Universidade Estadual de Ponta Grossa Curso: Engenharia de Materiais Disciplina: Ciência dos Materiais 1 Lista de Exercícios 6

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1 Universidade Estadual de Ponta Grossa Curso: Engenharia de Materiais Disciplina: Ciência dos Materiais 1 Lista de Exercícios 6 1) Cite três variáveis que determinam a microestrutura de uma liga. 2) Qual condição termodinâmica deve ser atendida para que exista um estado de equilíbrio? 3) Qual é a diferença entre os estados de equilíbrio de fase e de metaestabilidade? 4) Cite as fases que estão presentes e as composições das fases para as seguintes ligas: (a) 90%p Zn-10%p Cu a 400ºC. (b) 75%p Sn-25%p Pb a 175ºC. (c) 55%p Ag-45%p Cu a 900ºC. (d) 30%p Pb-70%p Mg a 425ºC (e) 2,12 kg Zn e 1,88 kg Cu a 500ºC. (f) 37 lb m Pb e 6,5 lb m Mg a 400ºC. (g) 8,2 mol Ni e 4,3 mol Cu a 1250ºC. (h) 4,5 mol Sn e 0,45 mol Pb a 200ºC. 5) Para uma liga com composição de 74%p Zn-26%p Cu, cite as fases presentes e suas respectivas composições nas temperaturas de 850ºC, 750ºC, 680ºC, 600ºC e 500ºC. 6) Determine as quantidades relativas (em termos de frações mássicas) das fases para as ligas e temperaturas dadas no exercício 4. 7) Um diagrama de fases hipotético é mostrado na figura ao lado. (a) Identificar as soluções sólidas presentes no sistema. Material A ou B são alotrópicos? Explique. (b) Identificar as reações invariáveis escrevendo a temperatura, a reação em forma de equação e no nome da reação.

2 8) Um diagrama de fases hipotético é mostrado na figura ao lado. Identificar as reações invariantes escrevendo a temperatura, a composição, a reação em forma de equação e no nome da reação. 9) Considerar o diagrama de fases para o sistema alumínio-neodímio mostrado ao lado, no qual apenas as regiões monofásicas estão identificadas. Especifique os pontos temperaturacomposição onde todos os eutéticos, eutetóides, peritéticos e transformações de fases congruentes ocorrem. Ainda, para cada um, escreva a reação que ocorre com o resfriamento. 10) Considere o diagrama de fases Pb-Sn e responda as afirmativas com falso (F) ou verdadeiro (V). (a) ( ) A solubilidade máxima do estanho no chumbo no estado sólido é 2,2% em peso. (b) ( ) A solubilidade máxima do chumbo no estanho no estado sólido é 18,3% em peso. (c) ( ) No ponto eutético coexistem em equilíbrio três fases: (L + α + β). (d) ( ) Uma liga contendo 40% em peso de Sn em equilíbrio a 150 ºC apresenta duas fases: (L + α ). (e) ( ) A fração mássica de fase alfa (α) em uma liga contendo 40% em peso de Sn em equilíbrio a 150 ºC é 0,66. (f) ( ) A fração volumétrica de fase alfa (α) em uma liga contendo 40% de Sn em equilíbrio a 150 ºC é 0,66. (g) ( ) Uma liga contendo 18% em peso de Sn em equilíbrio a 150 ºC apresenta duas fases.

