Prova escrita de: 2º Teste de Ciência de Materiais. Lisboa, 30 de Junho de Nome: Resolução

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1 Prova escrita de: 2º Teste de Ciência de Materiais Lisboa, 30 de Junho de 2008 Nome: Número: Curso: Resolução 1. Considere o diagrama de equilíbrio de fases Titânio Níquel (Ti-Ni) representado na figura. (a) Este diagrama apresenta: 6 equilíbrios trifásicos (b) A transformação isotérmica que ocorre à temperatura de 984 C é: TiNi (54%Ni) + L (38%Ni) Ti 2 Ni (39%Ni) Reacção Peritéctica (c) Durante o arrefecimento em condições de equilíbrio da liga Ti-20%Ni (% peso), a solidificação inicia-se com formação dos primeiros núcleos sólidos de: fase (βti) com composição química 8% Ni, a 1260 C

2 (d) À temperatura de 882 C, a liga Ti-20%Ni (% peso) é constituída por: Ti 2 Ni (38% Ni) e (βti) (10% Ni) (e) À temperatura de 882 C, a liga Ti-20%Ni (% peso) é constituída por: 36% de Ti 2 Ni e 64% de (βti) (f) À temperatura de 882 C, a microestrutura desta liga é formada por: (βti) pro-eutéctico e lamelas alternadas de (βti) e Ti 2 Ni (g) Se a liga Ti-5%Ni fosse arrefecida rapidamente desde o estado líquido até uma temperatura de cerca de 600 C de modo a não ocorrer qualquer difusão em fase sólida, a sua temperatura de fim de solidificação seria: T < 1410 C (h) A microestrutura da liga da alínea (g) à temperatura de 600 C seria constituída por: grãos de (βti) zonados 2. Considere a secção isotérmica do diagrama de equilíbrio ternário Ferro Crómio Níquel (Fe- Cr-Ni) da figura.

3 (a) A composição da liga assinalada pelo ponto X é: 48%Cr + 20%Ni + 32%Fe (b) À temperatura de 650 C, a liga assinalada pelo ponto X é constituída por: fases α, σ e γ (c) A composição da fase α presente na liga anterior a 650 C é: 8%Ni + 67%Cr + 25%Fe 3. Na figura encontram-se representadas as curvas TTT-TI de transformação da austenite de um aço. A (a) Este diagrama corresponde a um aço: hipereutectóide

4 (b) Peças desse aço foram aquecidas durante 1 hora a 900 C e depois submetidas aos tratamentos térmicos da lista abaixo indicada. Usando o diagrama TTT-TI da figura, determine a microestrutura das peças após cada um dos tratamentos: (b1) Arrefecimento em banho de sais até 620 C, manutenção durante 2 min, seguida de Cementite pro-eutectóide + Perlite fina (b2) Arrefecimento em banho de sais até 400 C, manutenção durante 50 s, seguida de Bainite + Martensite (b3) Arrefecimento em banho de sais até 250 C, manutenção durante 200 s, seguida de Martensite (b4) Arrefecimento contínuo em água até à temperatura ambiente, seguido de reaquecimento a 250 C durante 1 h e Martensite revenida (c) O tratamento térmico correspondente ao arrefecimento referido na alínea (b3) designa-se: Martêmpera (d) O tratamento térmico referido na alínea (b4) designa-se: Têmpera e revenido EM RELAÇÃO ÀS PERGUNTAS TEÓRICAS INDICAM-SE APENAS OS TÓPICOS QUE DEVERIAM SER ABORDADOS 4. Explique como poderia efectuar um tratamento de endurecimento por precipitação de uma liga de Alumínio. Aplique este conceito ao caso de uma liga Alumínio-Cobre de composição apropriada, ilustrando a resposta com um diagrama de fases adequado. Refira as etapas deste tratamento, as alterações microestruturais que se verificam e qual o seu efeito as propriedades mecânicas da liga. Formação de uma dispersão de precipitados homogeneamente dispersos na matriz de Al que permitem constituir obstáculo ao movimento de deslocações, permitindo endurecer o material. Tratamento em 3 etapas: solubilização, têmpera e envelhecimento (natural ou artificial). Solubilização: aquecimento a temperatura na região monofásica (diagrama fig com solução sólida terminal cuja solubilidade diminua com a temperatura) de modo a formar solução sólida homogénea.

5 Têmpera: arrefecimento rápido da solução sólida anterior à temperatura ambiente originando solução sólida sobressaturada. Envelhecimento: reaquecimento a T< linha solvus durante o tempo suficiente para originar a formação de precipitados metaestáveis incoerentes com a matriz precipitados θ no caso das ligas Al-4%Cu), em dispersão e dimensão tais que conduzam ao endurecimento máximo do material (curva 9.42). Pág: do livro. 5. A laminagem e a extrusão são duas técnicas de processamento de metais muito usadas na indústria. Explique em que consiste cada uma delas e indique exemplos de materiais obtidos por aqueles processos. Laminagem: processo de enformação de metais por deformação plástica a quente ou a frio, permitindo produzir chapa de espessuras diversas. Pág: do livro. Extrusão: processo de enformação de metais por deformação plástica a quente, permitindo produzir barras, tubos, perfis. Pág: 257 do livro. 6. Quais os tipos de materiais cerâmicos que conhece? Explique as diferenças de comportamento entre cerâmicos cristalinos e amorfos usando como ilustração a variação de volume específico (1/ρ) com a temperatura. Indique as temperaturas correspondentes às transições mais relevantes. Cerâmicos tradicionais, cerâmicos técnicos e vidros. Pags: 612, e fig do livro. Temperatura de transição vítrea, temperatura de fusão (explicar o que são e localização no gráfico). 7. (a) Desenhe um anel de histerese B H de um material ferromagnético. Ver Figura (Página 678) do livro Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais - 3ª edição, W. F. Smith. Lisboa: Mc Graw-Hill Portugal (1998). (b) Defina e indique no desenho feito na alínea (a): 1. Indução de saturação Valor máximo da indução B quando o campo magnético aumenta a partir de zero. 2. Indução remanescente Densidade de fluxo magnético quando se diminui o campo magnético H e este atinge o valor zero. 3. Força coerciva Campo magnético inverso (negativo) que tem de se aplicar de modo a que a indução magnética B se reduza a zero.

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