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Engenharia de Instrumentação, Automação e Robótica ·
Ciência dos Materiais
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1 2pts A presença de imperfeições na rede cristalina de um material metálico é benéfico do ponto de vista de sua utilização na engenharia Neste contexto discuta brevemente a relevância das imperfeições pontuais de linha e de superfície Considere em seu texto as possíveis interações Limite seu texto a 15 linhas 2 1pt Considere o Diagrama FeFe3C No que concerne as transformações de fase no estado sólido comente sobre a liga com 0 3C no campo bifásico antes da reação invariante Em seu comentário escolha três temperaturas para subsidiar seu texto A Quais as fases em equilíbrio B Deixe claro como evoluem as composições das fases caminho C Calcule através do balanço de massas a fração remanescente da fase que dá origem ao eutetoide imediatamente antes da reação invariante A letra B exigirá um esboço desta região do diagrama 3 2pts Considere o Diagrama FeFe3C e as transformações de fase no estado sólido Dispõese de uma amostra da liga Fe15C à temperatura ambiente A Quais são seus microconstituintes B Quais suas frações C Haveria influência da temperatura caso essa amostra fosse aquecida até o próximo campo bifásico acima da reação invariante na composição da solução sólida Explique Use o balanço de massas Caso ache relevante esboce esta região do diagrama 4 1pt Um material hipoteticamente livre de imperfeições não seria útil Por não ter capacidade de deformarse plasticamente Por apresentar alta capacidade de encruamento Por apresentar baixa tenacidade Por apresentar alta rigidez 5 1pt O que você faria ao dispor de um aço hipereutetoide no almoxarifado para alterar sua microestrutura de maneira a manter em equilíbrio as fases gama e Fe3C a primeira com 09C Demonstre domínio da questão ao utilizar corretamente o diagrama de fases A questão exigirá um esboço desta região do diagrama 6 1pt O encruamento não é considerado em materiais cerâmicos Explique o porquê 7 2pts A fração em massa de cementita eutetóide em uma liga ferrocarbono é 0104 Com base nesta informação é possível determinar a composição da liga Se sim qual é a sua composição Se não for possível explique por quê As imperfeições pontuais como vacâncias impurezas e átomos intersticiais alteram a difusão e a mobilidade dos átomos influenciando propriedades como a dureza e a resistência ao desgaste As imperfeições lineares representadas pelas discordâncias com vetor de Burgers 𝑏 facilitam a deformação plástica pois a movimentação destas linhas possibilita o encruamento e a redistribuição das tensões internas Imperfeições de superfície evidenciadas nos contornos de grão atuam como barreiras à propagação de discordâncias contribuindo para o aumento da resistência mecânica e melhorando a estabilidade frente à fadiga e à corrosão A interação entre vacâncias e discordâncias pode originar fenômenos de encruamento nos quais a segregação de impurezas nos contornos de grão potencializa a resistência do material Dessa forma o controle e a manipulação destas imperfeições permitem a engenharia de materiais com propriedades ajustáveis para aplicações estruturais e funcionais demonstrando que a presença de defeitos na rede cristalina pode ser benéfica quando bem administrada 03 2 C Para calcular a fração remanescente da fase γ que dará origem ao eutetoide utilizase o balanço de massas regra da alavanca Denominando C003 Cα0022 Cγ076 a fração de γ é dada por fγ C0 CαCγ Cα Substituindo os valores fγ 03 0022076 0022 02780738 0376 Assim aproximadamente 376 da liga encontrase na fase γ imediatamente antes da reação invariante eutetoide sendo essa a fração que ao atingir 727ºC se transforma em perlita 3 2pts Considere o Diagrama FeFe3C e as transformações de fase no estado sólido Dispõese de uma amostra da liga Fe15C à temperatura ambiente A Quais são seus microconstituintes B Quais suas frações C Haveria influência da temperatura caso essa amostra fosse aquecida até o próximo campo bifásico acima da reação invariante na composição da solução sólida Explique Use o balanço de massas Caso ache relevante esboce esta região do diagrama 3 A Na condição de equilíbrio a temperatura ambiente para uma liga Fe15C a microestrutura resulta da transformação do austenita na reação eutetoide gerando perlita mistura de α e Fe3C e cementita proeutetoide formada antes da reação eutetoide 4 1pt Um material