
entre฀as฀partículas฀–฀o฀volume฀dos฀poros฀que฀era฀ocupado฀pela฀água฀no฀estado฀hidroplástico.฀Esse฀
líquido฀viscoso฀forma฀uma฀matriz฀vítrea฀no฀resfriamento฀subsequente.
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26 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀14.1
Pergunta:฀Faça฀a฀distinção฀entre฀polimorfismo฀(veja฀o฀Capítulo฀3)฀e฀isomerismo.
Resposta:฀Polimorfismo฀ocorre฀quando฀duas฀ou฀mais฀estruturas฀cristalinas฀são฀possíveis฀para฀um฀
material฀com฀uma฀dada฀composição.฀Isomerismo฀ocorre฀quando฀duas฀ou฀mais฀moléculas฀poliméri-
cas฀ou฀unidades฀repetidas฀apresentam฀a฀mesma฀composição,฀porém฀arranjos฀atômicos฀diferentes.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀14.2
Pergunta:฀Com฀base฀nas฀estruturas฀apresentadas฀na฀seção฀anterior,฀esboce฀a฀estrutura฀da฀unidade฀
repetida฀para฀o฀fluoreto฀de฀polivinila.
Resposta:฀Uma฀vez฀que฀o฀cloreto฀de฀polivinila฀possui฀a฀estrutura฀da฀unidade฀repetida฀da฀Figura฀
14.2(b),฀a฀substituição฀do฀átomo฀de฀cloro฀ligado฀lateralmente฀por฀um฀átomo฀de฀flúor฀gera฀uma฀uni-
dade฀repetida฀do฀fluoreto฀de฀polivinila,฀como฀mostrado฀abaixo.
C a p í t u l o ฀ 14฀฀฀Estruturas฀dos฀Polímeros
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀14.3
Pergunta:฀Qual฀é฀a฀diferença฀entre฀configuração฀e฀conformação฀no฀que฀se฀refere฀às฀cadeias฀polimé-
ricas?
Resposta:฀Em฀relação฀às฀cadeias฀poliméricas,฀a฀diferença฀entre฀configuração฀e฀conformação฀é฀que฀o฀
termo฀conformação฀é฀empregado฀para฀referir-se฀ao฀perfil฀ou฀à฀forma฀cadeia฀molecular,฀enquanto฀
o฀termo฀configuração฀refere-se฀ao฀arranjo฀das฀posições฀dos฀átomos฀ao฀longo฀da฀cadeia,฀as฀quais฀não฀
podem฀ser฀alteradas,฀exceto฀pela฀quebra฀e฀pelo฀restabelecimento฀de฀ligações฀primárias.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀14.4
Pergunta:฀Alguns฀polímeros฀(tais฀como฀os฀poliésteres)฀podem฀ser฀tanto฀termoplásticos฀quanto฀ter-
mofixos.฀Sugira฀uma฀razão฀para฀isso.
Resposta:฀Os฀poliésteres฀termofixos฀terão฀ligações฀cruzadas,฀enquanto฀os฀termoplásticos฀apresen-
tarão฀estruturas฀lineares฀sem฀qualquer฀grau฀apreciável฀de฀ligações฀cruzadas.
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Estruturas฀dos฀Polímeros • 27
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀14.5
Pergunta:฀(a)฀Compare฀o฀estado฀cristalino฀nos฀metais฀e฀nos฀polímeros.฀(b)฀Compare฀o฀estado฀não฀
cristalino฀naquilo฀em฀que฀este฀se฀aplica฀aos฀polímeros฀e฀aos฀vidros฀cerâmicos.
Resposta:฀(a)฀Nos฀metais฀cristalinos,฀átomos฀individuais฀estão฀posicionados฀em฀um฀arranjo฀perió-
dico฀ou฀ordenado฀ao฀longo฀de฀distâncias฀atômicas฀relativamente฀grandes.฀A฀ordem฀de฀larga฀escala฀
nos฀cristais฀poliméricos฀resulta฀da฀compactação฀de฀cadeias฀poliméricas฀adjacentes.
(b)฀Para฀os฀vidros฀cerâmicos฀não฀cristalinos,฀a฀aleatoriedade฀atômica฀existe฀fora฀da฀unidade฀de฀฀
SiO4
4.฀A฀desordem฀nos฀polímeros฀resulta฀da฀falta฀de฀alinhamento฀das฀cadeias.
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28 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.1
Pergunta:฀Ao฀citar฀a฀ductilidade฀como฀uma฀porcentagem฀do฀alongamento฀para฀os฀polímeros฀semi-
cristalinos,฀não฀é฀necessário฀especificar฀o฀comprimento฀útil฀do฀corpo฀de฀provas,฀como฀ocorre฀para฀os฀
metais.฀Por฀quê?
Resposta:฀A฀razão฀pela฀qual฀não฀é฀necessário฀especificar฀o฀comprimento฀útil฀do฀corpo฀de฀provas฀
quando฀se฀cita฀o฀alongamento฀percentual฀para฀polímeros฀semicristalinos฀é฀porque,฀para฀os฀políme-
ros฀semicristalinos฀que฀apresentam฀empescoçamento,฀a฀redução฀de฀área฀propaga-se฀normalmente฀
ao฀longo฀de฀todo฀o฀comprimento฀útil฀do฀corpo฀de฀provas฀antes฀que฀ocorra฀a฀fratura;฀dessa฀forma,฀
não฀existe฀uma฀redução฀de฀área฀localizada฀como฀ocorre฀com฀os฀metais,฀e฀a฀magnitude฀do฀alonga-
mento฀percentual฀é฀independente฀do฀comprimento฀útil฀do฀corpo฀de฀prova.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.2
Pergunta:฀Um฀poliestireno฀amorfo฀deformado฀a฀120°C฀exibirá฀qual฀dos฀comportamentos฀mostrados฀
na฀Figura฀15.5?
