PCM_Lista de Exercícios 1_Ligacoes Propriedades Estrutura_2013a

5/24/2018 PCM_Lista de Exerc cios 1_Ligacoes Propriedades Estrutura_2013a

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UNIVERSIDADEFEDERAL DEUBERLNDIAFACULDADEDEENGENHARIAMECNICA

LABORATRIODETRIBOLOGIAEMATERIAISPRINCPIOSDECINCIASDOSMATERIAIS

Prof.WashingtonMartinsdaSilvaJr.

1ListadeExercciosLigaesQumicas;PropriedadesMecnicas,ticas,Eltricas,TrmicaseMagnticas;EstruturaCristalina

1. Osmateriaissoformadospelauniodeseustomosoumolculasatravsdeligaesqumicasfortesefracas.Asligaesfortesso:a. Inicab. Covalentec. Metlica

Descrevaastrsligaescitadaseciteexemplosdemateriaisqueseformamatravsdestetipodeligao.

2. SobreasligaesqumicasfracasoudeVanderWaals,pedese:a. Diferenciedipolopermanente,pontedehidrognioedipoloinduzido.b. Citeexemplos.

3. Osgasesnobrespossuemaltimacamadadevalnciacompleta.Apesardisso,elescondensam.Expliqueestefenmeno.

4. Sabesequeosmateriaisdeengenhariasoclassificadoscomometlicos,cermicosoupolimricosemfunodotipodeligaesqumicaspresentesemcadaum.Citea(s)ligao(es)presentesemcadaum.Citeeexplique03propriedadesparacadaumadestasclassesdemateriaiseexpliqueasemfunodestasligaespresentes.

5. A ligaoqumicaentreostomosformadoresdasmolculasdepolmerosforte(covalente).Contudo,osmateriaispolimricosnopossuemboaresistnciamecnica.Expliqueessaaparentecontradio.

6. Os testesdedurezaVickerseBrinellpossuemumamesmaescala (Kgf/mm2).Entretanto,acimade300Kgf/mm2,osvaloresdivergem.Explique.

7. PorqueotesteVickersmaisprecisodoqueoBrinell?8. Expliquecomopossvel,atravsdeumtestededureza,determinarseolimitederesistnciatraodemateriais.

9. Relacioneasduascolunasjustificandosuasrespostas:[a]Brinnel [ ]nodestrutivo[b]Vickers [ ]maispreciso[c]RockwellB [ ]aosdebaixaemdiadureza[d]RockwellC [ ]durezaaorisco


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[e]Shore [ ]dinmico[f]Mohs [ ]materiaismuitoduros

10.EmumensaiodeimpactoCharpyrealizadoemaoABNT1045a0oC,verificousequeelefraturadeformafrgil.Umapea fabricadacomesteao tambm falharde forma frgilquandocolocadaemservioa

0o

C?Explique.

11.Nos ensaios de trao realizados no LTM, em trs diferentes materiais ao, alumnio e polmero(borracha/elastmero),observousequeaborrachatempropriedadesbastantediferenciadasemrelaoaoalumnioeaoao:baixaresistnciamecnicaealtaelasticidade,entreoutras.Porqu?

12.Existeapossibilidadedearesistnciaaoimpactoadquirirvaloresprximosaosdaresilincia?Explique.13.Aquaisfatoresomdulodeelasticidadesusceptveldealterao?Explique.14.Oensaiodeimpactopodeserusadoparaavaliarseatenacidadedemateriais?Earesilincia?Justifiquesuasrespostas.

15.SeomdulodeelasticidadeoudeYoungafetadopelaforade ligaoentreostomos,podesedizerento quemateriais distintos como o ferro, ferro fundido, aoscarbono e aos inoxidveis possuemmdulosdeelasticidadedistintos?Justifiqueasuaresposta.

16.EmrelaoaosaosABNT1020eABNT1045,especifiqueeexpliqueosefeitoscausadospeloaumentodoteordecarbonode0,20%Cpara0,45%C,empeso,nasseguintespropriedades:a. Dureza;b. Estrico;c. Rigidez;d. Limitedeescoamento;e. Limitederesistnciaef. Temperaturadetransiodctil/frgil.

17.Afiguraabaixoapresentaascurvastenso()xdeformao( )convencionais,obtidasapartirdeensaiosdetraorealizadosemfiosgeometricamentesemelhantesdequatromateriais:A,B,CeD.

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

TensoMPa

Deformao

Ao

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0,02 0,04 0,06 0,08

TensoMPa

Deformao

Alumnio


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Classifiqueos,justificandoassuasrespostas,quantoa:a. Rigidez;b. Ductilidade;c. Tenacidade;d. Resilincia;e. Limitedeescoamento;f. Limitederesistnciae;g. Dureza.