hipoteticamente livre de imperfeições não seria útil Por não ter capacidade de deformarse plasticamente Por apresentar alta capacidade de encruamento Por apresentar baixa tenacidade Por apresentar alta rigidez 5 1pt O que você faria ao dispor de um aço hipereutetetoide no almoxarifado para alterar sua microestrutura de maneira a manter em equilíbrio as fases gama e Fe3C a primeira com 09C Demonstre domínio da questão ao utilizar corretamente o diagrama de fases A questão exigirá um esboço desta região do diagrama C atômico T ºC Fe 5 10 15 20 25 1700 1500 1300 1100 900 700 500 300 100 0 1 2 3 4 5 6 669 1495 ºC 1148 ºC 727 ºC 0022 077 L L γ L γ Fe3C γ γ α γ α Fe3C Fe3C C peso A3 A1 Acm E 6 O encruamento não é considerado em materiais cerâmicos Explique o porquê 6 O encruamento ocorre quando há a acumulação e interação de discordâncias durante a deformação plástica mecanismo que aumenta o limite de escoamento conforme pode ser expresso pela fórmula σy α G b ρ na qual σy é o limite de escoamento α é um fator adimensional G é o módulo de elasticidade de cisalhamento b é o módulo do vetor de Burgers e ρ é a densidade de discordâncias Nos materiais cerâmicos a natureza das ligações tipicamente iônicas ou covalentes gera ligações fortes e direcionais o que dificulta a formação e mobilidade das discordâncias Assim a densidade de discordâncias ρ é extremamente baixa tornando o mecanismo de encruamento ineficaz Além disso os materiais cerâmicos tendem a se comportar de maneira frágil sem a capacidade de absorver energia por meio de deformação plástica o que os impede de se beneficiarem do encruamento para aumentar a resistência Considerando que a microestrutura resultante da transformação eutetóide forma perlita a fração em massa de cementita é determinada pela regra da alavanca expressa por fFe3C C0 Cα CFe3C Cα na qual C0 é a composição global da liga Cα é a solubilidade de carbono na ferrita tipicamente 0022 e CFe3C é a composição em carbono da cementita tipicamente 667 Dado que fFe3C 0104 substituise na fórmula 0104 C0 0022 667 0022 C0 0022 6648 Multiplicando ambos os lados por 6648 C0 0022 0104 6648 0691392 Somando 0022 a ambos os lados obtémse C0 0691392 0022 0713392 Portanto é possível determinar a composição da liga que apresenta aproximadamente 0713 de carbono
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1 2pts A presença de imperfeições na rede cristalina de um material metálico é benéfico do ponto de vista de sua utilização na engenharia Neste contexto discuta brevemente a relevância das imperfeições pontuais de linha e de superfície Considere em seu texto as possíveis interações Limite seu texto a 15 linhas 2 1pt Considere o Diagrama FeFe3C No que concerne as transformações de fase no estado sólido comente sobre a liga com 0 3C no campo bifásico antes da reação invariante Em seu comentário escolha três temperaturas para subsidiar seu texto A Quais as fases em equilíbrio B Deixe claro como evoluem as composições das fases caminho C Calcule através do balanço de massas a fração remanescente da fase que dá origem ao eutetoide imediatamente antes da reação invariante A letra B exigirá um esboço desta região do diagrama 3 2pts Considere o Diagrama FeFe3C e as transformações de fase no estado sólido Dispõese de uma amostra da liga Fe15C à temperatura ambiente A Quais são seus microconstituintes B Quais suas frações C Haveria influência da temperatura caso essa amostra fosse aquecida até o próximo campo bifásico acima da reação invariante na composição da solução sólida Explique Use o balanço de massas Caso ache relevante esboce esta região do diagrama 4 1pt Um material hipoteticamente livre de imperfeições não seria útil Por não ter capacidade de deformarse plasticamente Por apresentar alta capacidade de encruamento Por apresentar baixa tenacidade Por apresentar alta rigidez 5 1pt O que você faria ao dispor de um aço hipereutetoide no almoxarifado para alterar sua microestrutura de maneira a manter em equilíbrio as fases gama e Fe3C a primeira com 09C Demonstre domínio da questão ao utilizar corretamente o diagrama de fases A questão exigirá um esboço desta região do diagrama 6 1pt O encruamento não é considerado em materiais cerâmicos Explique o porquê 7 2pts A fração em massa de cementita eutetóide em uma liga ferrocarbono é 0104 Com base nesta informação é possível determinar a composição da liga Se sim qual é a sua composição Se não for possível explique por quê As imperfeições