Prova MCM - Materiais de Construcao Mecanica - Avaliacao A2

A2 Página 1 SEGUNDA AVALIAÇÃO A2 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA 1 Mesmo após os processos de obtenção nenhum metal se torna 100 puro Há sempre alguma impureza remanescente O mais puro metal que o homem consegue obter possui 00001 de impureza Com base nestas informações e estudos da disciplina de MCM informe a Vemos no desenho acima a solidificação de um material metálico até a formação de grãos Como ocorre a formação do grão a partir do estado líquido amorfo até a formação dos grãos Dica células unitárias b Considerando grãos grandes e pequenos quais apresentam melhores propriedades mecânicas Explique o motivo com base em uma das imperfeições de superfície c As ligações atômicas como por exemplo no ferro puro mantêm as características dos metais no estado sólido Através de ensaios mecânicos verificase que as tensões de resistência à tração dos metais são menores do que a resistência teórica prevista nas ligações atômicas O que justifica a diferença entre o conceito teórico de resistência do material e o real apresentado nos ensaios de tração 2 As transformações em uma liga FerroCarbono são influenciadas basicamente pela temperatura e pelo teor de Carbono Fe3C Se CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA DISCIPLINA MCM AVALIAÇÃO REFERENTE A1 A2 X A3 PROFESSOR Jurandyr Cunha MATRÍCULA DATA NOME DO ALUNO A2 Página 2 considerarmos apenas estes dois fatores poderemos montar um mapa das transformações que irão ocorrer o qual será chamado de diagrama de equilíbrio termodinâmico ou diagrama de fases A Analisando o diagrama ferrocarbono informe para uma liga de aço carbono com 030 de Carbono Fe3C para cada uma das temperaturas apresentadas abaixo informe quais soluções existem austenita perlita líquido 1 1400 C 2 1200 C 3 800 C 4 600 C B Com base no diagrama acima informe b1 a máxima solubilidade do carbono no aço e a que temperatura ocorre b2 qual o percentual de Carbono Fe3C do aço eutetóide e em que temperatura ocorre a transformação da Austenita em Perlita A2 Página 3 C Em relação a solubilidade do carbono no ferro informe se ela é maior na ferrita ou na austenita Justifique 3 O termo eutetoide se refere ao equilíbrio entre fases líquida e sólida Nesse caso usase o sufixo oide semelhante a para indicar que o equilíbrio ocorre entre fases sólidas 3a Qual a definição de um aço eutedóide 3b Explique a diferencia entre os aços hipoeutetóides e dos aços hipereutetóides 3c Sobre os aços eutetóides hipoeutetóides e hipereutetóides quais são as microestruturas presentes ferrita perlita e cementita e suas propriedades físicas macia dura Eutedóides Microestruturas Propriedades Hipoutedóides Microestruturas Propriedades Hiperutedóides Microestruturas Propriedades OBSERVAÇÕES O trabalho deverá ser elaborado individualmente e para o Google Classroom em pdf Esta avaliação valerá 80 oito pontos e a atividade 20 dois pontos A2 Página 1 SEGUNDA AVALIAÇÃO A2 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA 1 Mesmo após os processos de obtenção nenhum metal se torna 100 puro Há sempre alguma impureza remanescente O mais puro metal que o homem consegue obter possui 00001 de impureza Com base nestas informações e estudos da disciplina de MCM informe a Vemos no desenho acima a solidificação de um material metálico até a formação de grãos Como ocorre a formação do grão a partir do estado líquido amorfo até a formação dos grãos Dica células unitárias b Considerando grãos grandes e pequenos quais apresentam melhores propriedades mecânicas Explique o motivo com base em uma das imperfeições de superfície c As ligações atômicas como por exemplo no ferro puro mantêm as características dos metais no estado sólido Através de ensaios mecânicos verificase que as tensões de resistência à tração dos metais são menores do que a resistência teórica prevista nas ligações atômicas O que justifica a diferença entre o conceito teórico de resistência do material e o real apresentado nos ensaios de tração 2 As transformações em uma liga