Introdução A Ciências Dos Materiais

Lista de Exercícios 2

1) Cite e explique os tipos de defeitos que podem ocorrer numa estrutura cristalina.

Os defeitos são: Defeitos Pontuais, Lineares, Interfaciais e Volumétricos.

Defeitos Pontuais são divididos em:

• Vacâncias – a falta de um átomo na estrutura

• Átomos intersticiais – envolve 1 átomo extra no interstício

• Defeitos de Schotty – envolve a falta de 1 par cátion-anion

• Defeitos de Frenkel – quando um ion sai da posição normal e vai para um intesticio .

Defeitos Lineares

• Cunha – envolve um plano extra de átomos e o vetor de Burguer é perpendicular a direção da linha da discordância

• Hélice – quando o vetor de Burgue é paralelo a direção da linha de discordância

• Mista – constituída por uma discordância de cunha associada a uma discordância de hélice.

Defeitos Interfacial

• Contorno de Grão - separa 2 cristais que possui diferentes orientações cristalográficas

• Maclas ou Twins – ocorre quando parte da rede cristalina é deformada formando uma imagem espelhar da parte não deformada

Defeitos Volumétricos

• Inclusoes – impurezas indesejadas

• Precipitados – aglomerados de partículas diferente da matriz

• Porosidade – originada pela presença de gas

• Fases- devido a presença de impurezas

2) Qual é a relação existente entre as discordâncias e a deformação plástica nos materiais metálicos? Dê exemplos.

A deformação plástica depende diretamente do movimento das discordâncias, pois quanto mais fácil o movimento das discordâncias, menos resistente é o material

Ex: quanto menos intesticios e impurezas tiver no material, menos resistente ele sera , ou seja, a deformação plástica é maior.

3) O que é vetor de Burgers? O que pode dificultar a movimentação das discordâncias e o que ocor

re quando isso acontece?

É o vetor de Burguer que dá a direção e a magnitude da distorção das redes cristalinas e correponde a distancia dos deslocamentos dos átomos ao redor das discordâncias pode dificultar a movimentação das discordâncias, a redução do tamanho do grão, haverá mais fronteiras, e o material será mais resistente. Soluções solidas , a impureza intersticial e substitucional também dá resistência, e a deformação a frio.

3) Calcule o número de vacâncias em equilíbrio por metro cúbico para o alumínio na temperatura ambiente. A energia para a formação de vacâncias é 0,8 eV/átomo. O peso atômico e a densidade do alumínio são 26,98 g/mol e 2,71 g/cm3, respectivamente.

T= 25+ 273= 298K

N= Na . ρ/AAl

N=6,023X 10 23 X 2,71 / 26,98 = 6,05X10 22

N1= N . e ( -Qt/KT)

N1= 6,05 x 10 22 . e ( -0,8/8,62x10-5 . 298)

N1= 1,80 X 10 10

5) A partir da tabela abaixo, responda:

a) Com qual outro elemento o alumínio formaria uma solução sólida substitucional com solubilidade completa? Por quê?

Ag, Pd,Pt,Ni porque tem a mesma Estrutura Cristalina, tamanho de raio aproximado com diferença menos que 15% e eletronegatividade parecida

b) Com qual outro elemento o alumínio formaria uma solução sólida substitucional com solubilidade parcial? Por quê?

Cu, Co,Cr, Fe, Zn tem raio atômico próximo.

c) Com qual outro elemento o alumínio formaria uma solução sólida intersticial? Por quê?

C,H,O, possuem pequeno raio atômico, tendo assim facilidade de penetrar na estrutura.

6) Defina o que é energia de ativação e qual a relação entre ela e a distância de equilíbrio entre os átomos.

É a energia necessária para produzir o movimento difusivo de um mol de atomo, quanto menor a energia, menor o movimento e as posições de equilíbrio estaram bem mais definidas.

7) Explique como os defeitos cristalinos contribuem para a difusão.

8) Explique porque a difusão de intersticiais é mais rápida que a difusão de vacâncias.

A difusão intersticial é mais rápida que a difusão por lacunas, pois os átomos intersticiais são menores e mais moveis, facilitando a difusão, e existem mais posições intersticiais vazias, do que lacunas em uma rede.

9) A difusão é mais rápida no contorno de grão ou na superfície? Por quê?

10) Cite 3 exemplos práticos de processos que são baseados em fenômenos difusivos.

• Dopagem em matérias semicondutores para controlar a condutividade;

• Cementação e nitretação dos aços para aquecimento superficial

• Sinterização

• Alguns processos de soldagens

• Outros tratamentos térmicos como: recristalização, alívio de tensões, normalização...

11) A difusão de uma impureza intersticial se dá mais facilmente no ferro CCC ou no ferro CFC? Explique.

No ferro CCC, pois este apresenta menor fator de empacotamento quando comparado com o ferro CFC. Logo o ferro CCC apresenta mais vacâncias , vazios, tendo assim um maior coeficiente de difusão, o que facilita a difusão de uma impureza intersticial.

12) Qual a diferença