Resumo PMT2100 (completo)

Resumo PMT2100 (completo)

(Parte 1 de 4)

I aula 01 - ver slides: 21, 2 (acho q slides de 2005)

Quanto maior e mais estreito o poço de potencial (baixo coeficiente de expansao termica) , maior será a energia de ligação --> mais resistente e maior o Pf e Peb Quanto maior a derivada em "Ro", e mais simetrica a curva e maior o poço de energia --> maior dureza |

| \/ menor variação na distancia inter-atomica

ligação metalica -forte,nao direcional ateh 3 atomos de valencia (livres), apresentam msm probabilidade de
associarem-se a atomos vizinhos

ligaçao ionica - forte, nao-direcional, atração eletrostatica entre ions ligação covalente - , mt forte, mt direcional ligacao de van-der-walls (secundarias), fracas - flutuantes, induzidas, permanentes, simetrica apesar que -pontes de hidrogenio (+ fortes (permanente(polar))) H-FON (mas as ligaçoes internas sao covalentes, as inter-moleculares q sao secundarias (polar))

– Resistência mecânica de moderada a alta. – Moderada plasticidade – Opacos
– Bons condutores elétricos e térmicos– Alta tenacidade ( nao se partem aplicando pressao alta)

---combinação de elementos metálicos e não-metálicos (óxidos, carbetos e nitretos ). – Caráter misto, iônico-covalente

• Tipos de materiais: Cerâmicas tradicionais.– de alto desempenho– Vidros e vitro-cerâmicas cimentos

• Propriedades gerais : – Isolantes térmicos e elétricos. – Refratários. Inércia química. – Corpos duros e frágeis.

POLIMEROS compostos orgânicos– Carbono, hidrogênio, oxigênio e outros elementos, tais como nitrogênio, enxofre e cloro. • Compostos de massas moleculares muito grandes (macro-moléculas).

• Tipos de materiais : – Termo-plásticos.– Termo-rígidos.– Elastômeros . – Baixa densidade. Flexibilidade e facilidade de conformação.– Tenacidade. – Geralmente pouco resistentes a altas temperaturas

COMPOSITOS - mistura de materiais buscando melhores caracteristicas de cada um

AULA 2:

ver slides: 12, 14(miller), 16 , 17, e 25 a 27 de difraçao

FAZER DESENHOS DO cfc, c e hc, VENDO EXATAMENTE ONDE SE ENCOSTA, OS ATOMOS, PRA VER DISTANCIA DE LADOS EM RELAÇÃO AO RAIO DO ATOMO

SOLIDOS: cristalinos - periodicidade nos arranjos nas 3 dimensoes - de longo alcance amorfos - ordenação de curto alcance

Índices de Miller: direções cristalográficas

• Direção cristalográfica: vetor que une dois pontos da rede cristalina. • Procedimento para determinação dos índices de Miller de uma direção cristalográfica: – transladar o “vetor direção” de maneira que ele passe pela origem do sistema de coordenadas.

– determinar a projeção do vetor em cada um dos três eixos de coordenadas. Essas projeções devem ser medidas em termos dos parâmetros de rede (a,b,c)

– multiplicar ou dividir esses três números por um fator comum, tal que os três números resultantes sejam os menores inteiros possíveis. – representar a direção escrevendo os três números entre colchetes: [u v w].

Nota: uma família de direções, por exemplo [10], [1(barra)0], [010], [01(barra)0],

[001] e [001(barra)] é representada por <100> barras em cima quer dizer Negativo

Determinação dos índices de Miller de um plano cristalográfico: – determinar os interceptos do plano com os eixos do sistema de coordenadas em termos dos parâmetros de rede a, b e c. Se o plano passar pela origem, transladar o plano para uma nova posição no sistema de coordenadas. – obter os recíprocos desses três interceptos. Se o plano for paralelo a um dos eixos, considera-se o intercepto infinito e o seu recíproco zero.

– representar na forma ( h k l ) Nota: uma família de planos, como por exemplo (1b1b1), (11b1b), (111b), (1b1b1), (11b1b), (1b11b), (1b1b1b) e (1b11) é representada por {1}

Fator de empacotamento atomico - (volumetrico) FEA = VAtomos/VCelulas

DENSIDADE ATOMICA PLANAR (area) DP = Aatomos no plano/Aplano

DENSIDADE ATOMICA LINEAR (distancia) DL = Latomos/Llinha

C - A relação entre o raio atômico, R, e a aresta do cubo, a, é dada por: a=4R/sqrt3 • 2 átomos por célula unitária

• número de coordenação =8.

• Exemplo de metais C: Fe-α, cromo, tungstênio, molibdênio.