FerroCarbono são influenciadas basicamente pela temperatura e pelo teor de Carbono Fe3C Se CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA DISCIPLINA MCM AVALIAÇÃO REFERENTE A1 A2 X A3 PROFESSOR Jurandyr Cunha MATRÍCULA DATA NOME DO ALUNO a No estado líquido os átomos possuem maior mobilidade do que no estado sólido Dessa forma tais átomos podem realizar movimentos de translação rotação e vibração Isso ocorre devido à energia interna dos átomos ser maior em maiores temperaturas como é o caso dos metais no estado fundido Com isso devido às flutuações térmicas no estado líquido milhares de átomos podem colidir entre si Seguidamente em algumas regiões onde as flutuações térmicas causaram um abaixamento localizado de temperatura permitindo o surgimento de aglomerados desses milhares de átomos de tal forma que possa ser formado um núcleo sólido No entanto isso irá depender do raio do aglomerado formado caso este seja maior ou igual à um tamanho crítico esse aglomerado poderá ser chamado de núcleo e dependendo da temperatura poderá crescer com um arranjo atômico definido Como as ligações químicas interatômicas nos metais é por ligações metálicas que por sua vez são não direcionais dessa forma o crescimento desses núcleos obedece um arranjo cristalino que ocorre por migração dos átomos do líquido para o núcleo sólido com isso temse a diminuição da energia livre do sistema o que faz todo o sentido termodinâmico Além disso os núcleos podem ser originados de duas formas homogênea e heterogeneamente Na nucleação homogênea os núcleos são formados sem a presença de uma interface ou impureza na matriz líquida de metal fundido Por outro lado a nucleação heterogênea ocorre geralmente na presença de superfícies como nas impurezas ou nas paredes dos moldes Desse modo os núcleos se formam de forma independente e aleatória obedecendo as orientações cristalinas dos milhares de células unitárias que são formadas ao passo que os núcleos crescem com isso a partir daí temse a formação dos cristais que dão origem os grãos que quando esses crescem o suficiente para se tocarem dão origem os contornos de grão b Um contorno de grão pode ser considerado como um defeito superficial Dessa forma para se deformar um material temse que o principal mecanismo é por movimento das discordâncias presentes no mesmo Então quando uma discordância durante o seu movimento causada pela aplicação de um espaço no material encontra um obstáculo como por exemplo um contorno de grão essa sofre uma resistência para continuar seu movimento naquela direção Logo quanto mais contornos de grão existir maiores serão as barreiras para que as discordâncias se movimentem Consequentemente reduzir o tamanho do grão ou seja aumentar o número de contornos funciona como um mecanismo para aumento de resistência mecânica Portanto um material com grãos menores possui maior resistência mecânica do que o mesmo material com grãos maiores c O que justifica a diferença na resistências teórica e prática dos materiais em geral é a presença de defeitos mais especificamente de discordâncias Tais imperfeições como as discordâncias em aresta ou hélice são hoje aceitas como os principais meios para deformar um material No entanto para cristais perfeitos foi reconhecido que para deformálos todas as ligações interatômicas presentes em todos os planos cristalinos de uma seção deveriam ser rompidas Para isso uma grande energia teria que ser imposta por meio de esforços externos para separar todos os átomos de uma só vez para que o material sofra uma deformação A partir daí por volta de 1950 os cientistas sugeriram com a teoria das discordâncias que permite explicar através dos seus mecanismos de deslocamento que para deformar um material apenas algumas ligações porém não todas de uma vez precisam ser rompidas para haver deslizamento dos planos cristalinos mais densamente empacotados e consequentemente haver deformação plástica nos materiais sólidos O mecanismo está exemplificado pela figura abaixo Fonte William D Callister Jr Ciência e Engenharia dos Materiais Uma introdução 