Resposta:฀O฀poliestireno฀amorfo฀a฀120°C฀comporta-se฀como฀uma฀borracha฀(Figura฀15.8,฀curva฀C);฀
portanto,฀o฀comportamento฀da฀deformação฀em฀função฀do฀tempo฀seria฀semelhante฀ao฀da฀Figura฀
15.5(c).
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.3
Pergunta:฀Para฀o฀seguinte฀par฀de฀polímeros,฀faça฀o฀seguinte:฀(1)฀estabeleça฀se฀é฀ou฀não฀possível฀deci-
dir฀se฀um฀dos฀polímeros฀tem฀maior฀módulo฀de฀tração฀que฀o฀outro;฀(2)฀se฀isso฀for฀possível,฀indique฀
qual฀polímero฀possui฀o฀maior฀módulo฀de฀tração฀e,฀então,฀cite฀a(s)฀razão(ões)฀para฀essa฀escolha;฀e฀(3)฀
se฀essa฀decisão฀não฀for฀possível,฀então฀explique฀o฀porquê.
Poliestireno฀sindiotático฀com฀massa฀molar฀numérica฀média฀de฀400.000฀g/mol.
Poliestireno฀isotático฀com฀massa฀molar฀numérica฀média฀de฀650.000฀g/mol.
Resposta:฀Não,฀isso฀não฀é฀possível.฀Tanto฀o฀poliestireno฀sindiotático฀quanto฀o฀isotático฀apresentam฀
tendência฀de฀cristalizar฀e,฀portanto,฀assumimos฀que฀têm฀aproximadamente฀a฀mesma฀cristalinidade.฀
Além฀disso,฀uma฀vez฀que฀o฀módulo฀em฀tração฀é฀virtualmente฀independente฀da฀massa฀molar,฀espe-
raríamos฀que฀ambos฀os฀materiais฀apresentassem฀aproximadamente฀o฀mesmo฀módulo.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.4
Pergunta:฀Para฀o฀seguinte฀par฀de฀polímeros,฀faça฀o฀seguinte:฀(1)฀estabeleça฀se฀é฀ou฀não฀possível฀deci-
dir฀se฀um฀dos฀polímeros฀apresenta฀maior฀limite฀de฀resistência฀à฀tração฀que฀o฀outro;฀(2)฀se฀isso฀for฀
possível,฀ indique฀qual฀ polímero฀ possui฀ o฀ maior฀ limite฀ de฀ resistência฀ à฀ tração฀ e,฀ então,฀ cite฀ a(s)฀
razão(ões)฀para฀essa฀escolha;฀e฀(3)฀se฀essa฀decisão฀não฀for฀possível,฀então฀explique฀o฀porquê.
Poliestireno฀sindiotático฀com฀massa฀molar฀numérica฀média฀de฀600.000฀g/mol.
Poliestireno฀isotático฀com฀massa฀molar฀numérica฀média฀de฀500.000฀g/mol.
C a p í t u l o ฀ 15฀฀฀Características,฀Aplicações฀e฀
Processamento฀dos฀Polímeros
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Características,฀Aplicações฀e฀Processamento฀dos฀Polímeros • 29
Resposta:฀Sim,฀isso฀é฀possível.฀O฀poliestireno฀sindiotático฀possui฀o฀maior฀limite฀de฀resistência฀à฀tra-
ção.฀Tanto฀o฀polímero฀sindiotático฀quanto฀o฀isotático฀tendem฀a฀cristalizar฀e,฀portanto,฀assumimos฀
que฀ ambos฀ os฀ materiais฀ têm฀ aproximadamente฀ a฀ mesma฀ cristalinidade.฀ Entretanto,฀ o฀ limite฀ de฀
resistência฀à฀tração฀aumenta฀com฀o฀aumento฀da฀massa฀molar,฀e฀o฀poliestireno฀sindiotático฀possui฀a฀
maior฀massa฀molar฀(600.000฀g/mol฀contra฀500.000฀g/mol฀para฀o฀material฀isotático).
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.5
Pergunta:฀Para฀o฀seguinte฀par฀de฀polímeros,฀trace฀e฀identifique฀no฀mesmo฀gráfico฀as฀curvas฀tensão-
deformação฀esquemáticas.
Copolímero฀ poliestireno-butadieno฀ aleatório฀ com฀ massa฀ molar฀ numérica฀ média฀ de฀ 100.000฀฀
g/mol฀e฀10%฀dos฀sítios฀disponíveis฀com฀ligações฀cruzadas,฀ensaiado฀a฀20°C.
Copolímero฀ poliestireno-butadieno฀ aleatório฀ com฀ massa฀ molar฀ numérica฀ média฀ de฀ 120.000฀฀
g/mol฀e฀15%฀dos฀sítios฀disponíveis฀com฀ligações฀cruzadas,฀ensaiado฀a฀฀–85°C.
Sugestão:฀Os฀copolímeros฀poliestireno-butadieno฀podem฀exibir฀comportamento฀elastomérico.
Resposta:฀As฀curvas฀tensão-deformação฀para฀os฀dois฀copolímeros฀poliestireno-butadieno฀aleató-
rios฀estão฀mostradas฀a฀seguir.
