S.J. dos Campos - DutraUma introduo dos materiais aplicadosProf. Dr. Fernando Cruz BarbieriExerccios de Cincia dos Materiais

B11. Lista de Exerccios

1. Lista de Exerccios2) Explique com suas prprias palavras o que so digrama de fases de um composto, para que serve e d alguns exemplos?

1. Lista de ExercciosabcdePonto a = Fase solida 100%

Ponto b = Fase solida 100%

Ponto c = mistura + L r. alavanca

P = CL Co x 100% = 50 40 x 100 CL C 50 - 30

P = 50% PL = 50 % L

Ponto d = Fase Liquida 100% L

Ponto e = Fase Lquida 100% L

1. Lista de Exerccios2) Explique com suas prprias palavras o que so digrama de fases de um composto, para que serve e d alguns exemplos?

Os diagramas de fases (tambm chamados de diagrama de equilbrio) relacionam temperatura, composio qumica e quantidade das fases em equilbrio.Um diagrama de fases um mapa que mostra quais fases so as mais estveis nas diferentes composies, temperaturas e presses. A microestrutura dos materiais pode ser relacionada diretamente com o diagrama de fases. Existe uma relao direta entre as propriedades dos materiais e as suas microestruturas.

1. Lista de ExercciosUma prata de lei, uma liga contendo aproximadamente 90% de prata e 10% de cobre aquecida nas temperaturas 600, 800 e 11000C. Determine as fases presentes e suas propores, como mostra a figura abaixo.

1. Lista de Exerccios

600 = mistura + alavanca

P = C Co x 100% = C CP = 98 10 x 100% = 93,6% 98 4

P = 6,4 %

800 = mistura + L alavanca

P = CL Co x 100% = C L C

P = 25 10 x 100% = 88,3% 25 8

PL = 11,7 % L

110 = Fase Lquida 100% L

1. Lista de Exerccios4 ) Para uma liga de solda com 40% de estanho e 60% de chumbo a 1500C , a) quais as fases presentes, b) qual a proporo de cada fase.

mistura + alavanca

C = 10% Sn

C0 = 40%Sn

C = 98 %Sn

P = C Co x 100% = C C

P = 98 40 x 100% = 65,9% 98 10

P = 34,1 %

5) Uma liga tpica para componentes de aeronaves contm 92kg de magnsio e 8 kg de alumnio. Quais so fases presentes e as propores dessas fases a: 6500C, 5300C, 4200C, 3100C e 2000C, conforme mostra figura abaixo?1. Lista de Exerccios

6500C (a)

5300C (b)

4200C (c)

3100C (d)

2000C (e)

1. Lista de Exerccios

2. Lista de Exerccios 1) Faa uma analise das fases presentes na liga chumbo-estanho, solidificadas em condies de equilbrio, nos seguintes ponto do diagrama, como mostra a figura abaixo:pede-se: a) composio euttica b) temperatura euttica c) reao euttica d) as fases e as propores dessas fases presentes no ponto c e) as fases e as propores dessas fases presentes no ponto e

2. Lista de Exerccios

2. Lista de Exerccios2) Para a liga composta por Fe-C, como mostra a figura abaixo, determine:)a liga euttica e eutetide) a temperatura euttica e eutetide) a reao euttica e eutetided) Mostre no grfico as regies: eutetides/eutticas hipoeutetides/hipoeutticas hipereutetides/hipereutticas

2. Lista de Exercciosd)Euttica = 4,3%C Eutetide = ,76%C Teuttica = 11480C TEutetide = 7270C Reao euttica L (4.3% C) (2.11% C) + Fe3C (6.7% C)

Reao eutetide (0.77% C) (0.022% C) + Fe3C (6.7%)

2. Lista de Exercciosa.) Cite as principais formas alotrpicas do ferro e suas principais caractersticas.b.) Qual a estrutura do ferro que magntica? At que temperatura o ferro magntico?c.) Aos so as principais ligas de Fe-C de ampla aplicao na engenharia. Como o carbono encontra-se na estrutura cristalina do ferro?d.) A solubilidade do carbono maior na ferrita ou na austenita? Explique.e.) Qual a composio dos aos quanto ao teor de carbono?f.) Como variam as propriedades mecnicas dos aos, como resistncia, dureza e ductilidade, nos aos de acordo com o teor de carbono?g.) Com base no diagrama Fe-C, qual a solubilidade mxima do carbono nos aos e a que temperatura ocorre?h.) Com base no diagrama Fe-C, especifique as temperaturas e composies das reaes euttica e eutetide.i.) Qual a diferena entre aos hipoeutetides e hipereutetides?j.) Como so as microestruturas caractersticas dos aos eutetides, hipo e hiper eutetides?k.) Quais so as principais fases que podem estar presentes nos aos a temperatura ambiente, se resfriados lentamente? Cite as principais propriedades mecnicas dessas fases.l.) Use a regra das alavancas para determinar a frao da ferrita e da cementita na perlita.3) Responda as questes abaixo