CFC - A relação entre o raio atômico, R, e a aresta do cubo, a, é dada por: a=2R/sqrt2 • 4 por célula unitária

• número de coordenação = 12.

• Exemplo de metais CFC: cobre, alumínio, ouro, chumbo. obs: esferas rigidas (A) (2, e somente 2, pontas opostas); e dois tipos de intersticios (B e C) , cada um forma um triangulo.

HC - c/a = 1,633 (ideal). (sendo "c" a altura, e "a" o lado da base) • 6 átomos por célula unitáriaé igual a 6.

• número de coordenação = 12.

• O FEA é igual a 0,74.

• Exemplo de metais HC: cádmio, cobalto, zinco. obs: esferas rigidas (A, primeira camada), B e C sao intersticios(2ª e 3ª camadas)

POLIMORFISMO- solido apresenta mais de uma estrutura cristalina possivel(depende de T e P) ALOTROPIA - polimorfismo em elemento puro, como o"Cdiamante" e o Cgrafite,

Materias monocristalinos - um cristal só, sem interrupçoes policristalinos - mais cristais OU graos(de msm cristal) com orientaçoes espaciais diferentes

Difração de raios-X ocorre qnd onda encontra obstaculos q espalham a onda e o espaçamento entre eles eh comparavel ao comprimento da onda - construtivas e destrutivas (fisica de colegial)

no CFC de um exercicios aesendo "d" a distancia interplanar, e "a" o parametro da rede

AULA 3: ver slides: 1(fazer desenho), 18

Defeitos Puntiformes-

----Lacuna (“vacancy”): ausência de um átomo em um ponto do reticulado cristalino. • Podem ser formadas durante a solidificação ou como resultado de vibrações atômicas.

• Existe uma concentração de equilíbrio de lacunas: NL= N exp( - QL/kT) onde: N ≡ número total de posições atômicas (atomos) NL ≡ número de lacunas QL ≡ energia de ativação para formação de lacunas k ≡ constante de Boltzmann T ≡ temperatura absoluta e temos: N = Avogadro*densidade/massa molar

---Auto-intersticial - o atomo da propria estrutura fica num intersticio desta, grande distorçao no redor

Solução sólida:(ligas) ocorre quando a adição de átomos do soluto não modifica a estrutura cristalina nem provoca a formação de novas estruturas. • Solução sólida substitucional: os átomos de soluto substituem uma parte dos átomos de solvente no reticulado. • Solução sólida intersticial: os átomos de soluto ocupam os interstícios existentes no reticulado.

Defeitos em solidos ionicos:

A neutralidade elétrica tende a ser respeitada.

• Defeito de Schottky : lacuna aniônica + lacuna catiônica

• Defeito de Frenkel : cátion intersticial + lacuna catiônica

temperatura)– Sensores de gases. – Materiais com propriedades magnéticas interessantes.

Exemplos de aplicação: – Resistências de fornos elétricos (condutividade elétrica de cerâmicas em alta

Defeitos de Linha:(discordancias n terminam no interior de um cristal) -Discordancia em-cunha - falta parte de uma linha

-Discordancia em helice - linha deslocada (descola varias outras junto) vetor de Burgers (qnt deslocado está) U=0,5Gb sendo U a energia por unidade de comprimento, G o modulo de cisalhamento, e b o comprimento do vetor de Burgers

Defeitos bidimensionais: Interface: contorno entre duas fases diferentes. • Contornos de Grão: contornos entre dois cristais sólidos da mesma fase. maior q 15º, de alto angulo / menor q 5º de pequeno angulo(subgraos) • Superfície Externa: superfície entre o cristal e o meio que o circunda

• Contorno de Macla: de grão com simetria

A macla é um tipo de defeito cristalino que pode ocorrer durante a solidificação, deformação plástica, recristalização ou crescimento de grão. Tipos de macla: maclas de recozimento e maclas de deformação. A maclação ocorre em um plano cristalográfico

• Falhas de Empilhamento: interrupção na seqüência de empilhamento, como no ABCABCABC

do CFC.

Defeitos volumetricos: mt fortes(fabricação), como inclusões, poros, trincas, precipitados .