O฀copolímero฀testado฀a฀20°C฀exibirá฀comportamento฀elastomérico฀(curva฀C฀na฀Figura฀15.1),฀visto฀
que฀é฀um฀copolímero฀aleatório฀com฀poucas฀ligações฀cruzadas;฀além฀disso,฀a฀temperatura฀do฀teste฀
está฀acima฀de฀sua฀temperatura฀de฀transição฀vítrea.฀Por฀outro฀lado,฀uma฀vez฀que฀–85°C฀está฀abaixo฀
da฀temperatura฀de฀transição฀vítrea฀do฀outro฀copolímero฀poliestireno-butadieno,฀o฀comportamento฀
tensão-deformação฀sob฀essas฀condições฀é฀semelhante฀à฀curva฀A฀na฀Figura฀15.1.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.6
Pergunta:฀Em฀termos฀da฀estrutura฀molecular,฀explique฀por฀que฀o฀fenol-formaldeído฀(Baquelite)฀não฀
será฀um฀elastômero.฀(A฀estrutura฀molecular฀para฀o฀fenol-formaldeído฀está฀apresentada฀na฀Tabela฀
14.3.)
Resposta:฀As฀moléculas฀nos฀elastômeros฀devem฀ser฀cadeias฀bidimensionais฀com฀algumas฀ligações฀
cruzadas฀e฀capazes฀de฀girar฀e฀dobrar฀quando฀não฀estiverem฀sob฀tensão.฀O฀fenol-formaldeído฀possui฀
estrutura฀tridimensional฀rígida฀formada฀por฀unidades฀trifuncionais฀repetidas,฀o฀que฀não฀atende฀a฀
esses฀critérios฀de฀conformação฀e฀de฀flexibilidade฀das฀cadeias.
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30 • Características,฀Aplicações฀e฀Processamento฀dos฀Polímeros
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.7
Pergunta:฀Para฀cada฀um฀dos฀dois฀polímeros฀a฀ seguir,฀ trace฀e฀ legende฀uma฀curva฀esquemática฀do฀
volume฀específico฀em฀função฀da฀temperatura฀(inclua฀ambas฀as฀curvas฀no฀mesmo฀gráfico):
Polipropileno฀esferulítico฀com฀25%฀de฀cristalinidade฀e฀massa฀molar฀ponderal฀média฀de฀75.000฀
g/mol.
Poliestireno฀esferulítico฀com฀25%฀de฀cristalinidade฀e฀massa฀molar฀ponderal฀média฀de฀100.000฀฀
g/mol.
Resposta:฀As฀curvas฀para฀o฀volume฀específico฀em฀função฀da฀temperatura฀para฀o฀polipropileno฀e฀o฀
poliestireno฀estão฀mostradas฀a฀seguir.
Uma฀vez฀que฀ambos฀os฀polímeros฀apresentam฀cristalinidade฀de฀25%,฀eles฀exibirão฀um฀comporta-
mento฀semelhante฀ao฀representado฀pela฀curva฀B฀na฀Figura฀15.18.฀No฀entanto,฀o฀poliestireno฀terá฀
temperaturas฀de฀fusão฀e฀de฀transição฀vítrea฀mais฀elevadas,฀em฀consequência฀do฀grupo฀lateral฀mais฀
volumoso฀na฀estrutura฀de฀sua฀unidade฀repetida฀e฀porque฀ele฀possui฀uma฀massa฀molar฀ponderal฀
média฀mais฀elevada.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.8
Pergunta:฀Para฀os฀dois฀polímeros฀a฀seguir:฀(1)฀diga฀se฀é฀ou฀não฀possível฀determinar฀se฀um฀polímero฀
tem฀uma฀temperatura฀de฀fusão฀mais฀elevada฀que฀o฀outro;฀(2)฀se฀isso฀for฀possível,฀diga฀qual฀possui฀a฀
maior฀temperatura฀de฀fusão฀e฀então฀cite฀a(s)฀razão(ões)฀para฀sua฀escolha;฀e฀(3)฀se฀essa฀decisão฀não฀
for฀possível,฀diga฀por฀quê.
Poliestireno฀isotático฀com฀massa฀específica฀de฀1,12฀g/cm3฀e฀massa฀molar฀ponderal฀média฀de฀
150.000฀g/mol.
Poliestireno฀sindiotático฀com฀massa฀específica฀de฀1,10฀g/cm3฀e฀massa฀molar฀ponderal฀média฀de฀
125.000฀g/mol.
Resposta:฀Sim,฀é฀possível฀determinar฀qual฀dos฀dois฀poliestirenos฀possui฀a฀maior฀Tf.฀O฀poliestireno฀
isotático฀terá฀a฀temperatura฀de฀fusão฀mais฀elevada,฀pois฀tem฀uma฀massa฀específica฀maior฀(isto฀é,฀
menor฀grau฀de฀ramificações)฀e฀também฀a฀maior฀massa฀molar฀ponderal฀média.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.9
Pergunta:฀Durante฀os฀meses฀de฀inverno,฀a฀temperatura฀em฀algumas฀partes฀do฀Alasca฀pode฀ser฀tão฀
baixa฀quanto฀–55°C฀(–65°F).฀Dentre฀os฀elastômeros฀isopreno฀natural,฀estireno-butadieno,฀acriloni-
trila-butadieno,฀cloropreno฀e฀polissiloxano,฀qual(is)฀seria(m)฀adequado(s)฀para฀os฀pneus฀de฀automó-
veis฀sob฀essas฀condições?฀Por฀quê?
Resposta:฀A฀partir฀da฀Tabela฀15.4,฀apenas฀o฀poli-isopreno฀natural,฀o฀poliestireno-butadieno฀e฀o฀
polissiloxano฀possuem฀faixas฀de฀temperaturas฀úteis฀que฀se฀estendem฀abaixo฀de฀–55°C.฀Em฀tempe-
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Características,฀Aplicações฀e฀Processamento฀dos฀Polímeros • 31
raturas฀abaixo฀do฀limite฀inferior฀da฀faixa฀de฀temperaturas฀útil,฀os฀outros฀elastômeros฀listados฀na฀
tabela฀tornam-se฀frágeis฀e,฀portanto,฀não฀são฀adequados฀para฀os฀pneus฀de฀automóveis.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.10
Pergunta:฀Os฀polímeros฀à฀base฀de฀silicone฀podem฀ser฀preparados฀para฀existir฀como฀líquidos฀à฀tem-
peratura฀ambiente.฀Cite฀diferenças฀na฀estrutura฀molecular฀ entre฀ eles฀ e฀os฀ elastômeros฀de฀ silicone.฀
Sugestão:฀você฀pode฀querer฀consultar฀as฀Seções฀14.5฀e฀15.9.