3 (h) ( ) Uma liga contendo 61,9% em peso de Pb apresenta a 150 ºC uma microestrutura completamente eutética. (i) ( ) Em equilíbrio a 150 ºC, a fase alfa (α) de uma liga contendo 20% em peso de Sn tem a mesma composição química da fase alfa (α) de uma liga contendo 80% em peso de Sn. (j) ( ) Uma liga equiatômica de Pb-Sn não está totalmente líquida a 225 ºC. 11) A figura ao lado mostra uma região do diagrama de fases para o sistema titânio-cobre, para o qual apenas as regiões monofásicas estão identificadas. Especifique todos os pontos temperatura-composição onde os eutéticos, eutetóides, peritéticos e transformações de fases congruentes ocorrem. Ainda, para cada um, escreva a reação que ocorre com o resfriamento. 12) É possível ter uma liga cobre-zinco que, em condições de equilíbrio, consista em uma fase ϵ com composição de 80%p Zn-20%p Cu, juntamente com uma fase líquida com composição de 95%p Zn-5%p Cu? Caso isso seja possível, qual será a temperatura aproximada da liga? Caso isso não seja possível, explique o por quê. 13) Uma liga cobre-níquel com composição de 70%p Ni-30%p Cu é aquecida lentamente a partir de uma temperatura de 1300ºC. (a) A que temperatura se forma a primeira fase líquida? (b) Qual é a composição dessa fase líquida? (c) A que temperatura ocorre a fusão completa da liga? (d) Qual é a composição do último sólido que permanece no meio antes da fusão completa? 14) Um liga com 90%p Ag-10%p Cu é aquecida até uma temperatura dentro da região das fases β + líquida. Se a composição da fase líquida é de 85%p Ag, determine: (a) A temperatura da liga (b) A composição da fase β (c) As frações mássicas de ambas as fases. 15) Para uma liga cobre-prata com composição de 25%p Ag-75%p Cu a 775ºC, determine: (a) As frações mássicas das fases e. (b) As frações mássicas dos microconstituintes primário e eutético.

4 (c) A fração mássica de eutética. 16) Para uma liga com 85%p Pb-15%p Mg, faça esboços esquemáticos da nas seguintes temperaturas: 600ºC, 500ºC, 270ºC e 200ºC. Identifique todas as 17) Para uma liga com 68%p Zn-32%p Cu, faça esboços esquemáticos da nas seguintes temperaturas: 1000ºC, 760ºC, 600ºC e 400ºC. Identifique todas as 18) Para uma liga com 30%p Zn-70%p Cu, faça esboços esquemáticos da nas seguintes temperaturas: 1100ºC, 950ºC, 900ºC e 700ºC. Identifique todas as 19) A figura ao lado mostra o diagrama de fases pressãotemperatura para a H 2 O. Aplique a lei das fases de Gibbs ao pontos A, B e C; isto é, especifique o número de graus de liberdade em cada um dos pontos, ou seja, o número de variáveis externamente controláveis que precisam ser especificadas para definir completamente o sistema. 20) Qual a diferença entre uma fase em um microconstituinte? 21) Em um aço hipoeutetóide existem tanto a ferrita eutetóide como a ferrita proeutetóide. Explique a diferença entre elas. Qual será a concentração de carbono em cada uma? 22) Explique por que uma fase proeutetóide se forma ao longo dos contornos de grão da austenita. 23) Calcular as quantidades de ferrita e cementita presentes na perlita. 24) Calcular as composições e a quantidade de fases e microconsituintes em um aço com composição 99,4%p Fe-0,60%p C a 726ºC.

5 25) Qual é a concentração de carbono em uma liga ferro-carbono para a qual a fração de ferrita total é 0,94? 26) Qual é a fase proeutetóide para uma liga ferro-carbono na qual as frações mássicas da ferrita total e cementita total são 0,92 e 0,08, respectivamente? Por quê? 27) Considere 1,0 kg de austenita contento 1,15%p C resfriada até abaixo de 727ºC. (a) Qual é a fase proeutetóide? (b) Quantos quilogramas se formam de cementita e de ferrita total? (c) Quantos quilogramas se formam da fase proeutetóide e de perlita? (d) Esboce esquematicamente e identifique a microestrutura resultante. 28) Considere 2,0 kg de uma liga com 99,6%p Fe-0,4%C que é resfriada a uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide. (a) Quantos quilogramas de ferrita proeutetóide se formam? (b) Quantos quilogramas de ferrita eutetóide se formam? (c) Quantos quilogramas de cementita se formam? 29) Para uma liga ferro-carbono de composição 5%p C-95%p Fe, faça os esboços esquemáticos da microestrutura que seria observada para condições de resfriamento muito lento às seguintes temperaturas: 1172º C, 1145ºC e 700ºC. Identifique as fases e indique as suas composições. 30) Determine as composições ternárias mostradas na figura a seguir