AULA 4:

aplicaçoes: Filtros para purificação de gases; • Homogeneização de ligas com segregação

DIFUSAO: Modificação superficial de peças • Dopagem de semicondutores • Processadores de microcomputadores (circuitos integrados) • Sinterização(junção de particulas a altas temperaturas)

Para ocorrer a movimentação de átomos são necessárias duas condições: (1) deve existir um espaço livre adjacente ao átomo; (2) o átomo deve possuir energia suficiente para quebrar as ligações químicas que o une a seus átomos vizinhos e então causar uma distorção no reticulado cristalino durante seu deslocamento. (costumam ser por lacunas (substitucionais) e instersticiais)

A extensão segundo a qual a difusão por lacunas pode ocorrer é função da concentração de lacunas presente no metal. • A concentração de lacunas aumenta com a temperatura. AUTODIFUSÃO - de atomos hospedeiros INTERDIFUSÃO. - de impurezas substitucionais --As intersticiais sao mais rapidas!

O Fluxo de Difusão é definido como sendo a massa (ou o número de átomos) M que se difunde por unidade de tempo através de uma área unitária perpendicular à direção do movimento da massa, J = M/At , em diferenciais , J = M/At

----Difusao em Estado Estacionario (grafico eh uma reta) J nao varia com tempo nem posição, e dC/dX é cte, e aih igual a deltaC/deltaX=Ca-Cb/Xa-Xb eaih a 1ª lei de Fick: J = - D dC/dX ; o sinal menos indica fluxo das altas para as baixas concentraçoes (concentraão sao as driving forces), e D eh coeficiente de difusao em m²/s

---Difusao em Estado Nao-Estacionario J e C variam em X com o tempo

dtdx δξ

2ªlei de Ficl: δC = δ (D dC) ε, σε ∆ ν δεπενδερ δα χοµποσι⎜©ο (πορταντο, δα ποσι⎜©ο), τεµοσ δC = D d²C dt δξ″

−−− σολιδο σεµι−ινφινιτο (semiinfinitos) −−> α διφυσαο ν χηεγα να συπερφιχιε ενθντ αχοντεχε, υσα−σε γενεριχαµεντε θ υµ σολιδο εη σεµι−ινφινιτο θνδ Λ>10σθρτ(∆τ) Para t = 0, C = f(x,0) = C0 em 0 = x = 8. Para t > 0, C = f(0,t) = CS. Para t = 0, C = f(t,x) = C0 em x = 8.

Cs-Cx = erf(x/2sqrtDt) Cs-Co , podendo servir por ex. para cementação (carbonetação (Fe-C)) de chapas de aço p; endurecer superficies

RTR T

D=Do exp( - deltaGd ) e linearizando fica: lnD = lnDo - (deltaGd)(1) sendo Do uma constante, e R=8,31J/mol.K, e Gd a en. de ativação (Temp. aumenta) qnt maior a tangente no grafico LnD por 1/T, mais a energia de ativação e menor o D, e mais dificil de difundir

-tudo depende entao de: •Espécie que se difunde • Meio onde ocorre a difusão • Temperatura -A movimentação de átomos pelos defeitos cristalinos é muito mais rápida que pelo volume

AULA 05 slides12,14 ver exercicio 1b/c da lista 4

-Equilibrio: caracteristicas n mudam com o tempo se n for perturbado externamente em termos termodinamicos, qnda energia livre de Gibbs eh minima (dG=dH - TdS)

O equilíbrio entre duas fases num sistema monocomponente chama-se equilíbrio univariante.

-sistema binario isomorfo: componentes totalm/ soluveis um no outro.

Se o ponto estiver numa região onde existem duas fases em equilíbrio, a determinação da composição das fases presentes é possível traçando-se um segmento de reta horizontal que passa pelo ponto e atinge as duas linhas que delimitam o campo de duas fases (linhas liquidus e solidus ). As composições das fases líquida e sólida são dadas pelas intersecções deste segmento de reta e as respectivas linhas de contorno.

Regra da Alavanca (lembra do negocio contrario) ou que Wb = Ca - Co Ca - Cb

-sistemas meta-estaveis permanecem mt tempo fora do equilibro(lentos.sofrem pequenas mas uteis)

-solidificação em condiçoes de equilibrio, vai formando q nem no exercicio( liquido eh bola vazia, entra alguns alphazinhos, aih vira linhas de alpha) -em nao-equilibro-(em vez de ficarem apenas um tipo de alpha (com tanto de composição de tal componente), tem varios alphas(com composiçoes diferentes) - (meta-estabilidade). pode acontecer -Segregação ¾zonamento (coring) ¾redução na temperatura da linha solidus ¾diminuição das propriedades ¾Pode haver a necessidade de recozimento

P+F=C+N P = número de fases presentes • C = número de componentes do sistema

• N = número de variáveis além da composição – p.ex., temperatura, pressão • F = número de graus de liberdade – número de variáveis que pode ser alterado de forma independente sem alterar o número de fases existente no sistema eh um criterio para ver qnts fases coexistirao no equilibro, mas nao a quantidade destas

