CORRECÇÃO do 1º Teste de Ciência de Materiais COTAÇÕES. Cotaçãoo

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1 CORRECÇÃO do 1º Teste de Ciência de Materiais COTAÇÕES Pergunta Cotaçãoo 1. (a) 0,50 1. (b) 0,50 2. (a) 0,50 2. (b) 0,50 2. (c) 0,50 2. (d) 0,50 3. (a) 0,50 3. (b) 0,50 3. (c) 0,50 3. (d) 0,50 3. (e) 0,50 3. (f) 0,50 3. (g) 0,50 3. (h) 0,50 4. (a) 0,50 4. (b) 0,50 4. (c) 0,50 4. (d) 0,50 4. (e) 0,50 4. (f) 0,50 5. (a) 0,50 5. (b) 0,50 5. (c) 0,50 5. (d) 0,50 5. (e) 0,50 5. (f) 1, , , , ,50 20,00

2 Prova escrita de: 1º Teste de Ciência de Materiais Lisboa, 08 de Novembro de O tamanho máximo de defeito interno num cerâmico de carboneto de silício obtido por prensagem a quente é 25,0µ µm. A tenacidade à fractura do material é 4,5MPa.m 1/2. (Use Y=1) (a) De modo a que não ocorra fractura, a tensão máxima que este material poderá suportar é: 718MPa (b) Se se aplicasse ao material uma tensão de tracção σ = 508MPa, o comprimento máximo de uma fenda superficial, de modo a que não ocorresse fractura seria: 0,250µm 2. Um compósito unidireccional de fibra de carbono e resina epoxídica contém 30% em volume de fibras. A densidade das fibras de carbono é 1,8g/cm 3 e a da resina epoxídica é 1,2g/cm 3. O módulo de elasticidade em tracção da fibra de carbono é 980GPa. (a) A percentagem ponderal de fibra de carbono no compósito é: 39 (b) A densidade média do compósito é: 1380kg/m 3 (c) Sabendo que o módulo de elasticidade do compósito considerado, em condições de isodeformação, é 297 GPa, o módulo de elasticidade da resina epoxídica será: 4GPa (d) Em condições de isotensão o módulo de elasticidade do compósito referido seria: 5,7GPa

3 3. O Cobre apresenta estrutura cristalina cúbica de faces centradas (CFC) sendo o parâmetro da rede a = 0,3615nm. O peso atómico do Cu é 63,54g/mol. Número de Avogadro = 6, /mol. (a) O número de átomos correspondente ao volume da célula unitária (estrutural) do Cobre é: 4 (b) O raio atómico do Cobre, em nanómetros, é: 0,1278 (c) O número de átomos de Cobre que existem num centímetro cúbico do material, é: (d) A densidade teórica do Cobre, em g/cm 3, é: 8,93 (e) A disposição dos átomos no plano 001 da estrutura do Cobre é: A (f) Os índices das direcções de máxima compacidade contidas no plano 001 são: 110 e 110 (g) A densidade atómica átomos/mm, é: 3, linear nas direcções do Cobre referidas na alínea (f), em (h) A estrutura cristalina do Cobre foi determinada utilizando difracção de raios-x. Sabendo que a difracção pelos p 111 (considerando difracção de primeira ordem, n=1) planos { } ocorreu para um ângulo 2θ=43,329º, 2 o comprimento de onda λ dos raios-x utilizados seria: 1, µm

4 4. (a) Atendendo à sua extensão, os defeitos cristalinos podem ser classificados em: pontuais, lineares e superficiais (b) Nos sólidos iónicos, os defeitos pontuais mais habituais são: defeitos de Schottky e de Frenkel (c) Considerando o valor do módulo do vector de Burgers, uma deslocação pode ser classificada em: total e parcial (d) Na estrutura CCC, os vectores de Burgers mais prováveis para as deslocações são: (e) Na estrutura CFC, os planos de escorregamento mais prováveis para as deslocações são: (f) Quando se aplica uma tensão normal a um sólido cristalino, a tensão de corte é máxima em planos que fazem com a direcção de carregamento um ângulo de: 45º 5. Um provete cilíndrico de latão, cujo comprimento e diâmetro iniciais eram, respectivamente, 50mm e 10mm, foi traccionado utilizando uma velocidade de alongamento de 5mm/min. No instante em que se iniciou o movimento de deslocações o provete apresentava um comprimento de 50,1mm e a força aplicada era de 20000N. O aparecimento da estricção do provete ocorreu ao atingir-se a carga de 62800N e, nesse instante, o provete tinha um alongamento de 12,5mm. Calcule: (a) a tensão cedência do latão; Início movimento de deslocações cedência Força (F ced ) = 20000N Comprimento provete (L ced ) = 50,1mm Tensão de cedência (σ ced ) = Força na cedência Área inicial da secção recta Área inicial da secção recta (A 0 ) = em que: d 0 = diâmetro inicial = 10mm =10-2 m σ ced =, N/m MPa

