Introdução aos Materiais na Engenharia de Produção

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ATIVIDADES 
CURSO: ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
DISCIPLINA: CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
PROFESSOR (A): 
( ) Especialista ( X ) Mestre ( ) Doutor
NOME DO ALUNO: RGM: 
ATIVIDADE 1 – INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
1. Porque é importante o estudo dos materiais na engenharia de Produção? 
R: É por constituir a ferramenta extremamente importante fornecida para o desenvolvimento dos materiais, que podem ser aplicados desde uma engrenagem de transmissão ou a superestrutura de um edifício, até um componente pertencente a uma refinaria de petróleo ou a produção de um circuito integrado. 
2. Pesquise e responda pelo menos cinco áreas industriais onde o engenheiro de produção pode aplicar seus conhecimentos sobre materiais.
· Indústrias mecânicas; 
· Indústrias automotivas;
· Indústrias petroquímicas;
· Indústrias siderúrgicas; 
· Indústrias metalúrgicas;
· Construção Civil (em fabricas de vidro ou de cimento).
3. Quais são as três principais classificações dos tipos de materiais? Descreva cada uma delas citando exemplos.
R: Metais: o que se denomina como metais é mais precisamente uma combinação de elementos metálicos. São característicos por possuírem elétrons livres, não se prendem a um átomo em particular. Formam a chamada “nuvem de elétrons”, responsável por uma grande quantidade de propriedades próprias dos metais, como a excelente condutividade elétrica e térmica. Suas propriedades ópticas também são peculiares, como a opacidade e a aparência lustrosa quando polidos. Suas aplicações não se restringem a essas características, pois também possuem grandes praticidade em estruturas devido á elevada resistência, além de serem deformáveis. Exemplo: Ferro, Aço, Cobre, Alumínio e entre outros.
Cerâmicos: São formados por elementos metálicos e não metálicos. São isolantes térmicos e elétricos, com alta resistência a altas temperaturas e à corrosão atmosférica. Essas são algumas de suas principais características que as tornam superiores nesses quesitos em relação a metais e polímeros. Contudo, quanto á aplicabilidade que envolve esforços como a tração ou compressão, elas demonstram determinada limitação, visto que são quebradiças, embora apresentem elevada dureza, o inverso dos metais, que apresentam elevada dureza e deformabilidade. Exemplo: Argila, vidro, refratário e entre outros.
Polímeros: Os polímeros estão significativamente presentes em nosso cotidiano. Exemplos comuns são o plástico e a borracha. Com facilidade pode-se constatar a baixa densidade e a alta flexibilidade. Mais especificamente, quando a constituição, os polímeros são principalmente formados por carbono e hidrogênio, além de outros elementos não metálicos. Caracteriza-se ainda pelas suas grandes cadeias moleculares.
4. Pesquise e responda o significado de cada palavra abaixo:
a) Tenacidade; Qualidade, estado ou condição do que é tenaz, resistente ou difícil de partir.
b) Dureza; Característica ou estado do que resiste à pressão, ao corte etc.
c) Abrasão; Desgaste por fricção; raspagem.
d) Revenido; Consiste em aquecer o material a partir da temperatura ambiente até uma certa temperatura, mantendo-o por determinado tempo nesta temperatura alvo, e então resfria-se ao ar.
e) Ductilidade; o grau de deformação que um material suporta até o momento de sua fratura.
f) Têmpera; consistência que se dá aos metais, mergulhando-os em estado candente num banho de água fria.
g) Viscosidade; é a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento.
h) Maleabilidade; qualidade do que é maleável, flexível.
i) Material refratário; material capaz de manter sua resistência a altas temperaturas.
j) Deformação plástica; um corpo não retorna ao seu estado original, permanece deformado permanentemente.
k) Deformação elástica; um corpo retorna ao seu estado original após cessar o efeito da tensão.
l) Deformação por fluência; um corpo submetido a uma tensão constante abaixo do limite de escoamento, em função do tempo 
m) Ponto de fusão; designa a temperatura a qual uma substância passa do estado sólido ao estado líquido.
