Lista de Exercícios - PFIII - Valter

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    10-Nov-2015
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Lista de exercicios 1, 2, 3 e 4 de tratamento termico

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SRIE DE EXERCCIOS N 11. Qual a diferena entre uma estrutura cristalina e um sistema cristalino?Resposta: A estrutura cristalina define a maneira segundo a qual os tomos ou ons esto arranjados espacialmente, nos materiais cristalinos. Ela definida em termos da geometria da clula unitria e da posio dos tomos dentro da clula unitria. J um sistema cristalino um esquema segundo o qual as estruturas cristalinas so classificadas de acordo com a geometria das clulas unitrias. Essa geometria especificada em termos de relaes entre comprimentos de arestas e ngulos interaxiais. Existem sete sistemas cristalinos diferentes.

2. Qual a diferena entre estrutura atmica e estrutura cristalina?Resposta: A estrutura atmica define o arranjo dos componentes internos da matria: prtons, neutros e eltrons; ou seja, a estrutura eletrnica em um nvel subatmico, definindo ainda o tipo de ligao entre os tomos que constituem o elemento ou composto. A estrutura cristalina define a maneira segundo a qual os tomos ou ons esto arranjados espacialmente, nos materiais cristalinos. Ela definida em termos da geometria da clula unitria e da posio dos tomos dentro da clula unitria.

3. O ferro possui uma estrutura cristalina CCC, um raio atmico de 0,124 nm, e um peso atmico de 55,85 g/mol. Calcular o fator de empacotamento da clula unitria.Resposta:Nmero de tomos na clula unitriaNat = 1 + [1/8.8] = 2Volume do tomoVat= 4R = 3 Relao entre a e R4R = a3 a = 4R/3a = 4R/3Fator de Empacotamento Atmico (FEA)FEA = Volume (tomos) = N(tomos).V(1tomo) Volume(clula) a

2. 4R FEA = 3 = 8. R . 3.3 = .3 = 0,68 4 3 64R 8 3FEA = 0,68

4. Mostrar que, para a estrutura cristalina cbica de corpo centrado (CCC), o comprimento da aresta da clula unitria a e o raio atmico R esto relacionados atravs da expresso a = 4R3.Resposta: No CCC, existe o triangulo retngulo com lados 4R, a, a2 . Ento:(4R) = a + 2a 16R = 3a a = 16R a = 4R 3 3

5. Como ocorre as modificaes das propriedades dos aos?Resposta: Existem trs possibilidades para melhorar a resistncia mecnica de qualquer metal: aplicar processos de fabricao por conformao mecnica, como prensagem e laminao, por exemplo; pode, tambm, tratar o metal termicamente, ou seja, submet-lo a aquecimento e resfriamento sob condies controladas. Ou acrescentar elementos de liga. Tudo isso vai mexer com a estrutura do metal-base.

6. O que voc entende por gro?Resposta: Durante o processo de solidificao, as clulas unitrias vo se multiplicando, lado a lado, e formam uma rede cristalina. As clulas unitrias se organizam em trs dimenses, apresentando um contorno de agregado de cristais irregulares. Esses cristais recebem o nome de gros, que so formados por milhares de clulas unitrias. Um gro nada mais do que um conjunto de clulas unitrias que cresceu em um nico sentido.

7. O que voc entende por clula unitria?Resposta: a menor unidade que se repete e que tem todas as caractersticas de simetria da forma organizada espacial dos tomos.

8. Explique a diferena de materiais cristalinos e no cristalinos em termos de arranjo atmico.Resposta: No material cristalino os tomos encontram-se ordenados sobre longas distncias atmicas formando uma estrutura tridimensional que se chama de rede cristalina. Em contraposio aos materiais no-cristalinos ou amorfos, nos quais no h ordem de longo alcance. Nos slidos no cristalinos, denominados amorfos, seus tomos, molculas ou ons no apresentam uma organizao de logo alcance, embora possam apresentar alguma ordenao de curto alcance. No entanto, sua estrutura no de fato organizada. Podemos citar como exemplos de slidos amorfos a borracha e alguns tipos de plsticos.

9. Comente o diagrama de liquefao e solidificao do Zn, considerando T(C), t(s), ponto de slido, ponto de lquido, curvas de resfriamento e aquecimento.Resposta: No aquecimento contnuo, a temperatura aumenta em funo do tempo. Quando chegar ao ponto de slido (419C), o metal comea a se liquefazer. Apesar da mesma quantidade de calor recebida, a temperatura permanece constante, isso porque todo o calor gasto pela mudana do estado de agregao. Esta zona horizontal chamada ponto de parada.A temperatura voltar a aumentar somente quando todo o metal estiver liquefeito.Embaixo do ponto slido, o estado de agregao slido, acima do ponto de lquido, passa a ser lquido.Na zona dos pontos de parada, o estado de agregao lquido ou slido.No processo de resfriamento a sequncia ocorre na ordem inversa.

