MAPA – CIÊNCIAS DOS MATERIAIS – 54_2026
Período:28/09/2026 08:00 a 29/11/2026 23:59 (Horário de Brasília)
Status:ABERTO
Nota máxima:3,50
Gabarito:Gabarito não está liberado!
Nota obtida:
1ª QUESTÃO
MAPA – Material de Avaliação Prática da Aprendizagem
Olá, alunos(as)!
As propriedades apresentadas pelos materiais estão diretamente relacionadas à sua composição e à sua
estrutura. Em diversas aplicações de engenharia, é possível modificar essas propriedades por meio de
tratamentos capazes de alterar a composição química de determinadas regiões do material.
Nesta atividade, estudaremos a difusão em sólidos aplicada a um importante processo utilizado na indústria
metalmecânica: a cementação de componentes de aço.
Nesta atividade M.A.P.A. teremos como objetivos:- Compreender a aplicação do fenômeno de difusão em materiais sólidos;- Avaliar a influência da temperatura sobre o coeficiente de difusão;- Aplicar a Lei de Fick para determinar o fluxo difusivo;- Relacionar o processo de difusão às propriedades e ao desempenho dos materiais em aplicações de
engenharia.
Instruções para realização e entrega da atividade:
Todos os campos deverão ser devidamente preenchidos.
É obrigatória a utilização deste formulário para a realização do MAPA (
template
).
As imagens de cálculos, diagramas ou outras resoluções deverão ser inseridas diretamente no template.
Não serão aceitas imagens enviadas separadamente ou fora da estrutura do modelo.
Esta é uma atividade individual.
Trabalhos copiados da internet, de outros estudantes ou elaborados
integralmente por ferramentas de inteligência artificial (IA) serão zerados.
O trabalho pode ter quantas páginas você precisar para respondê-lo, desde que siga a sua estrutura.
Preferencialmente, utilizar a formatação: fonte Arial 12, espaçamento entre linhas 1,5 linhas e texto
justificado.
Ao utilizar quaisquer materiais de pesquisa, apresente as referências no final do trabalho em ordem
alfabética e conforme as normas da ABNT NBR 6023:2018.
Após inteiramente respondido, coloque um nome simples no seu arquivo para não haver confusão no
momento do envio. Se o nome tiver caracteres estranhos, principalmente pontos, ou for muito grande, é
possível que a equipe de correção não consiga abrir o seu trabalho e ele seja zerado;
Você irá entregar apenas UM ARQUIVO com suas respostas. O trabalho deve ser enviado para correção pelo
seu Studeo em formato de arquivo doc/docx ou PDF, na forma de anexo no campo de resposta da atividade
MAPA. Caso você utilize OPEN OFFICE ou MAC, transforme o arquivo em PDF para evitar incompatibilidade.
Ao final do enunciado desta atividade, aqui, no Studeo, há uma caixa de envio de arquivo. Basta clicar e
selecionar sua atividade ou arrastar o arquivo até ela.
Antes de clicar em FINALIZAR, certifique-se de que está tudo certo, pois, uma vez finalizado, você não
poderá mais modificar o arquivo. Sugerimos que você faça o download para conferir se está de acordo com
o arquivo entregue.
O uso do template é obrigatório. Atividades enviadas fora do modelo disponibilizado serão
desconsideradas para fins de avaliação, sendo atribuída nota zero.
Em caso de dúvidas, entre em contato com seu Professor Mediador.
Desejamos a você um excelente trabalho!
CONTEXTUALIZAÇÃO
No contexto do processamento e tratamento de materiais, diferentes técnicas podem ser empregadas para
modificar propriedades específicas e adequar o desempenho dos componentes às condições de serviço.
Fonte: o autor (2026).
Diante disso, imagine que você é o(a) engenheiro(a) responsável pelo setor de materiais e tratamentos
térmicos de uma indústria fabricante de sistemas de transmissão. Durante a fabricação de uma nova
engrenagem de aço, verificou-se que o componente deverá operar durante longos períodos submetido ao
contato e ao atrito entre os dentes das engrenagens. Por esse motivo, é necessário que sua superfície
apresente elevada resistência ao desgaste, sem que seja necessário aumentar a dureza de todo o
componente.
Uma das alternativas consideradas pela empresa é a utilização do processo de cementação, no qual átomos
de carbono são introduzidos na região superficial do aço por meio do fenômeno de difusão. A cementação
pode ser entendida justamente como uma aplicação da difusão utilizada para o endurecimento superficial
de peças que rodam ou deslizam, como rodas dentadas e engrenagens.
Durante o desenvolvimento do processo, a engrenagem é mantida em uma atmosfera rica em carbono a
uma temperatura de 950 °C.
Para fins de análise, considere os seguintes dados do processo:- Temperatura do tratamento: T = 950°C- Densidade do aço: 7.800 kg/m³- Concentração de carbono na superfície: Cs = 1,00% em massa- Concentração de carbono a uma profundidade de 1,5 mm: Ci = 0,20% em massa- Profundidade considerada: x = 1,5 mm-5
0- Para a difusão do carbono na austenita (γ-Fe), considere:
D = 2,3 x 10 m²/s
d
Q = 148 kJ/mol- Constante universal dos gases: R = 8,31 J/(mol.K)- Área superficial da região tratada da engrenagem: 0,025 m²- Tempo de tratamento: 4 horas
Para o desenvolvimento dos cálculos, considere o gradiente de concentração linear e em regime
estacionário na região analisada.
0 (-Qd/RT)
A dependência do coeficiente de difusão com a temperatura pode ser determinada por:
D = D e
e o fluxo difusivo pode ser determinado pela Primeira Lei de Fick:
J = -D dC/dx
Diante das informações apresentadas, responda:
a) Sabendo que as concentrações de carbono foram fornecidas em percentual de massa e que a densidade
do aço é de 7.800 kg/m³, determine a concentração de carbono, em kg/m³, existente na superfície da
engrenagem e a 1,5 mm de profundidade.
b) Determine o coeficiente de difusão do carbono no aço, em m²/s, para a temperatura de tratamento de
950 °C. Lembre-se de que a temperatura utilizada na equação deve estar em Kelvin e que a energia de
ativação deve ser utilizada em J/mol.
c) Determine o gradiente de concentração de carbono entre a superfície e a região localizada a 1,5 mm de
profundidade e, em seguida, utilizando a Primeira Lei de Fick, calcule o fluxo de carbono para o interior da
engrenagem. Apresente o resultado do fluxo em kg/(m².s).
d) Considerando que o fluxo calculado no item anterior permaneça constante durante as 4 horas de
tratamento, determine a massa aproximada de carbono que atravessa uma área superficial de 0,025 m²
durante o processo de cementação. Apresente o resultado em quilogramas.
e) Explique por que a cementação é interessante para a fabricação de uma engrenagem. Em sua resposta,
relacione o aumento da concentração de carbono na região superficial com a dureza e resistência ao
desgaste, explicando também por que pode ser vantajoso manter o interior da peça com propriedades
diferentes das apresentadas pela superfície.
ALTERNATIVAS
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