pontuais como vacâncias impurezas e átomos intersticiais alteram a difusão e a mobilidade dos átomos influenciando propriedades como a dureza e a resistência ao desgaste As imperfeições lineares representadas pelas discordâncias com vetor de Burgers 𝑏 facilitam a deformação plástica pois a movimentação destas linhas possibilita o encruamento e a redistribuição das tensões internas Imperfeições de superfície evidenciadas nos contornos de grão atuam como barreiras à propagação de discordâncias contribuindo para o aumento da resistência mecânica e melhorando a estabilidade frente à fadiga e à corrosão A interação entre vacâncias e discordâncias pode originar fenômenos de encruamento nos quais a segregação de impurezas nos contornos de grão potencializa a resistência do material Dessa forma o controle e a manipulação destas imperfeições permitem a engenharia de materiais com propriedades ajustáveis para aplicações estruturais e funcionais demonstrando que a presença de defeitos na rede cristalina pode ser benéfica quando bem administrada 03 2 C Para calcular a fração remanescente da fase γ que dará origem ao eutetoide utilizase o balanço de massas regra da alavanca Denominando C003 Cα0022 Cγ076 a fração de γ é dada por fγ C0 CαCγ Cα Substituindo os valores fγ 03 0022076 0022 02780738 0376 Assim aproximadamente 376 da liga encontrase na fase γ imediatamente antes da reação invariante eutetoide sendo essa a fração que ao atingir 727ºC se transforma em perlita 3 2pts Considere o Diagrama FeFe3C e as transformações de fase no estado sólido Dispõese de uma amostra da liga Fe15C à temperatura ambiente A Quais são seus microconstituintes B Quais suas frações C Haveria influência da temperatura caso essa amostra fosse aquecida até o próximo campo bifásico acima da reação invariante na composição da solução sólida Explique Use o balanço de massas Caso ache relevante esboce esta região do diagrama 3 A Na condição de equilíbrio a temperatura ambiente para uma liga Fe15C a microestrutura resulta da transformação do austenita na reação eutetoide gerando perlita mistura de α e Fe3C e cementita proeutetoide formada antes da reação eutetoide 4 1pt Um material hipoteticamente livre de imperfeições não seria útil Por não ter capacidade de deformarse plasticamente Por apresentar alta capacidade de encruamento Por apresentar baixa tenacidade Por apresentar alta rigidez 5 1pt O que você faria ao dispor de um aço hipereutetetoide no almoxarifado para alterar sua microestrutura de maneira a manter em equilíbrio as fases gama e Fe3C a primeira com 09C Demonstre domínio da questão ao utilizar corretamente o diagrama de fases A questão exigirá um esboço desta região do diagrama C atômico T ºC Fe 5 10 15 20 25 1700 1500 1300 1100 900 700 500 300 100 0 1 2 3 4 5 6 669 1495 ºC 1148 ºC 727 ºC 0022 077 L L γ L γ Fe3C γ γ α γ α Fe3C Fe3C C peso A3 A1 Acm E 6 O encruamento não é considerado em materiais cerâmicos Explique o porquê 6 O encruamento ocorre quando há a acumulação e interação de discordâncias durante a deformação plástica mecanismo que aumenta o limite de escoamento conforme pode ser expresso pela fórmula σy α G b ρ na qual σy é o limite de escoamento α é um fator adimensional G é o módulo de elasticidade de cisalhamento b é o módulo do vetor de Burgers e ρ é a densidade de discordâncias Nos materiais cerâmicos a natureza das ligações tipicamente iônicas ou covalentes gera ligações fortes e direcionais o que dificulta a formação e mobilidade das discordâncias Assim a densidade de discordâncias ρ é extremamente baixa tornando o mecanismo de encruamento ineficaz Além disso os materiais cerâmicos tendem a se comportar de maneira frágil sem a capacidade de absorver energia por meio de deformação plástica o que os impede de se beneficiarem do encruamento para aumentar a resistência Considerando que a microestrutura resultante da transformação eutetóide forma perlita a fração em massa de cementita é determinada pela regra da alavanca expressa por fFe3C C0 Cα CFe3C Cα na qual C0 é a composição global da liga Cα é a solubilidade de carbono na ferrita tipicamente 0022 e CFe3C é a composição em carbono da cementita tipicamente 667 Dado que fFe3C 0104 substituise na fórmula 0104 C0 0022 667 0022 C0 0022 6648 Multiplicando ambos os lados por 6648 C0 0022 0104 6648 0691392 Somando 0022 a ambos os lados obtémse C0 0691392 0022 0713392 Portanto é possível determinar a composição da liga que apresenta aproximadamente 0713 de carbono