10. Quais as estruturas cristalinas mais comuns encontradas nos materiais metlicos.Resposta: Entre diversas, as principais estruturas cristalinas para os metais so: Cbica de face centrada (CFC);Na estrutura cristalina cbica de face centrada, a clula unitria possui formato de um cubo e os tomos esto localizados no centro de cada uma das faces deste cubo (um tomo por face) e um tomo por vrtice do cubo (um tomo por vrtice). Cbica de corpo centrado (CCC);Na estrutura cristalina cbica de corpo centrado, a clula unitria possui formato de um cubo e os tomos esto localizados nos vrtices do cubo (um tomo por vrtice) e um tomo localizado no centro do cubo. Hexagonal compacta (HC);A clula unitria possui formato de um prisma hexgonal e os tomos esto localizados nos vrtices deste hexgono (um tomo por vrtice), um tomo localizado no centro de cada uma das duas bases (superior e inferior) do prisma hexagonal, e trs tomos localizados no centro de cada prisma triangular alternados (formando um plano entre as faces superior e inferior do prisma hexagonal). SRIE DE EXERCCIOS N 21. Cite as principais formas alotrpicas do ferro e suas principais caractersticas?Resposta: FERRO = FERRITA. Estrutura= CCC [Cbica de Corpo Centrado]; Temperatura existncia = at 912 C; Fase Magntica at 770 C (temperatura de Curie); Solubilidade mxima do Carbono= 0,02% a 727 C.FERRO = AUSTENITA. Estrutura= CFC [Cbica de Face Centrada] (possui + posies intersticiais); Temperatura existncia = 912 -1392C, Fase No-Magntica, Solubilidade mxima do Carbono= 2,14% a 1148C.FERRO = FERRITA DELTA. Estrutura= CCC [Cbica de Corpo Centrado]; Temperatura existncia = acima de 1394C; Fase No-Magntica; a mesma que a ferrita a; Como estvel somente a altas temperaturas no apresenta interesse comercial.

2. Qual a estrutura do ferro que magntica? At que temperatura o ferro magntico?Resposta: Ferro ou ferrita, estrutura CCC(cbica de corpo centrado), magntica ate 768C.

3. Aos so as principais ligas de Fe C de ampla aplicao na engenharia. Como o carbono encontra-se na estrutura cristalina do ferro?Resposta: O Carbono forma uma soluo slida intersticial com o Ferro, isto , os tomos de Carbono se colocam nos interstcios da estrutura cristalina do Ferro. Estes interstcios variam de tamanho de acordo com a estrutura, os interstcios da estrutura CCC so menores do que os da estrutura CFC.

4. A solubilidade do carbono maior na ferrita ou na austenita? Explique.Resposta: A mx. solubilidade no ferro 0,025%. A mx. solubilidade no ferro 2% (valor terico).Os interstcios variam de tamanho de acordo com a estrutura, isto , os interstcios da estrutura CCC so menores do que os da estrutura CFC. Exemplo: no caso da liga ferro-carbono os raios mximos do interstcios no ferro corresponde a 0,36 ngstrons para a estrutura CCC, e 0,52 ngstrons para a estrutura CFC.

5. Usando o diagrama de transformao T.T.T por resfriamento contnuo para a liga Fe-C, indique nas 4 curvas de resfriamento quais so as seguintes microestruturas nas curvas A, B, C e D.