2. Lista de Exercciosa.) Ferro (ferrita) - possui a estrutura cbica de corpo centrado (CCC) e o estado em que encontramos o ferro a temperatura ambiente (at 910oC). O ferro pode ou no ser magntico (magntico abaixo de 768 oC, que o ponto Curie). Possui uma baixa dureza.Ferro (austenita) - possui a estrutura cbica de face centrada (CFC) e encontrada a uma temperatura entre 910oC e 1390oC. Possui boa resistncia mecnica e aprecivel tenacidade alm de no ser magntica.Ferro - possui a estrutura cbica de corpo centrado (CCC) e encontrada a uma temperatura entre 1390oC e 1534 oC.b.) Ferritaestrutura CCC(cbica de corpo centrado), magntica ate 768C

c.) O carbono forma uma soluo slida intersticial com o ferro, isto , os tomos de carbono se colocam nos interstcios da estrutura cristalina do ferro.

d.) A mxima solubilidade no ferro 0,025% A mxima 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.

2. Lista de Exercciose.) Ao= 0,008 at 2,06% de Carbono

f.) A presena de tomos de impureza causa deformaes na rede cristalina do solvente restringindo o movimento das discordncias e assim alterando as propriedades dos aos.

De acordo com o teor de carbono no ao as propriedades do ao melhoram.

Existem aos de baixo , mdio e alto teor de carbono

Baixo carbono: possui baixa resistncia e dureza e alta tenacidade e ductilidade. usinvel e soldvel, alm de apresentar baixo custo de produo. Geralmente, este tipo de ao no tratado termicamente.

Mdio carbono: possui maior resistncia e dureza e menor tenacidade e ductilidade do que o baixo carbono. Apresentam quantidade de carbono suficiente para receber tratamento trmico de tmpera e revenimento, embora o tratamento, para ser efetivo, exija taxas de resfriamento elevadas e em sees finas. Alto carbono: o de maior resistncia e dureza. Porm, apresentam menor ductilidade entre os aos carbono. Geralmente, so utilizados temperados ou revenidos, possuindopropriedades de manuteno de um bom fio de corte.

2. Lista de Exercciosg.) aproximadamente 2,1 %C da fase austenitica a 11480C

h.) Reao eutticaA 1148C ocorre a reao L (4.3% C) (2.11% C) + Fe3C (6.7% C)

Reao eutetideA 727C ocorre a reao (0.77% C) (0.022% C) + Fe3C (6.7% C)

i.) A diferena esta na percentagem de carbono presente no ao, de 0,008 a 0,76de carbono o ao e hipoeutetoide acima de 0,76 ate 2,14de carbono o ao e hipereutetoide.

j.) Eutetoide perlita Hipo ferrita(macia e dutil), cementita(dura e frgil) Hiper ferrita proeutetoide + perlita.

2. Lista de Exercciosk.) Ferrita- ductil, baixa resistncia mecnica,macia.Cementita- dura e resistente.Perlita- alta resistncia mecnica,dureza,baixa ductilidade.

l.)

m.) Ferrita.

n.) Cementita

2. Lista de Exerccios4) Considere o diagrama FeC dado abaixo. Uma liga com 3,0 %C (% mssica) fundida a 1400oC, sendo a seguir resfriada lentamente, em condies que podem ser consideradas como sendo de equilbrio. Pergunta-se:a) Qual a temperatura de incio de solidificao dessa liga?b) Qual a primeira fase slida que se solidifica temperatura definida no item (a)?c) Qual a temperatura na qual termina a solidificao dessa liga?d) A 1148oC, quais so as fases presentes, as suas composies e as suas propores relativas?e) A 723oC, quais so os constituintes dessa liga, as suas composies e as suas propores relativas?