-qnd 3 fases estao em equilibro num sistema binario, F=0, equilibro invariante

eutetoide - gama --> alpha +beta

temos assim: eutetica - L --> alpha + beta euteticas - pode se formas alpha monofasica no resfriamento, (do liquido pro alpha mais liquido (lado esquerdo do grafico do exercicio)

---precipitação: qnd vai de alpha pra alpha + beta, essa linha e a linha de solubilidade...o beta começa a precipitar(antes tava soluvel)(no ex3,o Pb é pouco soluvel em Sn,e o contrario nao)

listras de alpha e listras de beta (crescimento cooperativo)se nao passasse no ponto ficaria com listras dos dois e pontos

-transformaçao eutetica - resfriamento passando por aquele ponto triplo (L-->alpha + beta), o desenho da bola fica com do dendrito pro-eutetico(oq tava junto com o liquido antes) ( no exercicio essa transformação eh hipo-eutetica, forma alpha primeiro(fase primaria - dendritas de alpha pro-euteticas) em q o liquido eutetico residual (71,9%Ag) se transforma em micro-estrutura eutetica (92%Ag)

VER EXERCICIO 2b PRA NÃO CONFUNDIR

Aula 6 Diagrama de Fases Fe-Fe3C (Ferro-Cementita)

Até 912ºC – C – ferrita α - Fe-α (atraida por ima até 770ºC) De 912 a 1394 – CFC – austenita – Fe-γ De 1394 a 1538 – C – Ferrita δ - Fe-δ *Perlita: finas camads de Fe3C numa matriz de Fe-α slides 5,6,7

Transformações de Fase: -em maioria são heterogêneas, com formação de interfaces (separa fases produto e matriz)

- (nucleação e crescimento) costuma envolver formação de um núcleo da nova fase, que assim cresce. Esta formação é difícil de acontecer pela alta energia na interface p/ núcleos pequenos, sendo mais freqüentes interfaces de menor energia com orientações do novo cristal coincidentes (direções de planos ou linhas de átomos) com a matriz. -solubilidade de cada componente é diferente em cada fase em sistemas com mais de um componente, tendo a transformação que ocorrer com difusão, movimentação de átomos Æ depende então do tempo (não é instantânea)

---Cinética Global da tranformação -curva com comportamento sigmoidal

-numa reação isotérmica temos: y = 1 – e(-ktn) sendo y a fração transformada e t o tempo

-Taxa de Reação: medida geral/ p/ 50% da reação transformada (r=1/t0,5) -maioria das transf. Isotérmicas varia com a Tº: r = Ae(-Q/RT) sendo A uma cte. e Q a ener. de ativação

Têmpera dos aços

(td issoÆdura e fragil,e aumenta dureza com teor de C

---resfriamento brusco (em água ou óleo) do aço a partir do campo austenístico (CFC), formando uma fase acicular (>0,6%pC) de não-equilibrio denominada Mastensita (TCC(que nem C, mas com altura diferente(T de tetragonal))),sem difusão (por ser brusco). | após solubilização total de β na matriz α, aquecendo-se)

--Tratamento por precipitação (fora do equilíbrio) – forma precipitados meta-estaveis (interfaces de baixa denergia (coerentes e semicoerentes)) (aquecimento até uma Tºintermediaria, tendo entao partículas finamente espessas de β na matriz α (envelhecimento)) -solubilidade diminuir diminuindo a Tº, formando solução solida supersaturada (n há tempo p/ precipitar fase β)

Qnd materiais são solubilizados mas não envelhecidos, ou entao, solubilizado e envelhecido em temperatura muito elevada ou por mt tempo (superenvelhecimento), pode acontecer amolecimento.

Aula 7 - Comportamento mecanico dos Materiais

Deformaçoes elasticas - reversiveis (qnd tira a tensao) Deformaçoes plasticas - irreversiveis

VER SLIDE 4 obs.: tensao e pressao sao analogas (N/m²) tensoes por tração (alongamento ao longo do eixo de aplicação e contração nos outros), compressao, cisalhamento e torção

-Tração simples (uniaxial) - perpendicular a superficie. assumiremos q a reação se distribuirá homogeneamente no solido.

-tensao de engenharia - ⌠= F / Ao• -deformação de engenharia: delta l / l inicial por tração: COEFICIENTE DE POISSONν:ν= -(εx/ ε) = -(εy/ ε)onde εx=εy=(do-d)/do = ∆d/ do

.•MÓDULO DE ELASTICIDADE(MÓDULO DE YOUNGouMÓDULO DE RIGIDEZ)σ= E.εEpolímeros~1 GPae Emetaise cerâmicas~50 -600 GPa

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