Ciência de Materiais. 2006/07. 2º semestre
LCEGI. 1º TESTE. Abril de 2007.
Justifique, sucintamente, todas as suas respostas.
Nome _____________________________
Número __________
Desistências: somente após 30 min de prova.
Notas: Classificação mínima em cada teste: 35%. A entrega do 1º teste implica que o aluno abdica da possibilidade de entregar 2 exames completos.
Duração total: 1h 30min.
1. O ferro apresenta uma transformação alotrópica a 912 ºC, passando (em arrefecimento) de uma
estrutura CFC para uma estrutura CCC.
a) 0.3 val. Usando os cubos unitários fornecidos no enunciado, faça esboços:
i) da célula convencional da rede
cristalina do Fe a 911 ºC;
ii) da célula estrutural do Fe a 913 ºC.
b) 1.5 val. Calcule a massa específica (densidade) do Fe à temperatura ambiente, sabendo que o
raio atómico é R= 0.124 nm e que a massa atómica M é 55.85 g/mol. [Nº Avogadro = 6.023 x 1023]
c) 1.0 val. Determine, em função do raio atómico R, o raio do maior interstício nas estruturas:
i) CCC;
ii) CFC.
Sabe-se que para a estrutura CCC os maiores
interstícios ocorrem em posições do tipo:
(1/4, 1/2, 0); (1/2, 3/4, 0); (3/4, 1/2, 0);
(1/2, 1/4, 0); etc, e que para a estrutura CFC
os maiores interstícios ocorrem no centro das
arestas do cubo.
d) 0.5 val. Represente, na célula unitária fornecida,
os planos atómicos de índices de Miller:
i) 3 1 0 ;
( )
ii) (2 4 5).
e) 0.7 val. Com base na lei de Bragg n λ = 2 d sen(θ), indique como poderia usar o 1º e 7º picos de
difracção para distinguir resultados de ensaios de difracção de raios-X feitos a amostras de
materiais que hipoteticamente poderiam assumir estruturas CS ou CCC. Como facilmente se
pode verificar, ao usar os dois primeiros picos, ambas as estruturas conduzem ao resultado:
sen 2 (θ A ) 1 , daí a necessidade de usar o 7º pico.
=
sen 2 (θ B )
2
Sugestão: numa tabela, ordene os planos cristalográficos possíveis (incluindo os que cujos índices não
estão reduzidos aos menores inteiros) por ordem de h2+k2+l2 e vá identificando os planos difractores.
Sabe-se que para a estrutura CS todos os planos são planos difractores, ao passo que para a CCC, são
difractores os planos para os quais h+k+l = número par. Nota: para o sistema cúbico: d = a / (h2 + k2 + l2)1/2
Ciência de Materiais. 2006/07. 2º semestre
LCEGI. 1º TESTE. Abril de 2007.
Nome _____________________________
Número __________
2. Num dado metal, uma deslocação é paralela à direcção [111] e o seu vector de Burgers é: b =
a
[110] .
2
a) 1.0 val. Classifique a deslocação e indique os índices de Miller do plano de escorregamento. Justifique.
b) 1.0 val. Suponha que se aplica uma tensão normal de valor σ = 100 MPa, sendo a respectiva
força aplicada ao longo da direcção 2 1 0 . Usando a lei de Schmid, τ = σ cos λ cos ϕ , calcule a
[
]
tensão de corte que actua no sistema de escorregamento formado pelo plano de escorregamento que
determinou na alínea a) e pela direcção de escorregamento [110] .
3. 1.0 val. Indique dois mecanismos de endurecimento de um metal, i.e., mecanismos que
conduzam ao aumento da sua resistência mecânica. Destaque o papel do defeito cristalino cuja
dinâmica está –de maneira comum– relacionada com tais mecanismos. Faça também um comentário
acerca da eventual possibilidade de, através de uma metodologia similar, aumentar o módulo de
elasticidade dos mesmos materiais.
4. 1.5 val. Diga quais as principais classes de materiais utilizados em engenharia, e faça uma tabela
onde, para cada uma dessas classes de materiais, se indique de forma genérica e qualitativa, o seu
comportamento quanto aos seguintes aspectos: ligação química (tipo, energia), comportamento
mecânico (resistência, ductilidade, módulo de elasticidade), comportamento eléctrico, ponto de
fusão, massa específica.
5. 1.5 val. Faça o traçado aproximado do gráficos tensão nominal-extensão nominal que se obteriam
em ensaios de tracção realizados nas condições e/ou para os materiais seguintes (consoante as
alíneas, os traçados serão qualitativos ou parcialmente quantitativos). Nota: Indique as respectivas unidades.
b) Metais com E = 200 GPa, σcedencia = 400 MPa
a) A) Polímero termoplástico;
B) Cerâmico; C) Metal.
D) Material elástico-idealmente plástico;
E) Material elástico-plástico exibindo encruamento.
1
1
0 .9
0 .9
0 .8
0 .8
0 .7
0 .7
0 .6
0 .6
0 .5
0 .5
0 .4
0 .4
0 .3
0 .3
0 .2
0 .2
0 .1
0 .1
0
0
0
1
0
1
c) Duas amostras, F, G, da mesma liga metálica, com E = 200 GPa, e aproximadamente com o
mesmo módulo de tenacidade, que sofreram tratamentos térmicos e/ou mecânicos diferentes, sendo
que o metal F é apreciavelmente mais resistente que o metal G.
1
0 .9
0 .8
0 .7
0 .6
0 .5
0 .4
0 .3
0 .2
0 .1
0
0
1