18.Oalmoxarifadodaempresaondevoc trabalhapossuos seguintesmateriaisdisponveis:alumnio,aoABNT1020eaoABNT1045.Qual(is)material(is)voc indicariaparafabricaodepeas,nassituaesabaixo:a. Trabalhoemtemperaturascriognicas;b. Ausnciadedeformaopermanente;c. Fuselagemdeavio.

19.(questodeprovapassada)Desenhecurvashipotticasdoensaiode trao (tensoxdeformao)dosmateriaisAeBdeacordocomasindicaeslistadas:a. OmaterialAmaisrgidoqueomaterialBeApossuimenor limitedeescoamento.DesenheasduascurvasnomesmogrficoeindiqueasprincipaisinformaesquediferenciamosmateriaisAeB;

b. OmaterialAmaisdctilqueomaterialBeAmenostenaz.DesenheasduascurvasnomesmogrficoeindiqueasprincipaisinformaesquediferenciamosmateriaisAeB;

c. Omaterial A possui dureza Brinellmaior que B e A mais rgido.Desenhe as duas curvas nomesmogrficoeindiqueasprincipaisinformaesquediferenciamosmateriaisAeB;

d. OmaterialAfrgileBdctil.Atemmaior limitedeescoamento.DesenheasduascurvasnomesmogrficoeindiqueasprincipaisinformaesquediferenciamosmateriaisAeB;

20.(questodeprovapassada Concurso PETROBRAS 12012 Eng. de equipamentosjnior inspeo questo 52)Aobservaodasuperfciedefraturadeummaterialquefalhaemservioumaetapaimportanteparaaidentificaodosmecanismosprovveisquecausarama falha.Essaobservaoprecisaser realizadanomicroscpioeletrnicodevarreduraparaqueosdetalhesderelevosejambemvisualizados.Apartirdisso,sabesequeafratura:

0

100

200

300400

500

600

700

800

0 0,2 0,4 0,6 0,8

TensoMPa

Deformao

Nylon

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 0,5 1 1,5 2

TensoMPa

Deformao

Elastmero


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(A)dtilocorre combaixa absorode energiae,portanto, apresentauma superfciebastante lisacausadapelaclivagemdosgros.(B)dtilocorrecombaixaabsorodeenergiaeafraturafrgilocorrecomaltaabsorodeenergia,noexistindo,noentanto,nenhumarelaocomamorfologiadafratura.(C) dtil ocorre com alta absoro de energia e, portanto, apresenta uma superfcie rugosa pela

nucleaoecrescimentodevazios.(D) frgil ocorre com alta absoro de energia e, portanto, apresenta uma superfcie bastante lisacausadapelaclivagemdosgros.(E) frgil ocorre com baixa absoro de energia e, portanto, apresenta uma superfcie rugosa pelanucleaoecrescimentodevazios.

21.(questo de prova passada Concurso PETROBRAS 12012 Eng. de equipamentosjnior inspeoquesto53)Umoleodutoprecisa ser substitudonuma regioemque a temperaturano invernomaisrigoroso chega a 15 C.Aempresapossui condiesdeescolheraosdequatro fabricantesdistintos.Todososaosapresentamcaractersticasde resistnciamecnica, limitedeescoamento,deformaoe

energia

de

impacto

Charpy

na

temperatura

ambiente

(valor

mnimo

Ea),

dentro

dos

limites

impostos

pelo

projeto.Noentanto, as curvasdeenergiade impactoCharpy,em funoda temperaturado corpodeprova,apresentamcomportamentosbemdistintos,conformemostradonafiguraaseguir.

Considerandoafiguraacima,queaospodemserempregadosparasubstituiroatualoleoduto?(A)AoD(B)AoC(C)AoA(D)AosAeB(E)AosA,BeC

22.(questo de prova passada) Sobre ligaes interatmicas e propriedades dosmateriaisjulgue os itensabaixo:

( )Adistnciainteratmicadeterminaasforasdeatraoerepulsoentretomos.Quandoessadistnciatendeao infinitoostomospraticamentenoexercem influnciaumsobreoutro.Aumadeterminadadistnciaessasforasseequilibramgerandoumaposiorelativaestvelentretomosdetalformaqueumadistnciaumpoucomaiorgereatraoeumadistnciaumpoucomenorrepulso.


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( )Omdulodeelasticidade(oumdulodeYoung)arelaolinearentreatensomecnicaimpostaeadeformao resultante na fase elstica. Nessa fase no ocorre o cisalhamento do material, ourompimentodeligaesinteratmicas.