Resposta:฀Os฀silicones฀líquidos฀terão฀massas฀molares฀baixas฀e฀uma฀pequena฀quantidade฀de฀ligações฀
cruzadas,฀enquanto฀as฀massas฀molares฀para฀os฀elastômeros฀serão฀muito฀maiores;฀os฀elastômeros฀
também฀apresentarão฀algumas฀ligações฀cruzadas.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.11
Pergunta:฀Diga฀se฀a฀massa฀molar฀de฀um฀polímero฀sintetizado฀por฀meio฀de฀polimerização฀por฀adição฀
será฀relativamente฀alta,฀média฀ou฀relativamente฀baixa,฀para฀as฀seguintes฀situações:
(a)฀ Iniciação฀rápida,฀propagação฀lenta฀e฀terminação฀rápida.
(b)฀Iniciação฀lenta,฀propagação฀rápida฀e฀terminação฀lenta.
(c)฀ Iniciação฀rápida,฀propagação฀rápida฀e฀terminação฀lenta.
(d)฀Iniciação฀lenta,฀propagação฀lenta฀e฀terminação฀rápida.
Resposta:
(a)฀ Para฀iniciação฀rápida,฀propagação฀lenta฀e฀terminação฀rápida,฀a฀massa฀molar฀será฀relativamente฀
baixa.
(b)฀Para฀iniciação฀lenta,฀propagação฀rápida฀e฀terminação฀lenta,฀a฀massa฀molar฀será฀relativamente฀
alta.
(c)฀ Para฀ iniciação฀ rápida,฀propagação฀ rápida฀e฀ terminação฀ lenta,฀ será฀obtida฀uma฀massa฀molar฀
média.
(d)฀Para฀ iniciação฀ lenta,฀ propagação฀ lenta฀ e฀ terminação฀ rápida,฀ a฀ massa฀ molar฀ será฀ baixa฀ ou฀
média.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.12
Pergunta:฀O฀náilon฀6,6฀pode฀ser฀formado฀por฀meio฀de฀uma฀reação฀de฀polimerização฀de฀condensação฀
em฀que฀o฀hexametileno฀diamina฀[NH2–(CH2)6–NH2]฀e฀o฀ácido฀adípico฀reagem฀um฀com฀o฀outro,฀com฀
a฀formação฀de฀água฀como฀um฀subproduto.฀Escreva฀essa฀reação฀da฀mesma฀maneira฀que฀a฀Equação฀
15.9.฀Nota:฀a฀estrutura฀do฀ácido฀adípico฀é฀a฀seguinte:
Resposta:฀A฀seguir฀está฀representada฀a฀reação฀entre฀o฀hexametileno฀diamina฀e฀o฀ácido฀adípico฀para฀
produzir฀náilon฀6,6฀com฀água฀como฀um฀subproduto:
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Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.13
Pergunta:
(a)฀ Por฀que฀a฀pressão฀de฀vapor฀de฀um฀plastificante฀deve฀ser฀relativamente฀baixa?
(b)฀Como฀a฀cristalinidade฀de฀um฀polímero฀será฀afetada฀pela฀adição฀de฀um฀plastificante?฀Por฀quê?
(c)฀ Como฀a฀adição฀de฀um฀plastificante฀influencia฀o฀limite฀de฀resistência฀à฀tração฀de฀um฀polímero?฀
Por฀quê?
Respostas:
(a)฀ Se฀a฀pressão฀de฀vapor฀de฀um฀plastificante฀não฀for฀relativamente฀baixa,฀o฀plastificante฀poderá฀
evaporar,฀o฀que฀resultará฀em฀uma฀fragilização฀do฀polímero.
(b)฀A฀cristalinidade฀de฀um฀polímero฀ao฀qual฀tenha฀sido฀adicionado฀um฀plastificante฀será฀reduzida,฀
uma฀vez฀que฀as฀moléculas฀do฀plastificante฀posicionam-se฀entre฀as฀moléculas฀do฀polímero,฀o฀que฀
causará฀maior฀desalinhamento฀desse฀último.
(c)฀ O฀limite฀de฀resistência฀à฀tração฀de฀um฀polímero฀será฀reduzido฀quando฀um฀plastificante฀for฀adi-
cionado.฀Uma฀vez฀que฀as฀moléculas฀do฀plastificante฀afastam฀as฀moléculas฀da฀cadeia฀do฀polí-
mero,฀as฀magnitudes฀das฀ligações฀secundárias฀entre฀as฀cadeias฀são฀reduzidas,฀o฀que฀enfraquece฀
o฀material,฀já฀que฀a฀resistência฀é฀uma฀função฀da฀magnitude฀dessas฀ligações.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀15.14
Pergunta:฀Para฀um฀componente฀de฀borracha฀que,฀na฀sua฀forma฀final,฀deve฀estar฀vulcanizado,฀a฀vul-
canização฀deve฀ser฀realizada฀antes฀ou฀após฀a฀operação฀de฀conformação?฀Por฀quê?฀Sugestão:฀pode฀
ser฀útil฀consultar฀a฀Seção฀15.9.
