Ciência dos Materiais Lista de Exercícios Diagrama de fases

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1 1. Qual é a diferença entre os estados de equilíbrio de fases e de metaestabilidade? 2. Uma liga cobre-níquel com composição de 70 %p Ni-30 %p Cu é aquecida lentamente a partir de uma temperatura de 1300 C a) Em qual temperatura se forma a primeira fração de fase líquida? b) Qual é a composição dessa fase líquida? c) Em qual temperatura ocorre a fusão completa da liga? d) Qual é a composição da última fração de sólido antes da fusão completa? 3. É possível existir uma liga cobre-níquel que, no equilíbrio, consista em uma fase α com composição de 37%p Ni-63%p Cu e também uma fase líquida com composição 20%p Ni-80%p Cu? Se for possível, qual será a temperatura aproximada da liga? Se não for possível, explique por quê. 4. A 700 C, qual é a solubilidade máxima (a) do Cu na Ag? (b) da Ag no Cu? 5. Abaixo está parte de um diagrama de fases H 2 O-NaCl: a) Considerando esse diagrama, explique de maneira sucinta como o espalhamento de sal sobre gelo que se encontra a uma temperatura abaixo de 0 C pode causar o derretimento do gelo. b) Em que temperatura o sal não é mais útil para causar o derretimento do gelo? 6. A figura a seguir mostra o diagrama de fases háfnio-vanádio, para o qual apenas as regiões monofásicas são identificadas. Especifique os pontos temperatura-composição onde ocorrem todos os eutéticos, eutetóides, peritéticos e transformações de fases congruentes. Alem disso, para cada um desses pontos, escreva a reação que ocorre no resfriamento.

2 7. Uma amostra com 1,5 Kg de uma liga com 90 %ppb-10 %p Sn é aquecida a 250 C; nessa temperatura, ela consiste totalmente de uma solução sólida da fase α. A liga deve ser fundida até que 50 % da amostra fique líquida, permanecendo o restante como fase α. Isso pode ser feito pelo aquecimento da liga ou pela alteração da sua composição, mantendo-se a temperatura constante. a) Até que temperatura a amostra deve ser aquecida? b) Quanto estanho deve ser adicionado a amostra de 1,5 kg a 250 C para alcançar este estado? 8. Uma liga magnésio-chumbo com massa de 5,5 kg consiste em uma fase α sólida com uma composição ligeiramente abaixo do limite de solubilidade a 200 C. a) Qual é a massa de chumbo na liga? b) Se a liga for aquecida a 350 C, qual é a quantidade adicional de chumbo que poderá ser dissolvida na fase α sem exceder o limite de solubilidade dessa fase? 9. Para ligas de dois metais hipotéticos A e B, existe uma fase α, rica em A, e uma fase β, rica em B. A partir das frações mássicas de ambas as fases para duas ligas diferentes, dadas na tabela a seguir (e que estão na mesma temperatura), determine a composição da fronteira entre as fases (ou o limite de solubilidade) tanto para fase α quanto para a β nessa temperatura. Composição da Liga Fração da fase α Fração da Fase β 60 % p A-40 %p B 0,57 0,43 30 % p A-70 %p B 0,14 0, Explique sucintamente por que, na solidificação, uma liga com a composição eutética forma uma microetrutura que consiste em camadas alternadas das duas fases sólidas. 11. Qual a diferença entre fase e um microconstituinte? 12. Complete a tabela das reações mais importantes em diagramas de fases binários. Eutética L α +β Peritética Monotética Eutetóide Peritetóide

3 13. Para uma liga contendo 85 %p Pb15 %p Mg, faça esboços esquemáticos das microestruturas que seriam observadas em condições de resfriamento muito lento nas seguintes temperaturas: 600 C, 500 C, 270 C e 200 C. Identifique todas as fases e indique suas composições aproximadas. 14. Qual é a concentração de carbono em uma liga ferro-carbono para a qual a fração de ferrita total é de 0,94? 15. Considere 2,5 kg de austenita contendo 0,65 %p C, a qual é resfriada até abaixo de 727 C. a) Qual é a fase proeutetoide? b) Quantos quilogramas de cementita e de ferrita total se formam? c) Quantos quilogramas da fase proeutetoide e de perlita se formam? d) Esboce esquematicamente e identifique a microestrutura resultante. 16. A microestrutura de uma liga ferro-carbono consiste em ferrita proeutetoide e perlita; as frações mássicas desses dois microconstituintes são de 0,286 e 0,714, respectivamente. Essa é uma liga hipoeutetoide ou hipereutetoide? Por que? 17. A microestrutura de uma liga ferro-carbono consiste em ferrita proeutetoide e perlita; as frações mássicas desses microconstituintes são de 0,20 e 0,80, respectivamente. Determine a concentração de carbono nessa liga. 18. É possível haver uma liga ferro-carbono para a qual as frações mássicas de ferrita total e de cementita proeutetoide sejam de 0,846 e 0,049, respectivamente? Por que sim, ou por que não? 19. A fração mássica de cementita eutetoide em uma liga ferro-carbono é de 0,104. Com base nessa informação, é possível determinar a composição da liga? Se isso for possível, qual é a sua composição? Se não for possível, explique a razão. 20. Considerando o diagrama de fases Chumbo-Estanho (PB-Sn) Determine: a) A solubilidade do estanho no chumbo sólido a 100 C, b) A solubilidade máxima do chumbo no estanho sólido, c) A quantidade de β formada na liga de Pb-10 % Sn a 0 C, d) As massas de Sn contidas nas fases α e β, à 50 C, e e) A massa de chumbo contida nas fases α e β, à 50 C. Obs.: Suponha que a massa total da liga Pb-10 %Sn seja de 100 g. O diagrama de fases é apresentado abaixo. Todos os percentuais mostrados são em relação à massa total.

4 21. Uma liga hipotética A-B com composição de 55 %p B-45 %p A em uma dada temperatura consiste em frações mássicas de 0,5 para ambas as fase α e β. Se a composição da fase β é 90 %p B-10 %p A, qual é a composição da fase α? 22. Considerando o diagrama de equilíbrio Ti-Ni em anexo. Responda as questões abaixo: a) Quais são as soluções sólidas presentes e compostos intermetálicos? b) Para uma liga com 20% de Ni responda (se necessário, use uma régua): i. Qual é a fração das fases presentes na temperatura de 1000 C? ii. Qual é a fração das fases presentes em 943 C? iii. Qual é a composição e a fração do eutético? iv. Qual é a fração do microconstituinte eutetóide em 767 C? v. Represente em uma figura como ficaria (aproximadamente) a microestrutura final deste material. 23. Com base no diagrama de fases hipotético que é mostrado na figura abaixo. (a) Há algum composto intermetálico presente? Se sim, identifique-os. (b) Identifique as soluções sólidas presentes no sistema. O material A ou B é alotrópico (sofre transformação alotrópica)? Explique. (c) Identifique as reações trifásicas mostrando a temperatura, a reação na forma de equação, a composição de cada fase na reação e o nome da reação.

5 f) A figura abaixo representa os diagramas de fases H 2 O-NaCl (linha contínua) e H 2 O-CaCl 2 (linha tracejada). Sabendo que nos países de clima frio onde o inverno atinge temperaturas abaixo de 0 C e há formação de gelo é utilizado um sal nas ruas e calçadas nos meses de inverno. a) Qual a razão da utilização de um sal jogado sobre as calçadas e ruas? b) Qual dos dois sais (NaCl ou CaCl 2 ) é preferível para prevenir a formação de gelo nas calçadas? c) Por que?

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