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Lista 1 de CTM – 2009.2 1) Cite quais são os cinco tipos nos quais podem ser sub-divididos os materiais. Metais, cerâmicos, polímeros, compósitos e semicondutores (bio-materiais e nano-materiais não são considerados nesta classificação porque podem ser obtidos a partir de materiais das 5 classes básicas). 2) Cite quais são as ligações químicas primárias que podem existir nos materiais cerâmicos e cite duas propriedades características dos cerâmicos, que sejam devidas diretamente às ligações químicas citadas. Iônicas e covalentes. O alto ponto de fusão, devido à forte energia das ligações envolvidas, e a fragilidade (falham com pouca deformação) gerada pelas ligações iônicas, formadas por íons opostos. 3) (1,5) Como são sub-divididos os materiais poliméricos e qual é a característica da estrutura macromolecular de cada grupo? Termo-plásticos – estrutura de cadeias lineares ou ramificadas, sem ligações cruzadas. Termo-rígidos – estrutura de cadeias em rede 3D, com forte inter-ligação entre macro-moléculas Elastômeros – estrutura de cadeiras com ligações cruzadas. 4) (1,5) a) Faça em um mesmo gráfico, uma representação esquemática das curvas tensão-deformação para um material com grande tenacidade e para o mesmo material em uma condição em que ele apresente baixa tenacidade; b) Indique nas curvas traçadas o limite de resistência e o limite de escoamento; c) Se uma tensão σ for aplicada, e se essa tensão for inferior ao limite de escoamento do material para ambas as condições descritas no item a, em qual dessas condições o material apresentará uma maior deformação? Explique a resposta. 5) (3,0) Considere o diagrama de fases ao lado: a) (0,5) Indique as linhas solvus, liquidus e solidus presentes no diagrama; b) (0,5) Nomeie e escreva a equação que descreve a reação que ocorre a 577oC, quando a composição da liga for 87,4%Al-12,6%Si. Reação eutética – L(12,6wt% Si) (1,6 wt% Si) + (100% Si) c) Dada a liga 80%Al-20%Si: solidus solvus i) (1,0) Indique quais são as fases presentes, a composição das fases e a porcentagem das fases a 600oC; L + , CL = 14 wt% Si (86 wt% Al), C = 100wt% Si, WL = (100-20)/(100-14) = 0,93 – 93%, W = 7% ii) (1,0) Faça uma representação esquemática da microestrutura dessa liga para as temperaturas de 900oC, 600oC e 300oC. 900 oC 600 oC 300 oC } e em lamelas alternadas 6) (1,0) a) Faça uma representação esquemática de uma rede cristalina CCC, indicando nela o tipo de posição que os átomos de soluto podem ocupar. b) Em função da posição dos átomos de soluto, que tipo de solução sólida pode ser formada? Este é um soluto intersticial, que ocupa espaço existente entre os átomos da rede. Se a impureza ocupar uma vacância deixada por um átomo da rede, se forma uma solução substitucional. I. Considerando as classes de materiais e suas propriedades gerais, podemos afirmar que: 1. ( ) Em geral, metais e cerâmicas são mais resistentes do que polímeros. No entanto, cerâmicas são mais frágeis do que os metais. 2. ( ) Semicondutores não têm aplicação estrutural relevante, mas são fundamentais para aplicações eletrônicas. 3. ( ) Metais e polímeros são, tipicamente, bons condutores de eletricidade e de temperatura. Cerâmicas, apesar de resistirem a altas temperaturas, são isolantes térmicas. 4. ( ) Compósitos são formados, em geral, por materiais de classes diferentes, buscando usufruir da combinação de propriedades destes materiais. Por isso, são sempre mais resistentes que cada componente individual. II. As propriedades cotidianas dos materiais: 5. ( ) Dependem da composição química e da microestrutura, que são controladas durante a síntese e o processamento dos materiais. 6. ( ) Dependem basicamente da composição química e da forma da peça utilizada. Composição Te m pe ra tu ra (° C ) Composição Te m pe ra tu ra (° C ) Composição Te m pe ra tu ra (° C ) L L 7. ( ) São definidas pelas características da matéria-prima bruta, obtida da natureza e pela possibilidade de reciclagem (ou reaproveitamento). 8. ( ) Independem da organização em escala atômica, sendo controladas basicamente pelo processo de fabricação da peça. III. Sobre polímeros podemos afirmar que: 9. ( ) Têm densidade relativamente baixa, e são facilmente processáveis. É possível obter formas e aplicações variadas a partir de um mesmo processo de fabricação. 10. ( ) Por serem muito sensíveis à temperatura, em geral exigem diversos passos de fabricação para obter o produto acabado. 11. ( ) São todos formados por grandes moléculas lineares, conectadas por ligações de Van der Waals, ou ligações cruzadas do tipo covalente. 12. ( ) Podem ser classificados como termoplásticos, elastômeros e termorrígidos. Os termoplásticos apresentam cadeias lineares ou ramificadas. Os elastômeros são mais flexíveis porque não apresentam ligações cruzadas. IV. Quanto às propriedades mecânicas: 13. ( ) Podemos afirmar que polímeros são, geralmente, menos rígidos que metais ou cerâmicos, fato caracterizado por um módulo de elasticidade muito mais baixo. 14. ( ) Podemos afirmar que a resistência específica pode ser similar a de metais, já que polímeros são materiais pouco densos. Este fato tem relevância, por exemplo, na indústria de petróleo. 