( )Aresistnciamecnicana faseelsticadevidoaodistanciamentodostomosque levaa rupturadeligaes interatmicas. Assim, o valor do mdulo de elasticidade depende da fora da ligao

interatmica. Por exemplo: omaterial cermico resultado de ligaes inicas (forte) e possui altomdulodeelasticidade.

( )Osfatoresqueinfluenciamovalordomdulodeelasticidadedeummaterialsoosfatoresqueafetamaforadeligaointeratmica:naturezadotomo(valncia,eletronegatividade);tipodeligaoformada;temperaturaepresenadeimpurezas.

( ) A fadiga uma forma de falha que ocorre em estruturas que esto sujeitas a tenses dinmicas eoscilantes. Nessas condies os componentesmecnicos so projetados para trabalharem no regimeelstico.A falhapor fadigaocorredevidoapropagaodeuma trincaque,namaioriadasvezes, teveorigememumconcentradordetenso imperfeiodomaterialoudasuperfcie.

( )Soformasdeminimizarfalhasporfadiga:melhoraroacabamentodasuperfciedapea;reduzirraiosde

concordncia;

eliminar

impurezas

e

defeitos

do

material.

23.Emrelaoaoscristais:a. Definaredecristalina;b. Definaclulaunitria;c. Definaredesespaciais;d. Especifique,citandoexemplos,asclulasunitriasmaiscomunsnossistemasmetlicos;

24.possvelummesmometalpossuirmaisdeumaestruturacristalina?Explique.25.Tantoodiamantequantoografiteso formados inteiramenteportomosdecarbono.Aspropriedadesdestesmateriaissoiguais?Explique.

26.Determine(demonstrando),paraumaclulaunitriacbicasimples(CS):a. Arelaoentreoraiodotomoeoladodaclula;b. Arelaoentreoraiodotomoeadiagonaldaface;c. Arelaoentreoraiodotomoeadiagonaldocubo;d. Onmerodetomosbsicos;e. Onmerodecoordenao;f. Ofatordeempacotamentoatmico.

27.Repitaoexerccio10,considerandoumaclulaunitriacbicadecorpocentrado(CCC).28.Repitaoexerccio10,considerandoumaclulaunitriacbicadefacescentradas(CFC).29.Mostrequearazoc/adeumaestruturaHCvale1,633A.30.Repitaoexerccio10,considerandoumaclulahexagonalcompacta(HC).31.Osaosso,essencialmente,ligasferrocarbono(FeC)que,a1100oCapresentamumaestruturacristalinaCFC(cbicadefacecentrada),comraioatmicode0,12.


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a. Determine a densidade de tomos de ferro (tomos/mm) em uma direomais compacta docristal.

b. Determineadensidadedetomosdeferroemumplano(tomos/mm2)maiscompactodocristal.Resp.:a4x1010 b18x1020

32.ConsidereumcristaldeTntalo(Ta,CCC,r=1,43A).a. Determineadensidadedetomos(tomos/mm)emumadireomaiscompacta;b. Determineadensidadedetomos(tomos/mm2)emumplanomaiscompacto;c. DetermineofatordeempacotamentoatmicodoTntalo.Resp: a3,5x106 b130x1011 c0,68

33.OTrio(Th)seapresentasobduasformasalotrpicas:TrioAlfa(Th),deestruturacristalinacbicadefacescentradas(CFC),comparmetroderedea=4,08estvelabaixodatemperaturade1400C.A

outra,doTrioBeta(Th),deestruturacbicadecorpocentrado(CCC),estvelacimadatemperaturade1400Cecomparmetroderedea=4,11.a. DetermineavariaodevolumesofridapeloTrio,aopassardeThparaTh.b. Discutaoresultadoobtido.

34.Foi descoberto, recentemente, ummetal com caractersticas especiais, ao qual foi dado o nome deAlexandros(Ax).temperaturaambiente,oAxtemumraioatmicode1,5Aeumaestruturacristalinacbicasimples(CS).Aoseraquecido,em1750oC,elepassaaterumaestruturacbicadefacescentradas(CFC).DetermineasseguintespropriedadesdoAxtemperaturaambiente:a. Descreva,em termosde ligaoqumica,comose formaestenovomaterial.Quecaractersticasestematerialirapresentaremtermosdepropriedadeseltricasemecnicas?Explique.

b. Onmerodetomosbsicos;c. Onmerodecoordenao;d. Arelaoentreoraioatmicoe:oparmetrodarede; adiagonaldaface;adiagonaldocubo;e. Ofatordeempacotamentoatmico;f. Adensidadedetomos:nadireomaiscompacta;noplanomaiscompacto;g. Oraiodomaiortomoquepodealojarseemuminterstciodarede;h. AvariaodevolumesofridapeloAxaoseraquecidoa2000C,admitindoqueoraioatmiconaestruturaCFCseja1,6.