Resposta:฀A฀vulcanização฀de฀um฀componente฀de฀borracha฀deve฀ser฀conduzida฀após฀a฀operação฀de฀
conformação,฀uma฀vez฀que,฀após฀a฀vulcanização,฀a฀deformação฀plástica฀(e,฀portanto,฀a฀conformação)฀
não฀será฀mais฀possível,฀pois฀foram฀introduzidas฀ligações฀cruzadas฀entre฀as฀cadeias.
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• 33
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀16.1
Pergunta:฀Cite฀a฀diferença฀geral฀no฀mecanismo฀de฀aumento฀da฀resistência฀entre฀os฀compósitos฀refor-
çados฀com฀partículas฀grandes฀e฀os฀compósitos฀reforçados฀por฀dispersão.
Resposta:฀A฀principal฀diferença฀nos฀mecanismos฀de฀aumento฀de฀resistência฀entre฀os฀compósitos฀
reforçados฀com฀partículas฀grandes฀e฀os฀reforçados฀por฀dispersão฀está฀no฀fato฀de฀que,฀para฀os฀com-
pósitos฀com฀partículas฀grandes,฀as฀interações฀entre฀as฀partículas฀e฀a฀matriz฀não฀são฀tratadas฀ao฀nível฀
molecular,฀enquanto฀para฀o฀aumento฀da฀resistência฀por฀dispersão,฀essas฀interações฀são฀tratadas฀ao฀
nível฀molecular.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀16.2
Pergunta:฀A฀ tabela฀ a฀ seguir฀ lista฀ quatro฀ compósitos฀ hipotéticos฀ reforçados฀ com฀ fibras฀ alinhadas฀
(identificados฀por฀A฀a฀D),฀juntamente฀com฀suas฀características.฀Com฀base฀nesses฀dados,฀classifique฀os฀
quatro฀compósitos฀em฀ordem฀decrescente฀de฀resistência฀na฀direção฀longitudinal฀e,฀então,฀justifique฀
sua฀classificação.
C a p í t u l o ฀ 16฀฀฀Compósitos
Compósito Tipo฀de฀Fibra
Fração฀
Volumétrica฀das฀
Fibras
Resistência฀das฀
Fibras฀(MPa)
Comprimento฀
Médio฀das฀Fibras฀
(mm)
Comprimento฀
Crítico฀(mm)
A vidro 0,20 3,5฀฀103 8 0,70
B vidro 0,35 3,5฀฀103 12 0,75
C carbono 0,40 5,5฀฀103 8 0,40
D carbono 0,30 5,5฀฀103 8 0,50
Resposta:฀A฀classificação฀da฀maior฀para฀a฀menor฀resistência฀na฀direção฀longitudinal฀é฀a฀seguinte:฀
C,฀D,฀B฀e฀A.฀O฀compósito฀C฀é฀o฀mais฀resistente,฀uma฀vez฀que฀as฀fibras฀de฀carbono฀são฀contínuas฀e฀
mais฀resistentes฀que฀as฀fibras฀de฀vidro฀e,฀também,฀porque฀apresenta฀a฀maior฀fração฀volumétrica฀de฀
fibras.฀O฀compósito฀D฀tem฀menor฀resistência฀que฀o฀compósito฀C,฀pois฀apresenta฀menor฀valor฀de฀Vf ;฀
já฀que฀nele฀as฀fibras฀de฀carbono฀também฀são฀contínuas.฀O฀material฀B฀é฀o฀próximo,฀pois฀as฀fibras฀de฀
vidro฀são฀menos฀resistentes฀que฀as฀de฀carbono;฀essas฀fibras฀também฀são฀contínuas.฀O฀compósito฀A฀
é฀o฀menos฀resistente,฀pois฀é฀composto฀pelas฀fibras฀de฀vidro฀menos฀resistentes,฀as฀fibras฀são฀descon-
tínuas฀e฀o฀valor฀de฀Vf฀é฀o฀menor฀dentre฀os฀quatro฀materiais.
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34 • Compósitos
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀16.3
Pergunta:฀Cite฀uma฀característica฀desejável฀e฀uma฀característica฀menos฀desejável฀para฀compósitos฀
reforçados฀com฀fibras฀(1)฀descontínuas฀e฀orientadas฀e฀(2)฀descontínuas฀e฀com฀orientação฀aleatória.
Resposta:฀Para฀os฀compósitos฀reforçados฀com฀fibras฀descontínuas฀e฀orientadas,฀uma฀característica฀
desejável฀é฀o฀fato฀de฀o฀compósito฀ser฀relativamente฀resistente฀e฀rígido฀em฀uma฀direção;฀uma฀carac-
terística฀menos฀desejável฀são฀as฀propriedades฀mecânicas฀anisotrópicas.
Para฀os฀compósitos฀reforçados฀com฀fibras฀descontínuas฀e฀aleatórias,฀uma฀característica฀dese-
jável฀são฀as฀propriedades฀isotrópicas;฀uma฀característica฀menos฀desejável฀é฀o฀fato฀de฀não฀existir฀
qualquer฀direção฀de฀alta฀resistência.
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• 35
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀17.1
Pergunta:฀Você฀esperaria฀que฀o฀ferro฀sofresse฀corrosão฀em฀água฀de฀alta฀pureza?฀Por฀que฀sim,฀ou฀por฀
que฀não?
Resposta:฀O฀ferro฀não฀corroeria฀em฀água฀de฀alta฀pureza,฀pois฀todas฀as฀reações฀de฀redução,฀Equa-
ções฀17.3฀a฀17.7,฀dependem฀da฀presença฀de฀alguma฀impureza,฀tal฀como฀íons฀H+฀ou฀Mn+,฀ou฀oxigênio฀
dissolvido.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀17.2
Pergunta:฀Modifique฀a฀Equação฀17.19฀para฀o฀caso฀em฀que฀os฀metais฀M1฀e฀M2฀sejam฀ligas.
