FUNDAMENTOS DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS LISTA DE EXERCÍCIOS CRISTAIS

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1 FUNDAMENTOS DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS LISTA DE EXERCÍCIOS CRISTAIS 1 Determine os índices e/ou desenhe as direções cristalinas indicadas nas figuras abaixo.

2 2 Determineos índices dos planos cristalinos indicados nas figuras abaixo. Se mudar a origem de lugar, indique o ponto em que ela foi colocada.

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4 3 Determine o fator de empacotamento da rede hcp. DIFUSÃO 1 Uma placa de aço em temperatura de 850 C tem espessura de 8mm. Entre as duas faces, a diferença de concentração de carbono é de 0,5 kg/m³. Determine quanto carbono difundiu através da placa em 6 horas de tratamento, em moles. Suponha que o regime de difusão seja de estado estacionário. 2 Uma placa de aço espessa e homogênea tem concentração de carbono de 0,5% em peso. Ela é submetida a um tratamento de cementação em temperatura constante em 1000 C. A concentração de carbono em sua superfície é mantida constante em 1,4% em peso de Carbono durante todo o tratamento. Depois de um certo tempo, em uma profundidade de 4 mm, a concentração de Carbono cai para 0,9% em peso de C. Quanto tempo mais será necessário para esta mesma concentração ser obtida com o dobro da profundidade?

5 MATERIAIS CERÂMICOS 1 As duas imagens a seguir são vistas ligeiramente diferentes da mesma estrutura. Trata se de uma cerâmica ternária formada por dois tipos de cátions e um tipo de ânion. Na célula unitária existem 32ânions, 16 cátions do tipo B e 8 cátions do tipo A. A aresta da célula unitária mede 8 Å. Determine. a) A fórmula estequiométrica do composto. b) A densidade da rede cristalina, sabendo que a massa atômica do ânion é16 g, a massa atômica do cátion A é 24,31 g, e a massa atômica do cátion B é 26,98 g. c) Sabendo que o raio do ânion é 1,21Å, do cátion A é 0,86Å, e do cátion B é 0,53Å, determine o fator de empacotamento da estrutura. d) Observando a imagem da estrutura e examinando os raios iônicos, identifique cada íon. e) Quais os tipos de arranjos atômicos formados pelos cátions A e B? f) Considerando que os ânions formam um arranjo cúbico compacto, qual a fração de sítios tetraédricos ocupada? g) Qual a fração de sítios octaédricos ocupada? h) Considerando que o ânion tem valência 2, então aponte quais dos seguintes cátions poderiam fazer o papel do cátion A e do cátion B: Fe 2+, Cr 3+, Al 3+, Mg 2+, Fe O diagrama MgO Al 2 O 3 possui o espinélio como fase intermediária. Responda.

6 a) Qual a composição molar do espinélio, quando sua composição é exatamente MgAl 2 O 4? b) Para uma liga com 30% em peso de Al 2 O 3, quais as fases presentes em 1600ºC? c) Qual a composição em pesode cada fase presente nas condições apontadas no item anterior? d) Qual a composição em peso de cada fase presente em 1600ºC em uma liga de composição 90% em peso de Al 2 O 3? e) Qual a quantidade da fase MgO presente em cada liga dos itens b e d? f) Em 1600ºC, o teor de MgO no espinélio atinge um valor máximo, determinado no item c. Escreva a composição molardo espinélio para este ponto na forma Mg x Al y O 4. Diga o que ocorre com a ocupação dos sítios tetraédricos e octaédricos ocupados pelos cátions. Seja quantitativo. g) Em 1600ºC, o teor de MgO no espinélio atinge um valor mínimo, em 1600ºC, determinado no item d. Escreva a composição molardo espinélio para este ponto na forma Mg x Al y O 4. Diga o que ocorre com a ocupação dos sítios tetraédricos e octaédricos ocupados pelos cátions. Seja quantitativo. 3 Dois corpos de prova de Al 2 O 3 iguais foram submetidos a ensaios de flexão. Um deles em três pontos e o outro a quatro pontos. Um deles rompeu com tensão de 420Mpa. O outro rompeu com 395Mpa. Considere as dimensões do corpo de prova mostradas nas Figuras a seguir. Responda. a) Qual dos testes provavelmente produziu o valor mais alto? Justifique.

7 b) Qual a carga aplicada sobre a amostra no ensaio de três pontos para provocar a ruptura? 4 Suponha um corpo de prova de Al 2 O 3 submetido a um ensaio de quatro pontos. Uma trinca de comprimento 100µm e raio de curvatura da extremidade de 0,1µm está localizada na superfície inferior da amostra, perpendicular a ela, e situada na região onde a tensão trativa é máxima. Responda. a) Estime a que tensão ela vai falhar, sabendo que a resistência teórica deste material é de 38GPa. b) Qual a carga a ser aplicada para causar sua ruptura? Considere as dimensões mostradas na Figura a seguir. 5 Um piso cerâmico do tipo grés porcelanato possui absorção de água de 0,2%. Sua estrutura é constituída de grãos de mulita, de quartzo e de fase vítrea, além de poros. Sua densidade teórica é de 2,1g/cm³. Sua densidade relativa é de 94%. Responda: a) Qual adensidade bulk? b) Qual a porosidade da estrutura? c) Qual a porosidade aberta da estrutura? d) Qual a porosidade fechada da estrutura? e) Qual a densidade determinada por método que envolva a imersão da amostra?