35.APrata(Ag)apresentaumreticuladoCFCeoseuraioatmicovale1,44.a. Determineovolumedaclulaunitria;b. Mostrequeoseuparmetroderedevale4,096;c. Calculeadensidadelineardostomosaolongodasdirees:[100],[110]e[111];d. Calculeadensidadedostomosnosplanos:(100),(110)e(111);e. CalculeadensidadetericadaPrataecomparecomvaloresexperimentais.Analiseesseresultado.

36.Encontraseesquematizadaabaixoaestruturaobservadaparaocloretodecsio.Pedese:


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a. OcompostoCaF2podeterumaestruturasemelhanteesquematizadaacima?Explique.b. Idem,paraocompostoMgO.

Dados:rMg=0.66;. rO=1,32; rCa=0,99; rF=1,36

37.DetermineosndicesdeMillerdosplanoscristalinosindicadosabaixo:

a b c

38.DetermineosndicesdeMillerdasdireescristalinasabaixo:

a b


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39.Indiqueemclulaunitriascbicas,osseguintesplanosedireescristalogrficas:a (013); (110); (111); (112)b [122]; [110]; [310]; [101]

40.DetermineosndicesdeMillerBravaisdosplanoscristalinosabaixo:

a b c

41.DetermineosndicesdeMillerBravaisdasdireescristalinasabaixo:

a b

42.Indique em clulas unitrias hexagonais, os ndices de MillerBravais dos seguintes planos e direescristalinos:

a. (1120); (1121); (0001); (1212)b. [1121]; [1120]; [1010]; [1011]

43.DetermineparaoFerro(Fe):a. Onmerodetomospormm2nosplanos(100);(110)e(111).b. Onmerodetomospormmnasdirees[100];[110]e[111].

44.Indiqueemumaclulaunitriacbicadecorpocentrado(CCC),osndicesdeMiller:a. Dasdireesmaiscompactas;b.

Dos

planos

mais

compactos


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45.Indiqueemumaclulaunitriacbicadefacescentradas(CFC),osndicesdeMiller:a. Dasdireesmaiscompactas;b. Dosplanosmaiscompactos.

46.Nas afirmativas abaixo, especifique as que so Verdadeiras (V) e as que so Falsas (F). Justifiquedetalhadamentesuasrespostas.

( ) Alguns materiais cermicos apresentam supercondutividade em temperaturas mais baixas que osmetais.

( )Oquartzopossuiacaractersticadeapresentaroefeitopiezeltrico.( )Aexpansotrmicademetaissuperiordospolmeros.( )Certosmateriaismetlicossoferromagnticos,ouseja,possuemummomentomagnticopermanente.( )Osmateriaismagnticosmolessousadosemncleosdetransformadores,aondeimportanteapouca

perdadeenergia.( )Materiaiscermicospodemseropacosoutransparentes,enquantoqueosmetaissempresoopacos.

(

)

As

diferentes

cores

que

alguns

materiais

transparentes

podem

apresentar,

como

as

pedras

semipreciosas,sodecorrentesdapresenadeimpurezasnassuasestruturas.( )Acondutividadeeltricadosmetaisaumentacomoaumentodetemperatura,enquantoqueadealguns

cermicospodediminuir.( ) A condutividade trmica dosmetais aumenta com o aumento de temperatura, enquanto que a de

algunscermicospodediminuir.

47.(questodeprovapassada)Sobreestruturacristalinaepropriedadesdosmateriaisjulgueositensabaixo:( )Quantomaior o valor do fator de empacotamento de uma estrutura cristalinamaior o volume de

interstcios presentes nessa estrutura. O fator de empacotamento e o nmero de coordenao dasestruturasCFCeHCsoidnticos.

( ) As estruturas CFC eHC se diferenciam devido ao arranjo dos planosmais compactos. A ordem derepetiodaposiodosplanosmaiscompactosdaestruturaCFCtipoABC....ABCedaestruturaHCAB....AB.

( )Oclculodadensidadetericadeummaterialdependesomentedofatordeempacotamentoatmicoedaquantidadededefeitospresentesnarede.