9ª ed 2014 A2 Página 2 considerarmos apenas estes dois fatores poderemos montar um mapa das transformações que irão ocorrer o qual será chamado de diagrama de equilíbrio termodinâmico ou diagrama de fases A Analisando o diagrama ferrocarbono informe para uma liga de aço carbono com 030 de Carbono Fe3C para cada uma das temperaturas apresentadas abaixo informe quais soluções existem austenita perlita líquido 1 1400 C 2 1200 C 3 800 C 4 600 C B Com base no diagrama acima informe b1 a máxima solubilidade do carbono no aço e a que temperatura ocorre b2 qual o percentual de Carbono Fe3C do aço eutetóide e em que temperatura ocorre a transformação da Austenita em Perlita b1 A máxima solubilidade do carbono no aço ocorre em 214 wt C a 1147ºC b2 O percentual de carbono do aço eutetóide é de 076 wt C e a transformação de austenita na perlita ocorre em 727ºC obedecendo à seguinte reação γ 076wtC α 0022 wt C Fe3C 67 wt C A2 Página 3 C Em relação a solubilidade do carbono no ferro informe se ela é maior na ferrita ou na austenita Justifique 3 O termo eutetoide se refere ao equilíbrio entre fases líquida e sólida Nesse caso usase o sufixo oide semelhante a para indicar que o equilíbrio ocorre entre fases sólidas 3a Qual a definição de um aço eutedóide 3b Explique a diferencia entre os aços hipoeutetóides e dos aços hipereutetóides 3c Sobre os aços eutetóides hipoeutetóides e hipereutetóides quais são as microestruturas presentes ferrita perlita e cementita e suas propriedades físicas macia dura Eutedóides Microestruturas Propriedades Hipoutedóides Microestruturas Propriedades Hiperutedóides Microestruturas Propriedades OBSERVAÇÕES O trabalho deverá ser elaborado individualmente e para o Google Classroom em pdf Esta avaliação valerá 80 oito pontos e a atividade 20 dois pontos C A solubilidade do carbono no ferro é maior na austenita com 214 wt contra 0022 wt da ferrita Isso ocorre devido à estrutura cfc da austenita apesar de ser mais empacotada possui interstícios maiores para acomodar os átomos de carbono Em maiores detalhes o ferro apresenta vãos octaédricos e tetraédricos em suas estruturas ccc e cfc De acordo com a tabela abaixo podese notar que o carbono não forma solução sólida substitucional com o ferro pois não satisfaz as regras de HumeRothery com relação aos raios do ferro e do carbono terem mais de 15 de diferença Dessa forma só é possível obterse soluções sólidas intersticiais que permite o carbono se alojar nos vãos octaédricos ou tetraédricos Para a estrutura ccc é mais provável que o carbono ocupe os vãos tetraédricos que possuem um espaço maior em relação aos octaédricos da mesma estrutura Por outro lado a estrutura cfc apesar de ser mais empacotada ou seja ter menos espaços vazios do que a ccc possui vãos octaédricos com mais espaço que são mais prováveis para o carbono ocupar Vale a pena ressaltar que em todos os casos o carbono é maior que o maior vão de cada estrutura por isso esse causa distorção na rede cristalina do ferro Desse modo a fim de minimizar as distorções na rede cristalina os átomos de carbono preferem os vãos maiores Fonte André costa e Silva Aços e ligas especiais 2ª ed 1988 3a Um aço eutetóide é uma solução sólida intersticial de ferro e carbono na prática definese 08 wt C No entanto pela imagem da questão 2 a liga com composição eutetóide é com 076 wt C Com isso na temperatura ambiente esses aços apresentam uma microestrutura composta por ferrita e cementita que dão origem ao microconstituintes perlita que no resfriamento segue a seguinte reação γ 076 α 0022 Fe3C 67 sólido A sólido B sólido C 3b Os aços hipoeutetóides possuem menor quantidade de carbono que os aços eutetóides e consequentemente do que os aços hipereutetóides Com isso os aços hipoeutetóides apresentam microestrutura composta por ferrita pró eutetóide e perlita Por outro lado os aços hipereutetóides apresentam cementita pró eutetóide e perlita Na tabela abaixo estão indicadas as porcentagens em peso de carbono de cada tipo de aço Aço x wt C Hipoeutetóide 0008 X 076 Eutetóide X 076 Hipereutetóide 076 X 214