Prova escrita de: 1º Exame Final de Ciência de Materiais Lisboa, 27 de Janeiro de 2009 Nome: Número: Curso: Resolução 1. O Cobre (Cu) apresenta estrutura cristalina cúbica de faces centradas (CFC) sendo o seu parâmetro de rede a=0,3615nm. (a) O raio atómico do Cu é: 0,1278nm (b) O número de átomos que existem num centímetro cúbico de Cu é: 85x10 21 (c) A disposição dos átomos no plano da estrutura do Cu é: A (d) O número de átomos que existem num centímetro quadrado do plano referido na alínea (c) é: 8x10 14 (e) Os índices das direcções de máxima compacidade contidas no plano do Cu são: e (f) A estrutura cristalina do Cu foi determinada utilizando difracção de raios-x. Sabendo que a difracção (de primeira ordem) pelos planos ocorreu para um ângulo 2θ=43,329º, o comprimento de onda λ dos raios-x utilizados seria: 1,541Å
2. Considere a difusão em estado sólido de átomos de Cobre (Cu) no Ouro (Au). Sabendo que a difusividade é 3,98 10-13 m 2 /s a 977 C e 3,55 10-16 m 2 /s a 636 C e que R=8,314 J/(mol.K) (a) A energia de activação para a difusão, nesta gama de temperaturas, é: Q=194KJ/mol (b) O valor do factor pré-exponencial D 0 na equação de variação do coeficiente de difusão com a temperatura é: D 0 =5x10-5 m 2 /s 3. Considere o diagrama de equilíbrio de fases Titânio Ferro (Ti-Fe) representado na figura. (a) A transformação isotérmica que ocorre à temperatura de 1427ºC é: L TiFe 2 Fusão congruente do TiFe 2 (b) A solidificação da liga Ti-26% Fe (% peso) inicia-se com formação dos primeiros núcleos sólidos de: fase (βti)) com composição química 15% Fe, a 1200 C
(c) À temperatura de 1080 C, a liga anterior é constituída por: (βti)) ( 24,7% Fe) e TiFe ( 51,3% Fe) (d) À temperatura de 600 C, a liga anterior é constituída por: 74,6% de (βti) e 25,4% de TiFe (e) À temperatura de 600 C, a microestrutura desta liga é formada por: grãos de (βti)) pró-eutéctico e lamelas alternadas de (βti)) e TiFe (f) Se a liga referida fosse arrefecida rapidamente desde o estado líquido até uma temperatura de 1070 C de modo a não ocorrer qualquer difusão em fase sólida, a sua microestrutura seria constituída por: grãos zonados de (βti)) e lamelas alternadas de (βti) e TiFe 4. Considere as curvas TTT-TI de um aço representadas na figura junta. (a) Na figura acima encontram-se representadas as curvas TTT-TI de transformação da austenite de um aço: hipereutectóide (b) Se uma peça deste aço, após autenitização, fosse arrefecida em água até à temperatura ambiente seguindo-se reaquecimento a 400 C durante 1 h, a microestrutura que se obteria seria constituída por:
martensite revenida (c) O tratamento térmico descrito na alínea (b) designa-se: têmpera e revenido (d) Se uma peça deste aço, após autenitização, fosse arrefecida em banho de sais até 350ºC e depois mantida a essa temperatura durante 30h, segindo-se arrefecimento em água até à temperatura ambiente, a microestrutura que se obteria seria constituída por: bainite (e) O tratamento descrito na alínea (d) designa-se: austêmpera EM RELAÇÂO ÀS PERGUNTAS TEÓRICAS INDICAM-SE APENAS OS TÓPICOS QUE DEVERÃO SER ABORDADOS 5. 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 6. Como sabe os defeitos cristalinos podem ser classificados, atendendo à sua extensão, em três tipos. Quais são esses tipos? Dê exemplos de cada um desses tipos de defeitos. Defeitos adimensionais (de dimensão zero) ou pontuais. Exemplos: lacunas; intersticiais Defeitos unidimensionais ou lineares. Exemplos: deslocações Defeitos bidimensionais ou superficiais. Exemplos: limites de grão; falhas de empilhamento. 7. 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 8. Como sabe a 2ª lei de Fick da difusão pode ser escrita na forma Defina cada um dos termos intervenientes nesta equação, em unidades SI. Indique, justificando, uma aplicação prática desta equação. - Composição no ponto de coordenada x (átomos por metro cúbico) - variação da composição no ponto de coordenada x em ordem ao tempo (átomos por (metro cúbico tempo)) D coeficiente de difusão (metro quadrado por segundo) - gradiente da composição (átomos por (metro cúbico metro)) Aplicação prática cementação dos aços; difusão de impurezas em bolachas de silício 9. Após a deformação plástica a frio dos materiais metálicos, qual é o tratamento que é habitualmente realizado para eliminar o encruamento? Descreva esse tratamento. Definições de deformação a frio e encruamento; recozimento após deformação a frio; várias etapas (recuperação, recristalização e crescimento de grão); temperatura a que ocorre, força motora e efeitos na microestrutura e propriedades. 10. (a) Desenhe um anel de histerese B H de um material ferromagnético. Ver Figura 11.18 (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 magmética B se reduza a zero.