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27/09/2021
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Química e Ciência 
dos Materiais
Propriedades, processamento e 
desempenho dos materiais
Prof.ª Ms. Katielly Tavares dos Santos
Unidade de Ensino: 04
Competência da Unidade: analisar e compreender as propriedades dos materiais para
seleção, de modo a atender às características de desempenho e processamento,
utilizando e aplicando diferentes tipos de materiais de acordo com o projeto.
Resumo: princípios fundamentais da ciência dos materiais – as propriedades, os
processamentos e o desempenho dos materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos e
compósitos.
Palavras-chave: Classe de materiais. Propriedades dos materiais.
Título da Teleaula: Propriedades, processamento e desempenho dos materiais.
Teleaula nº: 04
O que são materiais? Todos são iguais? Há novidade?
https://mundoconectado.com.br/noticias/v/2
0072/china-desenvolve-o-vidro-mais-
resistente-que-diamante-batizado-de-am-iii
https://canaltech.com.br/espaco/material-
mais-antigo-ja-encontrado-na-terra-tem-
quase-o-dobro-da-idade-do-sol-159259/
Situação Geradora de Aprendizagem
Você foi contratado como analista em um laboratório de
análise de materiais que presta serviços para diversas
empresas.
Em um primeiro momento, você será desafiado a auxiliar
uma empresa fabricante de componentes utilizados em
motores de combustão interna.
Em um segundo momento, será a vez de auxiliar no projeto
de órgãos artificiais e na utilização de materiais cerâmicos
empregados como implantes.
Posteriormente, você auxiliará uma empresa fabricante de
próteses utilizadas na artroplastia do joelho ou do quadril.
Propriedades, 
processamento e 
desempenho dos
materiais metálicos
Principais propriedades exibidas pelos metais
Fonte: Livro didático da disciplina
• Químicas;
• Mecânicas;
• Elétricas;
• Térmicas;
• Magnéticas;
• Ópticas.
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Coloração de íons metálicos em solução aquosa
Fonte: Livro didático da disciplina
Propriedades mecânicas
Fonte: Livro didático da disciplina
A grande utilização dos metais também é justificada pelas diversas
propriedades mecânicas, possibilitando sua aplicação nos mais diferentes
contextos. Dentre elas:
• Resistência;
• Ductilidade;
• Dureza;
• Resistência ao impacto;
• Resistência à fratura;
• Anisotropia.
Processamento dos Materiais
Fonte: Livro didático da disciplina
Forças de carregamentos fundamentais
Fonte: Livro didático da disciplina
Condutividade
Fonte: Livro didático da disciplina
Composição e propriedades mecânicas de Aços-Carbono 
Fonte: Livro didático da disciplina
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Aços e técnicas de 
fabricação dos metais
Propriedades mecânicas de aços-carbono comuns em 
função da quantidade de carbono
Aço-carbono – aplicações Ferro fundido
Ferro cinzento: essas ligas são constituídas de grafita em forma de flocos envoltos por
uma matriz de ferrita (α) ou perlita. Em virtude da presença de grafita, quando a
superfície é fraturada ela fica acinzentada.
Ferro nodular: adições de magnésio e cério ao ferro cinzento durante a fundição
resultam na formação de microestrutura e de grafita.
Ferro branco: quando o teor de silício é inferior a 1%, em
combinação com taxas de resfriamento rápidas, não há tempo
suficiente para a cementita se decompor, fazendo com que grande
parte se conserve. A presença da cementita torna a superfície
fraturada esbranquiçada.
Ferro fundido
Ferro maleável: esses metais são formados após o tratamento térmico do
ferro fundido branco que é mantido por horas em uma temperatura de 800
a 900 °C. Posteriormente, o material é resfriado na temperatura ambiente,
promovendo a decomposição da cementita e, consequentemente, a formação
de grafita na forma de aglomerados envolvidos por uma matriz de ferrita ou
perlita, de acordo com a taxa de resfriamento.
Ferro vermicular: como o próprio nome sugere, nesse tipo de liga
a grafita está disposta em forma de vermes em uma matriz
perlítica ou ferrítica/perlítica.
Ligas de alumínio e cobre
As ligas de alumínio são caracterizadas pela baixa densidade, alta
condutividade térmica e elétrica e boa resistência à corrosão. As
aplicações comuns de ligas de alumínio são: latas de bebidas, peças
automotivas, blocos de motores, carrocerias, estruturas de aeronaves
etc.
Algumas das ligas de alumínio são capazes de aumentar a resistência
por precipitação, enquanto outras são reforçadas por trabalho a frio ou
métodos de solução sólida.
