Lista de exercícios - Imperfeições

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UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL
Área do Conhecimento de Ciências Exatas e Engenharias
Disciplina: CIÊNCIA DOS MATERIAIS
MAM0411
2017/4
Professora: María Cristina Moré Farias
Lista de Exercícios No.4 Tema 4 - Imperfeições
1 Identifique e descreva os defeitos cristalinos
indicados nas Figuras 1,2, 3 e 4.
(a)
(b)
Figura 1 – Esquemas de defeitos pontuais.
(a) Adaptado de M.A. Meyers; K.K. Chawla, "Mechanical
Behavior of Materials", 2. ed, Cambridge University
Press, 2009.. (b) Adaptado de W.G.; Moffatt, G.W.
Pearsall, J. Wulff, "The Structure and Properties of
Materials", vol. I, Structure, John Wiley & Sons, New
York, 1964.
(a)
(b)
Figura 2 – Esquemas de defeitos lineares.
(a) Adaptado de M. A. Meyers; K. K. Chawla,
"Mechanical Behavior of Materials", 2.ed, Cambridge
University Press, 2009.. (b) Adaptado de R.E. Smallman,
A.H.W. Ngan, "Physical Metallurgy and Advanced
Materials", 7.ed., Elsevier Ltd., 2007.
1
(a)
(b)
Figura 3 – Defeitos planares. (a) Amostra de aço
baixo carbono. Micrografia óptica. 100X. Adaptado de
Metals Handbook, 8.ed., vol. 7, "Atlas of Microstructures
of Industrial Alloys", Ohio: ASM, 1972.; (b) Amostra
de latão. Micrografia óptica. 60X. Adaptado de W.D.
Callister, Jr., "Ciência e Engenharia de Materiais: Uma
Introdução", 7.ed., Rio de Janeiro: LTC, 2008.
(a)
(b)
Figura 4 – Defeitos volumétricos. (a) Microscopia
eletrônica de varredura de uma amostra de TiC-Ni.
Adaptado de M.A. Meyers; K.K. Chawla, "Mechanical
Behavior of Materials", 2. ed, Cambridge University
Press, 2009.; (b) Microscopia óptica mostrando defeitos
volumétricos produzidos no ensaio de adesão Rockwell C
em um filme de TiC depositado sobre um substrato de aço
ferramenta H13. 100X. Adaptado de A.A.C. Recco, Tese
de Doutorado, EPUSP-PMT, 2008.
2 Qual(is) técnica(s) permite(m) estudar as
seguintes características estruturais em sólidos?:
(a) Tipo de estrutura cristalina
(b) Discordâncias
(c) Contornos de grão
(d) Lacunas atômicas
(e) Trincas
(f) Poros
(g) Contornos de macla
2
3 Calcule a densidade dos locais vagos (em m−3)
em um monocristal de silício se a fração de sítios
vagos da rede for 1×10−7.
Resposta: Densvag = 4,9959 ×1021 m−3
4 Calcule a energia necessária para a formação
de lacunas na prata, sabendo que o número de
lacunas em equilíbrio na temperatura de 800oC
é de 3,6 x 1023 m−3. O peso atômico e a massa
específica para a prata são, respectivamemente,
107,9 g/mol e 9,5 g/cm3.
Resposta: Ql = 1,1007 eV/átomo
5 Compare uma solução sólida substitucional com
uma solução sólida intersticial?
6 Explique os fatores que determinam o grau de
solubilidade dos átomos de um soluto na rede de
átomos de um solvente.
7 Determinar o tipo de solução sólida
(substitucional ou intersticial) esperado para os
sistemas Cu-Pb, Ni-C, Ni-Cr e Ni-Pt. Considere
o cobre e o níquel como solventes.
8 Qual é a composição, em porcentagem atômica,
de uma liga que contém em 33 g de Cu e 47 g de
Zn?
Resposta: C ′Cu = 41,9%a C
′
Zn = 58,1%a
9 Determine a massa específica aproximada de um
latão com alto teor de chumbo que possui uma
composição de 64,5%p Cu, 33,5%p Zn e 2%p Pb.