n) Cristalinidade dos materiais; refere-se ao grau de ordem estrutural de um sólido. Em um cristal, o arranjo de átomos ou moléculas é consistente e repetitivo. Muitos materiais, como cerâmica de vidro e alguns polímeros, podem ser preparados de forma a produzir uma mistura de regiões cristalinas e amorfas. 
o) Versatilidade; Característica ou qualidade do que é versátil, flexível, que pode ser alvo de mudança, de alterações e variações; flexibilidade.
p) Resistência a tração; é a quantidade máxima de tensão de tração que ele pode suportar antes da falha, por exemplo, quebra.
q) Fadiga; é o fenômeno de ruptura progressiva de materiais sujeitos a ciclos repetidos de tensão ou deformação.
r) Cisalhamento; é um tipo de tensão gerado por forças aplicadas em sentidos iguais ou opostos, em direções semelhantes, mas com intensidades diferentes no material analisado.
s) Compressão; é o resultado da aplicação de uma força de compressão a um material, resultando em uma redução em seu volume.
5. Escreve a necessidade e a importância dos materiais modernos e suas aplicações.
R: Nos últimos anos houve um considerável avanço na área da ciência dos materiais, contudo, não podemos ignorar a necessidade de realizar novos avanços. Com isso, surgem novos desafios voltados também a redução do impacto ambiental, uma problemática pouco recorrente até os tempos atuais, além da constante necessidade do desenvolvimento de materiais cada vez mais elaborados. Como por exemplo, pode-se citar a energia nuclear, o desenvolvimento de novas fontes de energia, materiais como maior desempenho e o controle da poluição do ar e da agua, com potenciais tópicos inovadores.
6. O que são compósitos? 
R: São materiais formados pela união de outros materiais com o objetivo de se obter um produto de maior qualidade, ou seja, agrega as melhores propriedades de diferentes tipos de materiais. Um exemplo comum é a fibra de vidro. As fibras são incorporadas a um polímero, onde o compósito adquire a resistência do vidro e a flexibilidade do material polimérico. 
ATIVIDADE 2- LIGAS FERROSAS
1. Preencha o que se pede na tabela abaixo para cada liga ferrosa. 
	Tipos de Ligas
	Elementos químicos na liga
(que podem fazer parte da liga)
	Principais aplicações
	Características
Material 
(resistência, desgaste etc...)
	Aço com baixo teor de carbono
	Entre os elementos ligas tem-se o cobre, o vanádio, o níquel e o molibdênio, que são adicionados ate a concentração da ordem de 10%p.
	Peças de automóveis, vigas, canaletas, tubulação, edificação e pontes.
	Seus microconstituintes são a ferrita e perlita. A elevada ductilidade e tenacidade são suas principais características. Também são usináveis, soldáveis e possuem custo relativamente baixo.
	Aço com médio teor de carbono
	Possuem teor de carbono entre 0,25% e 0,60%, suas propriedades mecânicas são ampliadas por meio do tratamento térmico por austenitização, tempera e revenimento, o que é melhorado com a incorporações de cromo, níquel e molibdênio.
	Trilhos de trem, engrenagens, virabrequins e demais aplicações que envolvem a combinação de resistência, resistência a abrasão e tenacidade.
	Ductilidade e tenacidade
	Aço com alto teor de carbono
	Possuem teor de carbono entre 0,60 e 1,4% e são empregados na condição endurecida e revenida. Suas ligas geralmente contem os elementos cromo, vanário, tungstênio e molibdênio.
	Ferramentas de corte e matrizes, como faca, laminas de corte, molas e arames. 
	Dureza, resistência ao desgaste e a abrasão.
	Aço inoxidável
	O elemento de liga com maior predominância nessas ligas é o cromo, geralmente 11%p, o que proporciona maior resistência a corrosão, principalmente na atmosfera ambiente. Essas características podem ser melhoradas com a adição de níquel e molibdênio. 
	Caldeiras a vapor, fornos, aeronaves, misseis etc.