2. Lista de Exerccios13000C11480C fases -> a austenita e fase lquida.

composies -> de cada fase, e as respectivas propores relativas calculadas pela regra da alavanca so dadas abaixo. Fase Composio (%C) Proporo relativa (%)Austenita 2,1 (4,3-3,0)/(4,3-2,1) = 0,5909 59,1% Lquida 4,3 (3,0-2,1)/(4,3-2,1) = 0,5909 40,9%

e) Fases -> cementita e a ferrita (ligeiramente inferior temperatura da reao eutetide)

Toda a ferrita est contida na perlita (microconstituinte eutetide formado por uma mistura ntima de ferrita e cementita, originria da austenita, atravs de uma reao eutetide).

Apenas parte da cementita est contida no microconstituinte eutetide.

As propores relativas de cementita e de ferrita podem ser calculadas pela regra da alavanca, como apresentado a seguir.Fase Composio (%C) Proporo relativa (%) ferrita 0,022 (6,7-3,0)/(6,70-0,022) = 0,541 5,4% cementita 6,70 (3,0-0,022)/(6,70-0,022) = 0,459 4,6%A proporo relativa da microestrutura perltica, composta por ferrita e por cementita, pode se calculada pela regra da alavanca. Consideramos a microestrutura perltica como sendo um constituinte, e fazemos o clculo da regra da alavanca, como segue:Composio (%C) Proporo relativa (%) perlita 0,7 (6,7-3,0)/(6,70-0,7) = 0,6239 62,4% cementita (fora da perlita)

2. Lista de Exerccios

2. Lista de ExercciosFerrita ():estrutura cbica existente:____CCC_______b) solubilidade mxima de carbono (teor %): _0,022% at temperatura de 727_0C c) propriedades mecnicas:____MOLE_________ Austenita ():a)estrutura cbica existente:____CFC__________b) solubilidade mxima de carbono (teor %): _2,1_% at temperatura de _1148__0Cc) forma estvel do ferro puro a temperatura entre _9120C a _13940C d) propriedades mecnicas:______BOAS_________ Ferrita ():a)estrutura cbica existente:____CCC___________b) forma estvel at a temperatura de _1534__0C c)possui alguma aplicao tecnolgica ::NAO Cementita (Fe3C):a)forma-se quando o limite de solubilidade de carbono __6,7%c_b) forma estvel at a temperatura de _1148_0C c) propriedades mecnicas:_____FRAGIL__________ Perlitaa)quais as microestruturas que formam a perlita:__FERRITA__CEMENTITA___b) as lamelas claras se refere a:__FERRITA e as lamelas escuras a ___CEMENTITA_c) propriedades mecnicas:_______BOAS________

2. Lista de Exerccios

B21. Lista de Exerccios

3. Lista de Exerccios1) Usando o diagrama de transformao (TTT) por resfriamento contnuo para a liga ferro-carbono, indique nas 4 curvas de resfriamento contnuo:a) as seguintes microestruturas nas curvas A, B, C e D;b) quais tratamentos trmicos referem-se as curvas A,B,C e D.Estrutura

Martensita

Martensita + bainitaMartensita + bainita+perlita+ferritaPerlita+ ferrita

Tratamentoa)Temperab) Temperac)Temperad) normalizao

3. Lista de Exerccios2) Usando o diagrama de transformao (TTT) por resfriamento contnuo para a liga ferro-carbono, indique nas 3 curvas de resfriamento contnuo as microestruturas formadas?Martensita

Perlita + Bainita+ Martensita

Perlita

3. Lista de Exerccios3) Usando o diagrama de transformao (TTT) por resfriamento contnuo para a liga ferro-carbono, indique nas 3 curvas de resfriamento contnuo as microestruturas formadas?MartensitaBainitaFerrita + Perlita + Bainita

3. Lista de Exerccios4) Explique para cada tratamento trmico: recozimento, normalizao, tmpera e revenido:a) objetivo (finalidade)b) metodologia (temperatura de tratamento, encharque e velocidade de resfriamentoc) Aplicaes

5) Explique porque estes fatores influenciam as curvas do diagrama TTT?composio qumica ( teor de carbono e elemento de liga)tamanho do gro austentico

6) Explique como a martensita da liga Fe-C obtida atravs de um resfriamento rpido a partir da temperatura de austenitizao, relacionando com o processo de sada do carbono de dentro da clula CFC (figura) para formar uma clula tetragonal de corpo centrado.