( )Piezeletricidadea respostaeltricageradaporuma tensomecnicaaplicadaemumcristaleviceversa.A estrutura cristalina domaterial cermico piezeltrico BaTiO3 possui um tomo de titnio umpouco deslocado na clula unitria quemantm uma posio relativa assimtrica e gera um dipoloeltrico permanente nesse cristal. Dessa forma, uma tensomecnica imposta ao cristalmodifica aposiorelativadotomodetitnioeafetaodipoloeltrico.Poroutrolado,umatensoeltricaimposta

levaadeformaodocristal.( )Emmateriais cermicosa relaodos tamanhosdos raios inicosdonionedo ction influenciana

forma de empacotamento e nmero de coordenao de estruturas cristalinas. Se um ction muitogrande,eleprefereocuparumaconfiguraoquepossuaumnmerodecoordenaomenor.

( )Emestruturacristalinasdecermicososnionspossuemtamanhorelativomaioreassumemposiesnormaisderededeumaclulaunitria,enquantoosctionsassumemumaoumaisposiesintersticiaisdaclulaunitriaformadapelosnions.

( ) Amaioria dos slidos policristalina, ou seja, composta de vrios pequenos cristais ou gros. Aestruturacristalinaeaorientaocristalogrficasemprevariamdegroparagro.Naregioondedoisgrosseencontramexistemmscombinaesatmicasnaordemdealgunsplanosatmicos.Essaregioquimicamentereativaconhecidacomocontornodegro.


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( )Amaioriadosmateriaispolicristalinos isotrpicadevidoaorientaoaleatriadecadagro.Algunsmateriais policristalinos possuemumaorientao cristalogrfica preferencialque geram uma respostaanisotrpicanessesmateriais.Essetipodemicroestruturapreferencialconhecidocomotextura.

48.(questodeprovapassada)Sobrepropriedadesdosmateriaisjulgueositensabaixo:( )Ocalorconduzidoemmateriaisslidostantoatravsdeondasdevibraodoretculo(fnons)como

atravsdoseltrons livres.Emmetaisdealtapureza,omecanismoeletrnicodetransportedecalormuitomais eficiente do que a contribuio dos fnons devido a alta concentrao de eltrons livres.Quanto maior a concentrao de impureza em um metal (Ex. Lato CuZn) maior a dificuldade demovimentaodeeltronsemenoracondutividadetrmica.

( )Amaioriadosmateriaisslidossofreexpansoquandoaquecidoecontraoquandosubmetidaaumresfriamento.Deumaperspectivaatmica,aexpansotrmicadevidaaumaumentonadistnciaentreostomos.Materiaisrefratriossoaquelesquepossuemacapacidadedeabsorverenergiasemaumentar a distncia interatmica. Por exemplo, cermicos refratrios apresentam dilatao muitopequenaquandoaquecidos,emcomparaocommetais.

(

)

Alguns

materiais

apresentam

uma

reduo

drstica

da

resistividade

eltrica

abaixo

de

uma

determinada

temperatura. Em alguns metais o fenmeno da supercondutividade observado em temperaturasprximas ao zero absoluto. Materiais cermicos especiais apresentam supercondutividade emtemperaturas mais altas ( 150 K). Acima dessa temperatura crtica esses cermicos so isolanteseltricos.

( )Materiaissupercondutoressoutilizadosemsensoresquedemandamumbaixonvelderudoouemsistemas que conduzem elevadas correntes eltricas sem perdas (efeito Joule). A nica condionecessriaparaaocorrnciado fenmenodasupercondutividadequeomaterial trabalheabaixodatemperatura crtica. Caso contrrio esse material se comportaria como um isolante eltrico (Ex.:cermicossupercondutores).

( )Osmateriaismagnticosdurossousadosemncleosdetransformadoresquetrabalhamcomcorrente

alternada.Nessasituaoimportanteainversorpidadocampomagnticoeapoucaperdadeenergiaduranteesseprocesso.

( )Atemperaturainfluencianocomportamentomagnticodosmateriais.Comoaumentodatemperaturaamaiorvibraodostomostendeatornaraleatriasasdireesdequaisquermomentosmagnticosquepossamestaralinhados.ATemperaturaCurieatemperaturaacimadaqualofluxomagnticozerodevidodestruiototaldopareamentodespinsdaestruturacristalina.

( ) A condutividade eltrica dos metais aumenta com o aumento de temperatura, enquanto a doscermicosdiminuicomoaumentodatemperatura.

( )Osmateriaispossuemumaaparnciacoloridacomoconsequnciadaabsoro seletivadeuma faixaespecficadecomprimentosdeondadaluz.Aabsoroseletivasedsomentepelaexcitaodeeltrons

devido a presena de algum tomo considerado impureza que induz a emisso de ftons em umcomprimentodeondaespecfico.

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