As ligas de cobre são caracterizadas por apresentarem boa resistência à
corrosão em diversas atmosferas. Assim como as de alumínio, a maioria
dessas ligas são reforçadas por um ou outro trabalho a frio ou método
de solução sólida. O latão e o bronze são exemplos de ligas de cobre.
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Técnicas de fabricação
Escolha adequada do 
material para 
fabricação de 
componentes
Situação Problema 01
Você, recém contratado como analista em um laboratório de análise de materiais,
recebeu uma demanda para auxiliar uma fabricante de peças para motores
automotivos na escolha dos possíveis materiais utilizados na fabricação de engrenagens
e virabrequins.
Quais os materiais mais indicados para a fabricação desses componentes metálicos?
Quais suas propriedades?
Fonte: Livro didático da disciplina
Resolvendo a Situação Problema 01
Os materiais podem ser classificados de acordo com sua composição em
ligas metálicas ferrosas e não ferrosas, sendo que a principal diferença
entre elas é a quantidade de Fe.
As ligas ferrosas são diferenciadas com base na concentração de carbono
presente nesses metais entre aços com baixo, médio e alto teor de
carbono.
As engrenagens e virabrequins são componentes mecânicos que
tipicamente são fabricados com aços com médio teor de carbono (0,25 a
0,6 %pC), apresentam baixa temperabilidade e podem ser tratadas
termicamente com sucesso em seções muito finas e com elevada taxa de
resfriamento .
Resolvendo a Situação Problema 01
Essas são características necessárias na fabricação de virabrequins e engrenagens, que precisam
apresentar elevada dureza superficial e núcleo mais dúctil e tenaz para que a peça suporte os
esforços solicitados e não frature. Propriedades, 
processamento e 
desempenho dos
materiais cerâmicos
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Definição de materiais cerâmicos
Fonte: Livro didático da disciplina
As cerâmicas são materiais inorgânicos formados entre elementos
metálicos e não metálicos.
Os materiais cerâmicos são constituídos basicamente por óxidos, carbetos
e nitretos, e normalmente são quebradiços (frágeis) e utilizados como
isoladores térmicos e elétricos.
Nesses materiais, as ligações atômicas podem ser de natureza iônica,
covalente ou uma mistura entre esses dois tipos, levando em consideração
à eletronegatividade.
Propriedades mecânicas extraídas de ensaio de flexão
Fonte: Livro didático da disciplina
Propriedades mecânicas
A característica mecânica mais desejável nas cerâmicas é a dureza. Os
materiais mais duros apresentam fragilidade.
Os materiais cerâmicos apresentam fratura frágil.
A estrutura formada pelos átomos nas cerâmicas implica nelas geralmente
serem isolantes, tanto térmicos quanto elétricos.
Ainda assim, existe uma classe dentro dos materiais cerâmicos, classificadas
como cerâmicas avançadas, que podem permitir a condutividade de
temperatura e eletricidade, ampliando as possibilidades de aplicações para
os dois casos.
E ainda, apresentam alta resistência química e alto ponto de fusão.
Esses materiais são altamente resistentes a corrosão, o que permite
aplicações em que são sujeitas a exposição química, além de suportarem
altas temperaturas durante sua aplicação.
Propriedades elétricas
Fonte: Livro didático da disciplina
Piezoeletricidade Classificação dos materiais cerâmicos
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Atividade 
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Características das 
Cerâmicas
Tipos de Cerâmicas
Em geral, os materiais cerâmicos utilizados para aplicações
de engenharia podem ser divididosem dois grupos:
cerâmicas tradicionais e cerâmicas de engenharia.
Normalmente, as cerâmicas tradicionais são feitas de três
componentes básicos: argila, sílica e feldspato, produzindo
produtos como tijolos, telhas e artigos de porcelana.
Já as cerâmicas de engenharia são compostos altamente
puros de óxido de alumínio, carboneto de silício e nitreto de
silício.
Estruturas atômicas da sílica Volume e temperatura
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Fabricação das cerâmicas Técnicas de fabricação
Propriedades, 
processamento e 
desempenho dos
materiais poliméricos
Materiais poliméricos
Os materiais poliméricos podem ser definidos como materiais que possuem várias partes
quimicamente ligadas.
A própria palavra polímero significa “muitas partes”. Os polímeros são compostos orgânicos
de elevada massa molecular formados por unidades que se repetem, denominadas
monômeros, formando cadeias de longa extensão.