Teoria, tirar a apostilaTeoria, tirar a apostilaTeoria, tirar a apostila

7) Usando o diagrama de transformao tempo-temperatura para uma liga de ferro-carbono com composio eutetide, especifique a natureza da microestrutura final (em termos de microconstituintes presentes) para uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes tratamentos tempo-temperatura. Para cada caso, suponha que a amostra se encontra inicialmente a uma temperatura de 8000C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por tempo suficiente para que atingisse uma completa e homognea temperatura austentica.

a) Resfriamento rpido at 3000C de 1s, manuteno dessa temperatura por 103s (isotrmico), seguido por um resfriamento lento por 104s at temperatura ambiente. b) Resfriamento rpido at 6800C, manuteno dessa temperatura por 104s (isotrmico), seguido por um resfriamento lento por 105s at temperatura ambiente. c) Resfriamento lento continuo at temperatura ambiente por 105s.3. Lista de Exerccios

abca 50% bainita

b 100% perlita grossa

c) 100% perlita grossa

3. Lista de Exerccios

8) Usando o diagrama de transformao tempo-temperatura para uma liga de ferro-carbono com composio eutetide, especifique a natureza da microestrutura final (em termos de microconstituintes presentes) para uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes tratamentos tempo-temperatura. Para cada caso, suponha que a amostra se encontra inicialmente a uma temperatura de 8000C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por tempo suficiente para que atingisse uma completa e homognea temperatura austentica.

Resfriamento rpido continuo por 8s at temperatura ambiente.

b) Resfriamento rpido at 5750C, manuteno dessa temperatura por 40s, resfriamento lento at 2000C.

c) Resfriamento rpido at 4000C at 1s, manuteno dessa temperatura por 12s, resfriamento rpido at 102s at temperatura ambiente.

d) Resfriamento rpido at 3000C, manuteno dessa temperatura por 104s, resfriamento lento at 105 segundos.3. Lista de Exerccios

acdba 90% martensita

b 100% perlita fina

c 25% bainita superior+ 90% martensita

d 100% bainita inferior3. Lista de Exerccios

9) Usando o diagrama de transformao tempo-temperatura para uma liga de ferro-carbono com composio hipereutetide de 1,13%C , especifique a natureza da microestrutura final (em termos de microconstituintes presentes) para uma pequena amostra que foi submetida aos seguintes tratamentos tempo-temperatura. Para cada caso, suponha que a amostra se encontra inicialmente a uma temperatura de 8600C e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por tempo suficiente para que atingisse uma completa e homognea temperatura austentica.

a) Cementita + perlita grossab) Martensita 90%c) 50% Perlita fina + 100% bainita inferior

3. Lista de Exerccios

bca3. Lista de Exercciosa Resfriamento lento continuo at temperatura ambiente por 106s.

b Resfriamento rpido continuo por 0,4s at temperatura ambiente.

c Resfriamento rpido at 5430C por 0,1s, manuteno dessa temperatura por 1s, resfriamento rpido at 2900C, manuteno dessa temperatura por 104s e resfriamento por 105s at temperatura ambiente.

10) Coloque os aos abaixo por ordem decrescente de resistncia:

-0.3wt%C esferoidita-0.3wt%C perlita grosseira-0.6wt%C perlita fina-0.6wt%C perlita grosseira-0.6wt%C bainita-0.9wt%C martensita-1.1wt%C martensita........

Resposta 1.1wt%C martensita0.9wt%Cmartensita0.6wt%C bainita0.6wt%C perlita fina0.6wt%C perlita grosseira0.3wt%C perlita grosseira0.3wt%C esferoidita3. Lista de Exerccios

11) Peas de um ao com 0,77% C (eutectide) so aquecidas durante 1 hora a 850 C e depois so submetidas aos tratamentos trmicos da lista abaixo indicada. Usando o diagrama TTT-TI da figura determine a microestrutura das peas aps cada tratamento.

a) Tmpera em gua at temperatura ambiente b) Arrefecimento em banho de sais at 680 C, manuteno durante 2 horas, seguida de arrefecimento em gua. c) Arrefecimento em banho de sais at 570 C, manuteno durante 3 minutos, seguida de arrefecimento em gua. d) Arrefecimento em banho de sais at 400 C, manuteno durante 1 hora, seguida de arrefecimento em gua. e) Arrefecimento em banho de sais at 300 C, manuteno durante 1 minuto, seguida de arrefecimento em gua. f) Arrefecimento em banho de sais at 300 C, manuteno durante 2 horas, seguida de arrefecimento em gua. 3. Lista de Exerccios