15. ( ) Em geral, a rigidez dos polímeros depende da temperatura. Devido à maior energia térmica disponível, a rigidez aumenta com o aumento da temperatura. 16. ( ) Já que polímeros são mais flexíveis, sua tenacidade à fratura é superior a de metais. OBS: Por definição, Tenacidade à Fratura é a capacidade de um material de resistir à propagação de trincas. V. Sobre compósitos podemos afirmar que: 17. ( ) São compostos por uma matriz (p. ex. um polímero) e um reforço (p. ex. fibras de carbono). 18. ( ) Fibras em geral vão contribuir com a rigidez e com a resistência mecânica, enquanto a matriz contribuirá com a leveza. 19. ( ) Apesar de versáteis, não conseguem apresentar resistência específica superior a de metais. 20. ( ) Podem ser classificados, pelo tipo de reforço, em reforçados por partículas, por fibras e por lamelas alternadas. VI. Sobre compósitos reforçados por fibras podemos afirmar que: 21. ( ) Aqueles formados por fibras contínuas e alinhadas serão anisotrópicos, enquanto os reforçados por fibras descontínuas aleatoriamente distribuídas serão isotrópicos. 22. ( ) A madeira é um exemplo deste tipo de compósito, com fibras de celulose unidas por uma matriz de lignina. 23. ( ) Aqueles formados por fibras contínuas e alinhadas só são úteis se a força aplicada à peça estiver na direção das fibras. 24. ( ) Como as fibras precisam ficar presas, só é possível utilizar polímeros termoplásticos como matriz. VII. Duas peças de material compósito (polímero e fibras de carbono) foram fabricadas com o mesmo formato cilíndrico e a mesma fração de fibras. A rigidez foi medida ao longo do eixo do cilindro (direção AX), e na direção transversal (direção TR). Obtiveram-se os seguintes valores: Peça Direção AX Direção TR A 60 x 103 MPa 20 x 103 MPa B 32 x 103 MPa 34 x 103 MPa Podemos afirmar que: 25. ( ) A peça A tem fibras contínuas e alinhadas na direção AX. A Peça B tem fibras aleatoriamente orientadas. 26. ( ) Para a peça A, a rigidez na direção AX corresponde à condição de iso-deformação, enquanto a direção TR corresponde à condição de iso-tensão. 27. ( ) A peça A tem fibras contínuas e alinhadas na direção AX. A Peça B tem fibras contínuas e alinhadas na direção TR. 28. ( ) Não faz sentido testar um compósito formado por componentes com valores de rigidez muito diferentes. VIII. Analise as curvas tensão-alongamento abaixo, obtidas para duas peças cilíndricas de metal com comprimento inicial de 100 mm e mesma seção transversal. Podemos afirmar que: 29. ( ) O material A é menos resistente, mais dúctil e mais tenaz que o material B. 30. ( ) O limite de resistência e a tenacidade do material B são maiores do que os do material A. 31. ( ) As deformações valem aproximadamente 0,7% e 2,3% para os materiais B e A, respectivamente. 32. ( ) O material B é mais resistente, menos dúctil e mais tenaz que o material B. IX. Considere o diagrama de fase Fe-C e um aço de composição hipo-eutetóide. Este aço 33. ( ) possui uma microestrutura totalmente ferrítica. 34. ( ) possui uma microestrutura de ferrita-proeutetóide e perlita. 35. ( ) possui uma microestrutura de ferrita-proeutetóide, ferrita e cementita (Fe3C). 36. ( ) possui uma microestrutura totalmente austenítica. X. Aços TRIP são particularmente úteis para proteção de impacto lateral porque 37. ( ) a medida que o material se deforma, absorve a energia de impacto, tornando-se mais resistente. 38. ( ) quando o aço sofre a ação de uma força, a estrutura cristalina muda de CFC (austenita) para CCC( martensita) tornando-o menos plástico. 39. ( ) são aços de baixa resistência utilizados pela indústria automobilística. 40. ( ) são aços muito duros e frágeis. XI. O diagrama de fase eutético 41. ( ) é um diagrama que descreve a miscibilidade parcial de dois componentes. 42. ( ) possui uma reação na qual um sólido se transforma em dois sólidos. 43. ( ) corresponde a concentração máxima que se pode atingir de um soluto dentro de um solvente. 44. ( ) é uma variante do diagrama isomorfo. XII. Um cristal pode ser definido como 45. ( ) uma organização periódica de átomos no espaço. 46. ( ) uma organização aleatória de átomos no espaço. 47. ( ) um material transparente de origem natural ou artificial. 48. ( ) um material amorfo. XIII. Pode-se afirmar que 49. ( ) o ferro é alotrópico – apresenta estruturas cristalinas diferentes a diferentes temperaturas. 50. ( ) o ferro puro tem estrutura CFC a temperatura ambiente e CCC acima de 912 oC. 51. ( ) só aceita solutos intersticiais. 52. ( ) o ferro, por ser bastante resistente, não muda de estrutura com o aumento de temperatura. XIV. Pode-se afirmar que 53. ( ) o ferro com estrutura CFC apresenta limite de solubilidade de carbono cerca de 100 vezes maior que a estrutura CCC. 54. ( ) quando se excede seu limite de solubilidade dentro do ferro, o carbono se transforma num soluto substitucional. 55. ( ) a presença de carbono distorce a rede cristalina do ferro, tornando-o menos resistente. 56. ( ) o carbono é o único soluto presente dentro de aços. XV. Discordâncias 57. ( ) são átomos que não concordam entre si. 58. ( ) possuem dois tipos: em linha e em hélice. 59. ( ) são defeitos lineares fundamentais na deformação elástica de materiais cristalinos. 60. ( ) não estão associadas ao encruamento do material.