Resposta:฀Nesse฀caso,฀é฀necessário฀levar฀em฀consideração฀as฀composições฀dos฀metais฀M1฀e฀M2.฀Se฀
[M1]฀e฀[M2]฀representam฀as฀concentrações฀dos฀metais฀M1฀e฀M2฀nas฀suas฀respectivas฀ligas,฀a฀equação฀
torna-se
RT
nF
ln
[M1
n+][M2]
[M2
n+][M1]
V฀฀฀V2°฀฀V1°฀฀฀฀
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀17.3
Pergunta:฀Explique฀sucintamente฀por฀que฀a฀polarização฀por฀concentração฀em฀geral฀não฀é฀responsá-
vel฀pelo฀controle฀da฀taxa฀em฀reações฀de฀oxidação.
Resposta:฀A฀polarização฀por฀concentração฀não฀é฀geralmente฀controlada฀pela฀taxa฀de฀corrosão฀nas฀
reações฀de฀oxidação฀porque฀sempre฀haverá฀um฀suprimento฀ilimitado฀de฀átomos฀do฀metal฀na฀inter-
face฀do฀eletrodo฀que฀está฀sendo฀corroído.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀17.4
Pergunta:฀(a)฀A฀partir฀da฀série฀galvânica฀(Tabela฀17.2),฀cite฀três฀metais฀ou฀ligas฀que฀podem฀ser฀usados฀
para฀proteger฀galvanicamente฀o฀níquel฀em฀seu฀estado฀ativo.
(b)฀Algumas฀vezes฀a฀corrosão฀galvânica฀é฀prevenida฀fazendo-se฀um฀contato฀elétrico฀entre฀ambos฀
os฀metais฀no฀par฀e฀um฀terceiro฀metal฀que฀é฀anódico฀em฀relação฀a฀esses฀dois.฀Considerando฀a฀série฀
galvânica,฀cite฀um฀metal฀que฀pode฀ser฀usado฀para฀proteger฀um฀par฀galvânico฀cobre-alumínio.
Resposta:฀(a)฀Os฀seguintes฀metais฀e฀ligas฀podem฀ser฀empregados฀para฀proteger฀galvanicamente฀o฀
níquel฀em฀seu฀estado฀ativo฀ (isto฀é,฀ estão฀ localizados฀abaixo฀do฀Ni฀na฀ série฀galvânica):฀ estanho,฀
chumbo,฀aços฀inoxidáveis฀316฀e฀304,฀ferro฀fundido,฀ferro,฀aço,฀ligas฀de฀alumínio,฀cádmio,฀alumínio฀
comercialmente฀puro,฀zinco,฀magnésio฀e฀ligas฀de฀magnésio.
C a p í t u l o ฀ 17฀฀฀Corrosão฀e฀Degradação฀
dos฀Materiais
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36 • Corrosão฀e฀Degradação฀dos฀Materiais
(b)฀Zinco,฀magnésio฀e฀ligas฀de฀magnésio฀podem฀ser฀usados฀para฀proteger฀um฀par฀galvânico฀
cobre-alumínio.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀17.5
Pergunta:฀Cite฀dois฀exemplos฀de฀uso฀benéfico฀da฀corrosão฀galvânica.฀Sugestão:฀Um฀exemplo฀é฀citado฀
posteriormente฀neste฀capítulo.
Resposta:฀Dois฀usos฀benéficos฀da฀corrosão฀galvânica฀são฀a฀prevenção฀da฀corrosão฀por฀meio฀de฀pro-
teção฀catódica฀e฀a฀bateria฀de฀pilha฀seca.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀17.6
Pergunta:฀A฀Equação฀17.23฀é฀igualmente฀válida฀para฀as฀corrosões฀uniforme฀e฀por฀pites?฀Por฀que฀sim,฀
ou฀por฀que฀não?
Resposta:฀A฀Equação฀17.23฀não฀é฀igualmente฀válida฀para฀as฀corrosões฀uniforme฀e฀por฀pites.฀A฀razão฀para฀isso฀é฀que,฀nos฀pites,฀o฀ataque฀da฀corrosão฀é฀muito฀localizado,฀e฀um฀pite฀pode฀penetrar฀toda฀a฀
espessura฀de฀uma฀peça฀(levando฀à฀falha)฀com฀muito฀pouca฀perda฀de฀material฀e฀com฀taxa฀de฀pene-
tração฀da฀corrosão฀muito฀pequena.฀Na฀corrosão฀uniforme,฀a฀taxa฀de฀penetração฀da฀corrosão฀repre-
senta฀de฀forma฀precisa฀a฀extensão฀do฀dano฀causado฀pela฀corrosão.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀17.7
Pergunta:฀As฀latas฀para฀conservas฀são฀feitas฀a฀partir฀de฀um฀aço฀cujo฀interior฀é฀revestido฀com฀uma฀fina฀
camada฀de฀estanho.฀O฀estanho฀protege฀o฀aço฀contra฀a฀corrosão฀causada฀pelos฀produtos฀alimentícios,฀
da฀mesma฀maneira฀que฀o฀zinco฀protege฀o฀aço฀contra฀a฀corrosão฀atmosférica.฀Explique฀sucintamente฀
como฀é฀possível฀essa฀proteção฀catódica฀nas฀latas฀de฀conservas,฀uma฀vez฀que฀o฀estanho฀é฀eletroquimi-
camente฀menos฀ativo฀que฀o฀aço฀na฀série฀galvânica฀(Tabela฀17.2).