5 (b) o módulo de Young do latão; Lei de Hooke: σ = E ε em que: E = módulo de Young; σ = tensão normal; ε = extensão elástica Na tensão de cedência pode escrever: σ ced = E ε ced σ ced = ε ced = Alongamento na cedência Comprimento inicial,, N/m GPa (c) a velocidade de extensão real na cedência; Velocidade de extensão real d d d d Velocidade de alongamento d d Comprimento Velocidade de alongamento () = velocidade do travessão (v) = 5mm/min = mm/s Velocidade de extensão real ( ), 1,67 10 /s (d) a tensão real correspondente à carga máxima a que o provete foi submetido; Aparecimento da estricção carga máxima Força máxima (F max ) = 62800N Alongamento provete ( L=L L 0 ) = 12,5mm L= L 0 + L = 50+12,5 = 62,5mm Tensão real correspondente à carga máxima (σ R ) = Força máxima Área da secção recta Área da secção recta (A) = em que: d = diâmetro do provete nesse instante Deformação ocorre a volume constante V = V 0 = L 0 A 0 L 0 A 0 =LA Até ao ponto de carga máxima a deformação é uniforme V = L A σ R =, N/m, MPa (e) a extensão nominal uniforme do latão; Extensão nominal uniforme (ε nu ) = extensão nominal no ponto de carga máxima

6 Extensão nominal = Alongamento Comprimento inicial Alongamento no ponto de carga máxima ( L) = 12,5mm,, % (f) o comprimento do provete ao atingir-se a carga F=0, se aquele tivesse sido descarregado ao atingir-se uma carga ligeiramente inferior à carga máxima (F max F, com F ~ 0). Até ao ponto de carga máxima a deformação é uniforme. Como F ~0, considera-se que a carga é praticamente igual à carga máxima. Depois da cedência: alongamento ( L) = alongamento elástico ( ) + alongamento plástico ( ) Descarregamento F = 0 Comprimento (L) = Comprimento inicial (L 0 ) + Para calcular a deformação elástica, aplica-se a lei de Hooke: A tensão máxima (σ max ) = Carga máxima Área inicial da secção recta O módulo de Young (E) calculado na alínea (b) é: E = 1, N/m 2 Quando F = 0, o comprimento (L) do provete será então:,,, mm EM RELAÇÂO ÀS PERGUNTAS TEÓRICAS INDICAM-SE APENAS OS TÓPICOS QUE DEVERÃO SER ABORDADOS 6. Em geral, os materiais metálicos são dúcteis enquanto que os materiais cerâmicos são frágeis. Atendendo ao tipo de ligação química existente em cada um dos casos, explique este facto. Dúctil fractura após deformação plástica movimento de deslocações escorregamento de planos cristalográficos Frágil fractura no domínio de deformação elástica

7 Metal ligação metálica Cerâmico ligação covalente (direccional) + ligação iónica (iões positivos e negativos, só pequenos escorregamentos porque cargas do mesmo sinal repelem-se - fendas) 7. Diga o que entende por fluência de uma liga metálica. Faça o esboço de uma curva de fluência típica de um material metálico e indique os vários mecanismos de deformação característicos das diversas regiões que se podem identificar nesse tipo de curvas. Fluência deformação ao longo do tempo por efeito de tensão/carga constante normalmente a temperaturas homólogas elevadas. Esboço da curva de fluência (deformação tempo). Mecanismos encruamento + recuperação/recristalização Fluência primária velocidade de fluência diminui; encruamento domina Fluência secundária ou estacionária velocidade de fluência constante; mecanismos equilibram-se Fluência terciária velocidade de fluência aumenta; recuperação/recristalização domina 8. Quais são as etapas que ocorrem durante a polimerização em cadeia? Descreva o que acontece em cada uma dessas etapas. Iniciação formação de radicais livres (grupo de átomos com electrão desemparelhado, que se pode ligar covalentemente a outro electrão desemparelhado de outra molécula) Propagação crescimento da cadeia polimérica por adição sucessiva de unidades de monómero Finalização ocorre através da adição de um radical livre terminador ou quando duas cadeias se combinam. Esquemas 9. Faça um diagrama esquemático da curva tensão-extensão obtida no ensaio de tracção de um polímero termoendurecível, justificando a forma da curva em termos da estrutura do material e, consequentemente, dos mecanismos de deformação disponíveis. Ver Página 303, 385, 408 e seguintes do livro Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais - 3ª edição, W. F. Smith. Lisboa: Mc Graw-Hill Portugal (1998).