Resposta:A- MartensitaB- Martensita + BainitaC- Martensita + bainita + perlita + ferritaD- Perlita + ferrita6. O que voc entende por ao carbono?Resposta: Aos-carbono uma liga binria de ferro mais carbono em que o ferro o elemento base e o carbono o elemento liga cujo teor varia de 0,008% at 2,11% mais as impurezas normais que so o fsforo, enxofre, silcio e o mangans. A quantidade de Carbono presente no Ao define a sua classificao: os de baixo carbono possuem no mximo 0,30% de Carbono; os de mdio carbono possuem de 0,30 a 0,60%; e os de alto carbono possuem de 0,60 a 1,00%.7. O que voc entende por ferro fundido?Resposta: O ferro fundido uma liga ternria de ferro mais carbono e silcio, em que o ferro o elemento base, o carbono o principal elemento da liga cujo teor de carbono varia de 2,11% at aproximadamente 6,67% e silcio de 1% a 3%. Quando acrescentamos outros elementos de liga para dar alguma propriedade especial liga bsica, chamado de ferro fundido ligado.Dependendo da quantidade de cada elemento e da maneira como o material resfriado ou tratado termicamente, o ferro fundido pode ser: cinzento, branco, malevel ou nodular.8. Conforme ABNT como se classifica os aos carbono?Resposta: Segundo a ABNT os aos carbono so classificados de acordo com o teor de carbono. De modo que usado a norma seguido de 4 nmeros, os dois primeiros indicam o grupo de ao carbono e os dois ltimos indicam a percentagem de carbono, em centsimos. Exemplo: ABNT 1020, ao ao carbono com 0,20% de carbono.9. Conforme ABNT como se classifica os ferros fundidos?Resposta:FoFo Cinzento carbono na forma de grafita (lamelas) que do a cor acinzentada. Boa usinabilidade, absorve vibraes. designado pela expresso FC XXX, onde FC representa Ferro fundido e XXX a resistncia a trao em MPa.Exemplo: FC 200 ferro fundido cinzento com uma resistncia a trao de 200 MPa. FC 30 ferro fundido cinzento com uma resistncia a trao de 30 kgf/cm.FoFo Branco carbono combinado com ferro formando cementita. Elevada dureza, resist a braso. Empregado em peas sujeitas ao atrito. designado pela expresso FE XXXXX, onde FE representa Ferro fundido branco. XXXXX, os trs primeiros dgitos representa a resistncia a trao em MPa e os dois ltimos algarismos o alongamento em percentual.Exemplo: FE 30007 FoFo branco cuja resist. trao de 300 MPa e alongamento de 7%.FoFo Malevel Obtido atravs do FoFo Branco que submetido a maleabilizao, tornando-se bem tenaz e de boa usinabilidade. Microestruturas em rosetas de grafite numa matriz de ferrita, perlita ou martensita. Empregado em peas sujeitas a alta temperatura. FMP XXXXX (FoFo Malevel Preto) ou FMBS XXXXX (FoFo Malevel Branco).XXXXX, os trs primeiros dgitos representa a resistncia a trao em MPa e os dois ltimos algarismos o alongamento em percentual.FoFo Nodular carbono livre na frma esferoidal (glbulos) devido a TT. O grafite em ndulos proporciona maior resistncia, dutibilidade e tenacidade, grande resist ao desgate. Valvulas, engrenagens, carcaa de bombas. designado por: FE XXXXXXXXXX, os trs primeiros dgitos representa a resistncia a trao em MPa e os dois ltimos algarismos o alongamento em percentual.

10. Definir os microconstituintes presentes nos aos carbono e quais so as suas propriedades?Resposta:AUSTENITA (ou ferro ) - uma soluo slida intersticial de C (com at 2,11%) constituda de ferro na estrutura CFC. Em aos carbono e aos baixa liga s estvel acima de 727C. Apresenta resistncia em torno de 150 Mpa e elevada ductibilidade e tenacidade. A Austenita no magntica.FERRITA Consiste em uma soluo slida intersticial de C (com at 0,022%) no ferro CCC. A ferrita magntica e apresenta baixa resistncia mecnica, cerca de 300 Mpa, excelente tenacidade e elevada ductibilidade.CEMENTITA (Fe3C) Microconstituinte composto de ferro e carbono. Esse carboneto apresentaelevada dureza, estrutura atmica ortorrmbica e 6,7% de carbono. Apresenta elevada dureza, baixa resistncia, baixa ductibilidade e baixa tenacidade.PERLITA Consiste na mistura mecnica das fases ferrita (88,5% em peso) e cementita (11,5% em peso) formada pelo crescimento cooperativo destas fases. Apresenta propriedades intermedirias entre a ferrita e a cementita dependendo do tamanho e espaamento das lamelas de cementita.

11. A figura abaixo (diagrama Fe-C) mostra as vrias regies. Passar um eixo zz pelo ao ao carbono com 1%C ao ser resfriado. Complete o quadro abaixo informando:a) Qual o estado fsico?b) Quais as fases presentes?c) Comente a estrutura da liga e como se encontra o carbono.d) Calcular a frao de Fe3C e P, na temperatura de 700C Obs.: Para localizar os pontos em f(T) traar paralelas ao eixo da abcissa com auxlio de uma rgua.

PontoTemp.Aprox.Estado FsicoFasesPresentesComentrios

>1600CLquido100% LTodo o carbono est dissolvido no ferro.

1480CLquido100% L

1450CLquido + Slido + LOs tomos de carbono comeam a se agrupar e os primeiros cristais de Austenita comeam a se formar no lquido.

1350CLquido + Slido + L

1000CSlido100% Amostra totalmente slida.

790CSlido + Fe3CA Austenita j no consegue dissolver todo o carbono e comea a se formar cementita localizada no contorno dos gros de austenita, por sua vez a austenita vai se empobrecendo de C.A Fe3C denominada cementita pr-eutetide pois se forma acima do ponto eutetide.

750CSlido + Fe3CA cementita forma uma rede no contorno dos gros de austenita. O ao passa a apresentar propriedades magnticas (est abaixo do ponto de Currie (768 C)).

723CSlido + Fe3CAo se atingir esta temperatura tem-se a Cementita pr (Fe3C) no contorno dos gros de Austenita com 0,86%C. (saturada)