Resposta:฀O฀estanho฀oferece฀proteção฀galvânica฀ao฀aço฀nas฀latas฀de฀conservas฀apesar฀de฀ser฀eletro-
quimicamente฀menos฀ativo฀que฀o฀aço฀na฀série฀galvânica.฀A฀razão฀para฀isso฀é฀que฀a฀série฀galvânica฀
representa฀as฀reatividades฀dos฀metais฀e฀ligas฀na฀água฀do฀mar;฀entretanto,฀para฀as฀soluções฀de฀ali-
mentos฀que฀estão฀contidas฀em฀latas,฀o฀estanho฀é฀o฀metal฀mais฀ativo.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀17.8
Pergunta:฀A฀partir฀de฀uma฀perspectiva฀molecular,฀explique฀por฀que฀o฀aumento฀no฀número฀de฀ligações฀
cruzadas฀e฀na฀cristalinidade฀de฀um฀material฀polimérico฀melhora฀sua฀resistência฀ao฀inchamento฀e฀à฀
dissolução.฀Você฀espera฀que฀o฀número฀de฀ligações฀cruzadas฀ou฀a฀cristalinidade฀tenha฀a฀maior฀influ-
ência?฀Justifique฀sua฀escolha.฀Sugestão:฀pode฀ser฀útil฀consultar฀as฀Seções฀14.7฀e฀14.11.
Resposta:฀Durante฀o฀inchamento฀e฀a฀dissolução฀de฀materiais฀poliméricos,฀as฀moléculas฀de฀soluto฀
difundem-se฀e฀ocupam฀posições฀entre฀as฀macromoléculas฀do฀polímero฀e,฀dessa฀forma,฀forçam฀sua฀
separação.฀O฀aumento฀tanto฀do฀grau฀de฀ligações฀cruzadas฀quanto฀da฀cristalinidade฀aumentará฀a฀
resistência฀do฀polímero฀a฀esses฀tipos฀de฀degradação,฀uma฀vez฀que฀haverá฀maior฀grau฀de฀ligações฀
intermoleculares฀entre฀as฀cadeias฀adjacentes;฀isso฀restringe฀o฀número฀de฀moléculas฀de฀soluto฀que฀
podem฀penetrar฀nesses฀locais.
A฀formação฀de฀ligações฀cruzadas฀será฀mais฀efetiva.฀Para฀os฀polímeros฀lineares฀que฀são฀alta-
mente฀cristalinos,฀as฀ ligações฀ intermoleculares฀ são฀ ligações฀ secundárias฀ (van฀der฀Waals฀e/ou฀de฀
hidrogênio)฀e฀são฀relativamente฀fracas฀em฀comparação฀às฀fortes฀ligações฀covalentes฀associadas฀às฀
ligações฀cruzadas.
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀17.9
Pergunta:฀Liste฀três฀diferenças฀entre฀a฀corrosão฀nos฀metais฀e
(a)฀ a฀corrosão฀nas฀cerâmicas,฀e
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Corrosão฀e฀Degradação฀dos฀Materiais • 37
(b)฀a฀degradação฀dos฀polímeros.
Resposta:
(a)฀ Três฀diferenças฀entre฀a฀corrosão฀nos฀metais฀e฀a฀corrosão฀nas฀cerâmicas฀são:
1)฀ Os฀ materiais฀ cerâmicos฀ são฀ mais฀ resistentes฀ à฀ corrosão฀ que฀ os฀ metais฀ na฀ maioria฀ dos฀
ambientes.
2)฀ A฀corrosão฀nos฀materiais฀cerâmicos฀é฀normalmente฀apenas฀em฀um฀processo฀de฀dissolução฀
química,฀enquanto฀nos฀metais฀ela฀é฀geralmente฀eletroquímica.
3)฀ As฀cerâmicas฀são฀mais฀resistentes฀à฀corrosão฀em฀temperaturas฀elevadas.
(b)฀Três฀diferenças฀entre฀a฀corrosão฀nos฀metais฀e฀a฀degradação฀dos฀polímeros฀são:
1)฀ A฀degradação฀dos฀polímeros฀é฀normalmente฀físico-química,฀enquanto฀nos฀metais฀a฀corrosão฀
é฀eletroquímica.
2)฀ Os฀mecanismos฀de฀degradação฀para฀os฀polímeros฀são฀mais฀complexos฀que฀os฀mecanismos฀
de฀corrosão฀dos฀metais.
3)฀ São฀possíveis฀mais฀tipos฀de฀degradação฀para฀os฀polímeros฀–฀por฀exemplo,฀dissolução,฀incha-
mento฀e฀ruptura฀de฀ligações฀(por฀meio฀de฀radiação,฀calor฀e฀reações฀químicas).
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38 •
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀18.1
Pergunta:฀Se฀um฀material฀metálico฀for฀resfriado,฀por฀meio฀de฀sua฀temperatura฀de฀fusão,฀a฀uma฀taxa฀
extremamente฀rápida,฀ele฀formará฀um฀sólido฀não฀cristalino฀(isto฀é,฀um฀vidro฀metálico).฀A฀condutivi-
dade฀elétrica฀do฀metal฀não฀cristalino฀será฀maior฀ou฀menor฀que฀a฀do฀seu฀análogo฀cristalino?฀Por฀
quê?
Resposta:฀A฀condutividade฀elétrica฀de฀um฀vidro฀metálico฀será฀menor฀que฀a฀do฀seu฀análogo฀crista-
lino.฀O฀vidro฀não฀possuirá฀virtualmente฀qualquer฀estrutura฀atômica฀periódica฀e,฀como฀resultado฀
disso,฀os฀elétrons฀que฀estão฀envolvidos฀no฀processo฀de฀condução฀sofrerão฀espalhamentos฀frequen-
tes฀e฀repetidos.฀(Não฀existe฀espalhamento฀de฀elétrons฀em฀uma฀rede฀cristalina฀atômica฀perfeita.)