Resposta: ρ ≈ 8,27 g/cm3
10 Calcule o comprimento da aresta da célula
unitária para uma liga composta por 80%p Ag
- 20%p Pd. Todo o paládio está em solução
sólida, a estrutura cristalina para essa liga é
CFC e a massa específica do Pd à temperatura
ambiente é de 12,02 g/cm3.
Resposta: a ≈ 0,4049 nm
11 Algumas vezes é desejável determinar a
porcentagem em peso de um elemento, C1, que
irá produzir uma concentração específica em
termos do número de átomos por centímetro
cúbico, N1, para uma liga composta por dois
tipos de átomos. Esse cálculo é possível
utilizando a seguinte expressão:
C1 =
100
1 + NAρ2N1A1 −
ρ2
ρ1
(1)
onde
NA = Número de Avogadro;
ρ1 e ρ2 = massas específicas dos dois elementos;
A1 e A2 = pesos atômicos dos dois elementos.
Desenvolva a Equação 1 usando a Equação 2 e
as expressões contidas na seção "Especificação da
Composição" do Tema 4 "Imperfeições".
ρ1 =
N1A1
NA
(2)
12 O germânio forma uma solução sólida
substitucional com o silício. Calcule a
porcentagem em peso de germânio que deve
ser adicionada ao silício para produzir uma liga
que contém 2,43×1021 átomos por centímetro
cúbico. A densidade do Ge puro e do Si puro são
de 5,32 g/cm3 e 2,33 g/cm3, respectivamente.
Resposta: CGe ≈ 11,74%p
13 O molibdênio forma uma solução sólida
substitucional com o tungstênio. Calcule o
número de átomos de molibdênio por centímetro
cúbico para uma liga molibdênio-tungstênio que
contém 16,4%p Mo e 83,6%p W.
Resposta: NMo ≈ 1,73×1022 átomos/cm3
3
	 Identifique e descreva os defeitos cristalinos indicados nas Figuras ??,??, ?? e ??.
	 Qual(is) técnica(s) permite(m) estudar as seguintes características estruturais em sólidos?:
	 Calcule a densidade dos locais vagos (em m^-3) em um monocristal de silício se a fração de sítios vagos da rede for 110^-7.
	 Calcule a energia necessária para a formação de lacunas na prata, sabendo que o número de lacunas em equilíbrio na temperatura de 800^oC é de 3,6 x 10^23 m^-3. O peso atômico e a massa específica para a prata são, respectivamemente, 107,9 g/mol e 9,5 g/cm^3.
	Compare uma solução sólida substitucional com uma solução sólida intersticial?
	 Explique os fatores que determinam o grau de solubilidade dos átomos de um soluto na rede de átomos de um solvente.
	 Determinar o tipo de solução sólida (substitucional ou intersticial) esperado para os sistemas Cu-Pb, Ni-C, Ni-Cr e Ni-Pt. Considere o cobre e o níquel como solventes.
	 Qual é a composição, em porcentagem atômica, de uma liga que contém em 33 g de Cu e 47 g de Zn?
	 Determine a massa específica aproximada de um latão com alto teor de chumbo que possui uma composição de 64,5%p Cu, 33,5%p Zn e 2%p Pb.
	 Calcule o comprimento da aresta da célula unitária para uma liga composta por 80%p Ag - 20%p Pd. Todo o paládio está em solução sólida, a estrutura cristalina para essa liga é CFC e a massa específica do Pd à temperatura ambiente é de 12,02 g/cm^3.
	 Algumas vezes é desejável determinar a porcentagem em peso de um elemento, C_1, que irá produzir uma concentração específica em termos do número de átomos por centímetro cúbico, N_1, para uma liga composta por dois tipos de átomos. Esse cálculo é possível utilizando a seguinte expressão:
	O germânio forma uma solução sólida substitucional com o silício. Calcule a porcentagem em peso de germânio que deve ser adicionada ao silício para produzir uma liga que contém 2,4310^21 átomos por centímetro cúbico. A densidade do Ge puro e do Si puro são de 5,32 g/cm^3 e 2,33 g/cm^3, respectivamente.
	 O molibdênio forma uma solução sólida substitucional com o tungstênio. Calcule o número de átomos de molibdênio por centímetro cúbico para uma liga molibdênio-tungstênio que contém 16,4%p Mo e 83,6%p W.