	É dividido em três classes: a martensitica, a ferritica e a austentica. Além da resistênciaa corrosão, a versatilidade dos aços inoxidáveis também se deve as suas propriedades mecânicas. 
	Ferro cinzento
	Possui silício na composição, as concentrações de carbono e silício variam entre 2,5 e 4,0%p e 1,0 e 3,0%p, a grafita se apresenta na forma de flocos contornados por uma matriz de ferrita ou de perlita.
	Fundição de componentes mecânicos em geral; Blocos de motores; Engrenagens de grandes dimensões; Máquinas agrícolas; Carcaças e suportes de máquinas
	Menor custo, aumento de resistência e ductilidade sob cargas de compressão; elevada resistência ao desgaste e fluidez na fundição; eficiência na absorção de energia vibracional.
	Ferro dúctil
	Corresponde ao ferro cinzento com a adição de uma pequena quantidade de magnésio e/ou cério antes da fundição.
	Válvulas, virabrequins, engrenagens e entre outras.
	Os limites de resistência a tração variam de 380 a 480 Mpa e ductilidade entre 10 e 20%.
	Ferro branco
	É produzido quando ferros fundidos com baixo teor de silício (menos de 1,05%) são submetidos a taxas de resfriamento rápidas onde o carbono existe na forma de cementita.
	Cilindros laminadores em trens de laminação.
	Elevada dureza, mas também frágil, o que prejudica a usinagem, mas favorece aplicações em que é necessária a resistência a abrasão, sem exigir muita ductilidade.
	Ferro maleável
	Aquecendo o ferro o ferro branco a temperaturas entre 800 e 900°C por um longo período, em atmosfera neutra, provoca a formação de grafita, resultante da cementita.
	Engrenagens de transmissão em automóveis, conexões de tubulação marítimas, peças de ferrovias entre outras.
	Elevada resistência e ductilidade.
2. Cite três razões pelas quais as ligas ferrosas são usadas extensivamente. Cite três características das ligas ferrosas que limitam sua utilização.
R: As ligas ferrosas são usadas extensivamente pela grande quantidade de minério de ferro na crosta terrestre, da extração a fabricação o custo é viável e as ligas podem ser adaptadas para ter uma ampla gama de propriedades.
As características das ligas ferrosas que limitam sua utilização: suscetível a corrosão, elevada densidade e baixa condutividade elétrica.
3. Qual é a diferença principal entre as ligas forjadas e as fundidas?
R: As ligas forjadas são dúcteis o suficiente para serem trabalhadas a quente e a frio durante a fabricação.
As ligas fundidas são frágeis, com isso devem ser fabricadas por fundição.
4. Pesquise porque qual é a principal diferença entre as ligas que podem ser tratadas termicamente e as que não podem ser tratadas termicamente. 
R: As ligas tratáveis termicamente podem ser trabalhadas a frio e, posteriormente, sofrer o tratamento térmico para o aumento da resistência mecânica. 
As ligas não tratáveis termicamente podem ser submetidas a tratamentos térmicos como de estabilização e recozimentos plenos ou parciais.
5. Pesquise quais são as diferenças entre os aços inoxidáveis austenícos, ferríticos e martensíticos.
R: Aços inoxidáveis austenícos: é a mais ampla em termos de número de ligas e de variedade de utilização. Em sua composição, possuem entre 17% e 25% de cromo e entre 7% e 20% de níquel. Os austenícos têm como principais características alta resistência à corrosão, boa ductilidade, boa resposta aos trabalhos a frio e a facilidade em operações de soldagem, permitindo uma vasta gama de aplicações.
Aços inoxidáveis ferríticos: são de longe os tipos mais utilizados para fabricação de equipamentos e utensílios domésticos, pois não possuem níquel em sua composição, o que reduz significativamente o custo de produção. O cromo é o principal constituinte da liga ferrítica (entre 11% e 20%), juntamente com pequenas adições de outros estabilizadores de ferrite, tais como silício e nióbio, além de contar com menos de 0,08% de carbono. Os aços ferríticos apresentam boa soldabilidade e podem ser facilmente conformados. Além disso, são bastante resistentes à fadiga térmica, o que os torna ideais para fabricação de componentes que estejam expostos a variações de temperatura, como sistemas de exaustão de veículos, por exemplo.