Ver i f icação฀de฀Conceitos ฀18.2
Pergunta:฀As฀resistividades฀elétricas฀à฀temperatura฀ambiente฀para฀o฀chumbo฀puro฀e฀o฀estanho฀puro฀
são฀de฀2,06฀฀107฀e฀1,11฀฀107฀-m,฀respectivamente.
(a)฀ Trace฀um฀gráfico฀esquemático฀da฀resistividade฀elétrica฀à฀ temperatura฀ambiente฀em฀função฀da฀
composição฀para฀todas฀as฀composições฀entre฀o฀chumbo฀puro฀e฀o฀estanho฀puro.
(b)฀Nesse฀mesmo฀gráfico,฀trace฀esquematicamente฀a฀resistividade฀elétrica฀em฀função฀da฀composição฀
a฀150°C.
(c)฀ Explique฀as฀formas฀dessas฀duas฀curvas,฀assim฀como฀quaisquer฀diferenças฀entre฀elas.
Sugestão:฀você฀pode฀querer฀consultar฀o฀diagrama฀de฀fases฀chumbo-estanho,฀Figura฀9.8.
Respostas:฀(a)฀e฀(b)฀A฀seguir฀está฀mostrada฀a฀resistividade฀elétrica฀em฀função฀da฀composição฀para฀
ligas฀chumbo-estanho฀tanto฀à฀temperatura฀ambiente฀quanto฀a฀150°C.
C a p í t u l o ฀ 18฀฀Propriedades฀Elétricas
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Propriedades฀Elétricas • 39
(c)฀Consultando฀o฀diagrama฀de฀fases฀Pb-Sn฀(Figura฀9.8),฀observamos,฀pela฀extrapolação฀das฀
duas฀curvas฀solvus฀até฀a฀temperatura฀ambiente฀(por฀exemplo,฀a฀20°C),฀que฀a฀solução฀sólida฀mono-
fásica฀da฀fase฀฀existe฀entre฀o฀chumbo฀puro฀e฀uma฀composição฀de฀aproximadamente฀2%p฀Sn-98%p฀
Pb.฀Além฀disso,฀a฀faixa฀de฀composições฀ao฀longo฀da฀qual฀a฀fase฀฀é฀estável฀encontra-se฀entre฀apro-
ximadamente฀99%p฀Sn-1%p฀Pb฀e฀o฀estanho฀puro.฀Dentro฀dessas฀duas฀regiões฀de฀composição,฀a฀
resistividade฀aumenta฀de฀acordo฀com฀a฀Equação฀18.11;฀além฀disso,฀no฀gráfico฀apresentado,฀a฀resis-
tividade฀do฀Pb฀puro฀está฀representada฀(esquematicamente)฀como฀sendo฀maior฀que฀a฀resistividade฀
do฀Sn฀puro,฀conforme฀o฀enunciado฀do฀problema.
Além฀disso,฀para฀composições฀entre฀esses฀dois฀extremos,฀tanto฀a฀fase฀฀quanto฀a฀fase฀฀coexis-
tem,฀e฀a฀resistividade฀da฀liga฀será฀uma฀função฀das฀resistividades฀das฀fases฀individuais฀e฀das฀suas฀
frações฀volumétricas,฀como฀descrito฀pela฀Equação฀18.12.฀As฀frações฀mássicas฀das฀fases฀฀e฀฀na฀
região฀bifásica฀na฀Figura฀9.8฀variam฀linearmente฀com฀a฀mudança฀na฀composição฀(de฀acordo฀com฀a฀
regra฀da฀alavanca).฀Existe฀uma฀disparidade฀razoável฀entre฀as฀massas฀específicas฀do฀Pb฀e฀do฀Sn฀
(11,35฀g/cm3฀contra฀7,3฀g/cm3).฀Dessa฀forma,฀de฀acordo฀com฀a฀Equação฀9.6,฀as฀frações฀volumétricas฀
das฀fases฀não฀serão฀exatamente฀iguais฀às฀frações฀mássicas,฀o฀que฀significa฀que฀a฀resistividade฀não฀
sofrerá฀variação฀de฀forma฀exatamente฀linear฀com฀a฀composição.฀No฀gráfico,฀por฀conveniência,฀a฀
curva฀nessa฀região฀foi฀representada฀como฀linear.
A฀150°C,฀a฀curva฀possui฀a฀mesma฀forma฀geral,฀e฀está฀deslocada฀para฀resistividades฀significati-
vamente฀maiores,฀uma฀vez฀que฀as฀resistividades฀aumentam฀com฀o฀aumento฀da฀temperatura฀(Equa-
ção฀18.10฀e฀Figura฀18.8).฀Além฀disso,฀a฀partir฀da฀Figura฀9.8,฀a฀150°C,฀a฀solubilidade฀do฀Sn฀no฀Pb฀
aumenta฀até฀aproximadamente฀10%p฀Sn฀–฀isto฀é,฀o฀campo฀da฀fase฀฀é฀mais฀largo฀e฀o฀aumento฀da฀
resistividade฀devido฀ao฀efeito฀da฀solução฀sólida฀estende-se฀ao฀longo฀de฀uma฀faixa฀maior฀de฀compo-
sições,฀o฀que฀também฀pode฀ser฀observado฀na฀figura.฀O฀comportamento฀da฀resistividade฀em฀função฀
da฀temperatura฀é฀semelhante฀no฀lado฀rico฀em฀estanho,฀onde฀a฀150°C฀o฀campo฀da฀fase฀฀estende-se฀
até฀aproximadamente฀2%p฀Pb฀(98%p฀Sn).฀E,฀como฀acontece฀à฀temperatura฀ambiente,฀para฀as฀com-
posições฀na฀região฀bifásica฀฀+฀,฀o฀gráfico฀é฀aproximadamente฀linear,฀estendendo-se฀entre฀os฀valo-