COTAÇÕES. Universidade Técnica de Lisboa. Instituto Superior Técnico. Ciência de Materiais Repescagem 2º Teste (30.Janeiro.2012)

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1 Universidade Técnica de Lisboa Instituto Superior Técnico Ciência de Materiais Repescagem 2º Teste (30.Janeiro.2012) COTAÇÕES Pergunta Cotação 1. (a) 0,50 1. (b) 0,50 1. (c) 1,00 1. (d) 0,50 1. (e) 1,50 2. (a) 0,50 2. (b) 0,50 2. (c) 0,50 2. (d) 0,50 2. (e) 0,50 2. (f) 0,50 2. (g) 0,50 2. (h) 0,50 3. (a) 0,50 3. (b) 0,50 3. (c) 0,50 3. (d) 0,50 4. (a) 2,00 4. (b)i 0,50 4. (b)ii 0,50 4. (b)iii 1,50 4. (b)iv 0,50 4. (c) 1, , ,00 20,00

2 Universidade Técnica de Lisboa Instituto Superior Técnico Ciência de Materiais Repescagem 2º Teste (30.Janeiro.2012) RESOLUÇÃO 1. Considere a cementação em fase gasosa de uma peça de aço com um teor em Carbono de 0,15% (em peso). Os coeficientes de difusão do C no Fe α são: D=2, m 2 /s à temperatura T=500 C e D=1, m 2 /s à temperatura T=900 C R=8,314 J/(mol.K) (a) Este tratamento visa: aumentar a resistência ao desgaste da peça (b) A expressão da 1ª lei de Fick para a difusão atómica é:! =!!"!" (c) A energia de activação para a difusão do C no Fe α é: 80,3 kj/mol (d) O valor do factor pré-exponencial D 0 é: 6,4 x 10-7 m 2 /s (e) Se o tratamento for efectuado numa atmosfera que fornece um teor em C à superfície da peça constante de 1,8% (em peso), o tempo necessário para se obter à temperatura de 700 C uma concentração de 0,41% C (em peso) 1 mm abaixo da superfície da peça será: 2,22 h

3 1. Considere as curvas TTT de um aço, representadas na figura seguinte. (a) Este diagrama corresponde às: transformações isotérmicas da austenite (b) O aço correspondente a este diagrama tem um teor em carbono de: 0,5% (c) O tratamento de austenitização completa deste aço teria que ser efectuado à temperatura de: 790 C (d) Se uma peça deste aço, após austenitização completa, fosse colocada num forno a 650 C durante 5 minutos, e arrefecida posteriormente em água até à temperatura ambiente, a microestrutura obtida seria constituída por: perlite e ferrite primária (e) Se uma peça deste aço, após austenitização completa, fosse colocada num forno a 450ºC durante 5 s, e depois arrefecida em água até à temperatura ambiente, a microestrutura obtida seria constituída por: bainite e martensite

4 (f) Se uma peça deste aço, após austenitização completa, fosse arrefecida em água até à temperatura ambiente, a microestrutura obtida seria constituída por: martensite (g) O tratamento térmico descrito na alínea (f) designa-se: têmpera (h) Se, após o tratamento da alínea (g), a peça fosse reaquecida a 400 C durante 1 hora seguida de arrefecimento em água até à temperatura ambiente, a microestrutura obtida seria constituída por: martensite revenida 3. (a) Pode definir-se material celular como sendo um material poroso com densidade relativa: inferior a 0,3 (b) Em relação aos sólidos compactos, a resistência mecânica dos materiais celulares é: inferior (c) Os materiais celulares são utilizados em aplicações aeronáuticas porque apresentam em relação aos sólidos compactos: maior resistência mecânica específica (d) A encurvadura/varejamento é um dos mecanismos de deformação que ocorre na: compressão dos materiais celulares

5 4. Considere o diagrama de equilíbrio de fases cobre-magnésio (Cu-Mg) representado na figura. (a) Enuncie todas as transformações isotérmicas correspondentes a pontos de fusão que o diagrama apresenta indicando para cada um: a designação, a temperatura a que ocorre, as fases envolvidas e respectivas composições químicas. 4 equilíbrios bifásicos correspondentes a pontos de fusão: T=1084,87 C L (0%Mg) (Cu) (0%Mg) Fusão do Cu puro T=800 C L (16%Mg) Cu 2 Mg (16%Mg) Fusão congruente do Cu 2 Mg T=568 ºC L (43,5%Mg) CuMg 2 (43,5%Mg) Fusão congruente do CuMg 2 T=650 C L (100%Mg) (Mg) (100%Mg) Fusão do Mg puro (b) Considere o arrefecimento da liga Cu-80%Mg (em peso) em condições de equilíbrio. i. Indique a temperatura de início de solidificação desta liga, qual a primeira fase sólida a formar-se bem como a respectiva composição química. A solidificação desta liga inicia-se à temperatura de Ti =570 C com a formação dos primeiros núcleos sólidos de fase (Mg) com composição química 100%Mg. ii. Indique quais as fases presentes na liga à temperatura de 540 C bem como os respectivas composições químicas. À temperatura de 540 C a liga é constituída pelas fases: L (74%Mg) e (Mg) (100%Mg).