Aços martensíticos: possuem uma composição semelhante à dos aços inoxidáveis ferríticos e contam com 12% a 18% de cromo e entre 1% e 1,5% de carbono. Este tipo de aço inox apresenta uma menor resistência a corrosão. De fato, é a família de aço com a resistência mais baixa a esse tipo de reação. Por outro lado, os aços inoxidáveis martensíticos possuem alta dureza e resistência à oxidação em meio atmosférico, inclusive sem queda significativa de dureza (até 500°C). Por conta disso, são muito pouco soldáveis. Os aços martensíticos são utilizados pelas indústrias alimentícias, de bebidas, químicas, petroquímicas, de máquinas e equipamentos. Sua aplicação pode ser encontrada em itens de cutelaria, eixos, instrumentos cirúrgicos, parafusos, porcas, pás e outras peças para turbinas a vapor, além de válvulas e hastes de registro.
6. Explique porque o ferro cinzento é frágil e pouco resistente à tração.
R: O ferro cinzento é o mais frágil a tração devido a sua microestrutura, em flocos de grafita servem como pontos de concentração de tensões, quando o material é submetido a tensões de tração externas.
ATIVIDADE 3- LIGAS NÃO FERROSAS
1. Preencha o que se pede na tabela abaixo para cada liga não ferrosa. 
	Tipos de Ligas
	Elementos químicos na liga
 (que podem fazer parte da liga)
	Principais aplicações
	Características
Material 
(resistência, desgaste etc...)
	Cobre
	São comuns os latões, dentre eles, com a adição de zinco na forma de impureza. Para concentrações de até 35%p Zn, a fase é estável, apresentando características como maleabilidade ductilidade e outros.
	Latão amarelo, latão naval, metal muntz, bijuterias, radiadores automotivos e instrumentos musicais.
	Extremamente dúctil, resistente a corrosão atmosférica, a agua das marés e a produtos químicos industriais.
	Alumínio
	Com a adição de elementos liga como o cobre, magnésio, o silício, o manganês e o zinco a resistência mecânica é aumentada embora seja diminuída a resistência de corrosão. 
	Peças de aeronaves, latas de bebida e peças automotivas e redução do consumo de combustível.
	Facilidade de laminação, baixa densidade, alta condutividade elétrica e térmica e resistência a corrosão em diferentes tipos de ambiente e a ductilidade.
	Magnésio
	Os elementos de liga mais comuns são o alumínio, o zinco, o manganês e algumas terras raras. As ligas de magnésio também são classificadas como fundidas e forjadas e possuem uma nomenclatura semelhante a empregada para as ligas de alumínio.
	Podem substituir os plásticos de engenharia, como em dispositivos portáteis, automóveis e em equipamentos de computação e comunicação, também aplicados em aeronaves, misseis e malas de bagagens.
	Baixa densidade, apreciável resistência a corrosão o que diverge de ambientes marinhos, reciclável e barato.
	Titânio
	Possuem exelentes propriedades, como a densidade relativamente baixa (o titânio possui 4,5 g/cm3); alta resistência, com limite de resistência a tração em temperaturas ambiente superior a 1400Mpa; elevada temperatura de fusão (1667°C); e alto modulo de elasticidade (107 Gpa).
	Suas aplicações envolvem aeronaves, veículos espaciais e industrias de petróleo.
	A resistência a corrosão em temperaturas ambiente, tanto em ambientes marinhos como em ambientes industriais, suas restrições se devem a alta reatividade química em temperaturas elevadas, o que tornou as ligas mais caras.
	Metais Refratários
	A principal propriedade dos metais refratários é possuir temperaturas de fusão extremamente elevadas, o que se deve a forte ligação Interatômicas em metrais desse grupo como o nióbio, o molibdênio, o tungstênio e o tântalo. 