aebdcf3. Lista de Exercciosa 90% martersita

b 100% perlita grossa

c 100% perlita fina

d 100% bainita superior

e 50% bainita inferior + martensita

f 100% bainita inferior

12.) Responda

a) - A formao da martensita depende do tempo?b) - Por que a martensita no aparece no diagrama de equilbrio Fe-C?c) - A martensita mais facilmente obtida num ao hipo ou hipereutetide?d) Quais so as principais fases que podem estar presentes nos aos a temperatura ambiente,se resfriados lentamente? Cite as principais propriedades mecnicas dessas fases.e) Diferencie as propriedades da martensita e da martensita revenida, dizendo como podemser obtidas.f) Qual o microconstituinte mais mole dos aos?g) Qual o microconstituinte mais duro dos aos?h) Quais so os principais fatores que modificam a posio das curvas TTT?i) Alto teor de carbono favorece ou dificulta a formao da martensita? E da perlita?j) Tamanho de gro grande favorece ou dificulta a formao da martensita? E da perlita? Justifique.k) Quais o efeito dos elementos de liga na formao da martensita e da perlita?l) possvel obter um ao com estrutura austentica a temperatura ambiente?m) possvel obter um ao com estrutura martenstica por resfriamento lento?n) A transformao martenstica nos aos ocorre com aumento ou diminuio de volume? Qual o efeito disso no material?

12.) Responda

Como a martensita no envolve difuso, a sua formao ocorre instantaneamente (independente do tempo, por isso na curva TTT a mesma corresponde a uma reta)

b) Tem estrutura tetragonal cbica. Assim, uma fase metaestvel, por isso no aparece no diagrama.

c) Quanto o maior teor de carbono em um ao, maior a probabilidade de formar a martensita, portanto ao hipereutetide forma mais facilmente as matensita.

d) Ferrita- ductil, baixa resistncia mecnica,macia.Austenita- media resistncia mecnica, media dureza, media ductilidade.Cementita- dura e resistente.Perlita- alta resistncia mecnica,dureza,baixa ductilidade.

e) Martensita: uma soluo slida supersaturada de carbono (no se forma por difuso); microestrutura em forma de agulhas; dura e frgil (dureza: 63-67 Rc); tem estrutura tetragonal cbica ( uma fase metaestvel, por isso no aparece no diagrama). Na martensita todo o carbono permanece intersticial, formando uma soluo slida de ferro supersaturada com carbono, que capaz transformar-se em outras estruturas, por difuso, quando aquecida. obtida quando se resfria ao austentico rapidamente at a temperatura ambiente.Martensita revenida: obtida pelo reaquecimento da martensita (fase alfa + cementita). Neste processo, a dureza cai; os carbonetos precipitam e formam de agulhas escuras

12.) Responda

f) Ferrita

g) No equilibrio a cementita e fora do equilbrio a martensita

h) Composio qumica; tamanho de gro da austenita; homogeneidade da austenita.

i) Quanto menor o teor de carbono (abaixo do eutetide) mais difcil de obter estrutura martenstica. A percentagem de perlita ser tanto menor quanto menor for o teor de carbono, anulando-se quanto este cair abaixo de 0.020%.

j) Quanto maior os tamanhos de gro mais para a direita deslocam-se as curvas TTT, e o tamanho de gro grande dificulta a formao da perlita, j que a mesma inicia-se no contorno de gro. Ento, tamanho de gro grande favorece a formao da martensita

k) Quanto maior o teor e o nmero dos elementos de liga, mais numerosas e complexas so as reaes. Todos os elementos de liga (exceto o Cobalto) deslocam as curvas para a direita, retardando as transformaes. Facilitam a formao da martensita. Como conseqncia: em determinados aos pode-se obter martensita mesmo com resfriamento lento

12.) Responda

l) No ao AISI 1321 cementado, as linhas Mi e Mf so abaixadas. Neste ao a formao da martensita no se finaliza, levando a se ter austenita residual a temperatura ambiente.

m) Sim.Use as curvas TTT para um ao eutetide para especificar o microconstituinte atravs de um resfriamento isotermico. Assuma que o resfriamento inicia-se a 7600C.Resfriado rapidamente at 3000C, permanecendo por 20 segundos e ento resfriado rapidamente em gua, forma-se a Martensita.

n) Ocorre aumento de volume por causa da transformao de ordem estrutural no retculo cristalino do ao ( de austenitapara martensita)e porque a martensita ocupa maior volume, ocorreuma conseqentemente variao nas dimenses da pea, conhecida genericamente por distoro.

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