6 iii. Indique quais as fases presentes na liga à temperatura de 200 C, as suas composições químicas e determine as respectivas proporções, distinguindo entre fases primárias e secundárias que eventualmente existam. T=200 C Fases presentes: CuMg 2 e (Mg) Composição química das fases: CuMg 2 (43,5%Mg) e (Mg) (100%Mg) Proporção das fases: 80! 43,5 %(Mg) total = 100! 43,5 x100 = 64,6% %CuMg 100! 80 2 = x100 = 35,4% 100! 43,5 %(Mg) primário = 80! 66,5 x100 = 40,3% 100! 66,5 %(Mg) eutéctico = %(Mg) total! %(Mg) primário = 64,6! 40,3 = 24,3% ousecundário iv. Faça um esboço legendado da microestrutura desta liga à temperatura de 200 C. (Mg) secundário + CuMg 2 (eutéctico lamelar) (Mg) primário ou pro-eutéctico (c) Se esta liga fosse arrefecida rapidamente desde o estado líquido até 200 C de modo a não ocorrer difusão em estado sólido qual seria a sua microestrutura a esta temperatura? Faça um esboço legendado ilustrativo e justifique a sua resposta. (Mg) secundário + CuMg 2 (eutéctico lamelar) (Mg) primário ou pro-eutéctico A microestrutura seria igual à de equilíbrio, apresentada em b.iv), uma vez que a fase sólida primária que se forma (Mg) não admite variações de composição química (apresenta domínio de estabilidade limitado a uma única composição). Assim, durante a solidificação não há lugar à ocorrência de qualquer fenómeno de zonamento (pois não há variação de composição química). Após solidificação da fase primária ocorre a reacção eutéctica com a formação de estrutura lamelar, tal como em equilíbrio. Este é um caso de uma liga insensível à velocidade de arrefecimento.

7 EM RELAÇÂO ÀS PERGUNTAS TEÓRICAS INDICAM-SE APENAS OS TÓPICOS QUE DEVERIAM SER ABORDADOS 5. Explique em que consiste o tratamento térmico de globulização (ou esferoidização) de um aço, descrevendo como se processa, quais as alterações microestruturais que ocorrem e a sua influência nas propriedades mecânicas do material. O tratamento térmico de globulização ou esferoidização visa aumentar a maquinabilidade dos aços. Consiste no aquecimento do aço a uma temperatura ligeiramente inferior à T eutectóide e manutenção durante um tempo muito prolongado (15-25 h) seguido de arrefecimento. O estágio prolongado a essa temperatura permite esferoidizar as lamelas de cementite por difusão/coalescência, ficando a estrutura constituída por uma matriz de ferrite e partículas esféricas de cementite (esferoidite). Esta estrutura apresenta melhor maquinabilidade do que a estrutura perlítica lamelar. (Mais detalhes: pag. 329, W.D. Callister ou pag. 510, W.F.Smith) 6. Explique o que são aços inoxidáveis? Descreva as principais propriedades apresentadas por este tipo de aços relativamente a outras ligas ferrosas, relacionando-as com a respectiva constituição química. Dê alguns exemplos de aplicações Aço com muito baixo teor em C e elevado teor em Cr (>12%) que apresenta elevada resistência à corrosão numa variedade de ambientes. A presença de Ni e Mo em alguns tipos de aços inoxidáveis permite também aumentar a resistência à corrosão. A presença de elevado teor em Cr (elemento que apresenta maior afinidade para o oxigénio que o Fe) conduz à formação espontânea de um filme de óxido de Cr (Cr2O3) à superfície do aço por combinação com o oxigénio do ar. Este filme contínuo é muito estável e protege a superfície do aço inoxidável da corrosão. A corrosão só se verificará quando este filme for destruído. Vasto domínio de aplicações: indústria automóvel e naval, cutelaria, equipamento de processamento químico e alimentar, reservatórios químicos, reservatórios de pressão construção soldada, molas, válvulas, câmaras de combustão, instrumentos cirúrgicos, algumas próteses, etc. (Mais detalhes: pag. 364, W.D. Callister ou pag. 547, W.F. Smith)