Características
Comumente são constituídos de carbono, hidrogênio e outros
elementos não metálicos (como oxigênio, nitrogênio e silício).
Como característica, apresentam longas estruturas moleculares
com o carbono constituindo a sua “espinha dorsal”.
Devido aos elétrons compartilhados na ligação
predominantemente covalente, os polímeros apresentam baixa
densidade e elevada ductilidade e flexibilidade.
Em função da estabilidade atômica na ligação química, eles são
inertes quimicamente e não reativos em diversos ambientes e,
ainda, apresentam baixa condutividade elétrica.
Termoplásticos e termofixos
Termoplásticos: são materiais poliméricos recicláveis pelo fato de
suportarem o processo de fusibilidade mesmo depois do produto acabado,
podendo passar pelo processo de reciclagem por diversas vezes sem
danificar a matéria prima. A estrutura acabada é fruto de processos de
conformação mecânica, utilizando temperaturas moderadas para a
conformabilidade requerida.
Termofixos: esses polímeros também são chamados de termorrígidos e
recebem essa nomenclatura pelo fato de se degradarem quando expostos a
temperaturas mais elevadas, não podendo ser recicláveis; contido, podem
apresentar reutilização através de processos de moagem, empregados
como cargas na fabricação de outros materiais.
Elastômeros: esses polímeros são comumente chamados de borrachas e
são descritos como um caso especial dos polímeros termofixos.
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Processamento dos materiais – moldagem por 
compressão Processamento dos materiais – moldagem por injeção
Propriedades, 
processamento e 
desempenho dos
materiais compósitos
Compósitos
É formado por dois ou mais materiais pertencentes às classes
básicas.
O objetivo de fabricação de um material compósito consiste em
obter uma combinação de propriedades (físicas, químicas,
mecânicas e elétricas) não encontradas nos materiais isolados.
Nesse caso, há a possibilidade de criação de um material com as
melhores características de cada um de seus constituintes.
Atualmente, existem diversos tipos de compósitos fabricados
com diferentes combinações de metais, cerâmicas e polímeros,
cada um com propriedades intrínsecas específicas de suas
composições.
Compósitos
Há também materiais naturais que são considerados compósitos,
pela sua constituição, formação e estrutura.
Natureza todos os materiais biológicos são classificados como 
compósitos naturais, sem exceção.
Como exemplo de compósitos naturais temos a madeira (em que 
a matriz de lignina é reforçada com fibras celulósicas) e ossos (em 
que a matriz é composta por minerais e reforçada com fibras 
colagéneas).
Compósito laminado
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Compósitos reforçados com fibra Painéis sanduíche (honeycomb)
Tipos de processos de fabricação Tipos de processos de fabricação
Análise de materiais
Situação Problema 
A empresa enviou duas amostras de materiais que foram submetidas a um ensaio de impacto,
no qual um pêndulo de impacto de massa, comprimento, energia e altura conhecidos é solto,
impactando o material e causando uma deformação.
O objetivo é verificar as propriedades dos materiais (a) e (b), uma vez que a empresa pretende
utilizar o material (b) como alternativa ao material (a).
Fonte: Livro didático da disciplina
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Resolvendo a Situação Problema 
Fonte: Livro didático da disciplina
As amostras recebidas são de materiais denominados
compósitos. Material compósito pode ser definido como a
combinação entre diferentes materiais que, quando juntos,
apresentam propriedades características e distintas daquelas
dos materiais isolados.
Assim, o material apresentará a combinação das melhores
propriedades daqueles que o compõem.
Existem diversos tipos de compósitos, como o concreto, a fibra
de vidro e as fibras de carbono; e cada um desses materiais
apresentará uma determinada propriedade que tenderá a
uma necessidade específica.
Os dois materiais apresentados na são compostos por camadas de fibra de
carbono, diferenciando o tipo de resina utilizado.
A Figura a apresenta um compósito termorrígido de carbono epóxi enquanto a
Figura b um compósito termoplástico (PPS), ambos foram sujeitos a um ensaio de
impacto com mesma energia no centro dos espécimes.
Pela análise visual das figuras, podemos concluir que o compósito-PPS (Figura)
apresenta uma região de deformação maior quando comparado ao carbono
epóxi (Figura a), corroborando a premissa de que os compósitos termorrígidos
têm melhores propriedades mecânicas.
Dúvidas?!
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Recapitulando
Recapitulando
Propriedades, processamento e desempenho 
dos materiais metálicos
Propriedades, processamento e desempenho 
dos materiais cerâmicos
Propriedades, processamento e desempenho 
dos materiais poliméricos e compósitos
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