	Tubos de raio x, estrutura de veículos espaciais e eletrodos de solda.
	Elevados módulos de elasticidade, resistência e dureza em altas temperaturas ou em temperaturas ambiente.
2. Como as ligas de magnésio podem ser trabalhadas?
R: Pode ser trabalhada a partir de laminação, forjamento ou extrusão.
3. As ligas de magnésio são muitousadas na indústria aeronáutica e automobilística. Por quê?
R: Por sua boa resistência mecânica por conformação a frio; boa resistência mecânica por encruamento, alta resistência a impactos, alta ductibilidade e alta resistência à tração.
4. O que são ligas não ferrosas diversas?
R: Ligas não-ferrosas como o nome indica, não apresentam ferro. São mais resistentes à corrosão. Exemplos: ligas de alumínio, bronze, latão e níquel.
5. Analise a liga de titânio e responda qual é a propriedade considerada muito importante?
R: A propriedade considerada muito importante é a alta resistência mecânica com baixa densidade.
6. Sobre as ligas de cobre, faça a descrição do que são os latões?
R: O latão é constituído por quantidades variantes de cobre (95% a 55%) e de zinco (5% a 45%). Dada essa composição, suas principais propriedades são a alta flexibilidade e a fácil moldagem.
7. Faça uma pesquisa sobre as ligas de alumínio e responda porque essas ligas são muito utilizadas em ambientes litorâneos. 
R: Por causa da sua elevada resistência a corrosão atmosférica, facilidade de laminação, baixa densidade e alta condutividade elétrica e térmica.
8. Faça um descritivo do que são superligas.
R: Superliga é uma liga metálica que apresenta elevada resistência mecânica e resistência à fluência a altas temperaturas, boa estabilidade superficial, e resistência à corrosão e oxidação.[1] As superligas têm tipicamente uma matriz com uma estrutura cristalina austenítica cúbica centrada nas faces. O elemento base de uma superliga é geralmente níquel, cobalto, ou ferro - níquel. O desenvolvimento das superligas tem dependido muito de inovações na química e nos processos e tem sido impulsionada sobretudo pelas indústrias aeroespacial e da energia. As aplicações típicas nas indústrias aeroespacial, das turbinas a gás industriais e de turbinas marinhas, por exemplo nas lâminas de turbinas para secções quentes de motores a jato, e válvulas de motor bimetálicos usadas em aplicações diesel e automóveis.
ATIVIDADE 4 – CERÂMICAS 
1. Faça um descritivo sobre as cerâmicas a base de silicato.
R: As cerâmicas à base de silicato são compostas essencialmente por silício e oxigênio, os elementos em maior quantidade na crosta terrestre. A estrutura cerâmica é tetraédrica e átomo de silício é ligado a quatro átomos de oxigênio, no vértice do tetraedro. Os silicatos se formam a partir das combinações dos arranjos possíveis para as unidades de SiO4-4. Também há a sílica na forma de um sólido não cristalino, isto é, o vidro, comumente utilizado em janelas e recipientes, por exemplo.
2. Com relação às propriedades mecânicas das cerâmicas liste quais são suas principais limitações.
R: Tanto as cerâmicas cristalinas como as não cristalinas se fraturam antes que uma deformação plástica ocorra, devido à aplicação de uma carga de tração. A resistência a fratura mensurada de forma direta é ainda inferior à teórica, calculadas mediante as forças de ligação Interatômicas. 
As tensões estáticas provocam a programação lenta de trincas e consequentemente a fratura, trata-se de fadiga estática ou fadiga retardada. Essas tensões surgem principalmente em razão das condições do ambiente, isto é, havendo umidade na atmosfera. Por outro lado, tensões de compressão não estão relacionados a qualquer defeito. 
O ensaio de tração não é aplicado para determinar o comportamento tensão-deformação de cerâmicas frágeis. Isso se deve à dificuldade na preparação das amostras na geometria apropriada, de manipular o material sem fraturá-lo, e à necessidade de evitar tensões de dobramento ou flexão. 
3. Responda o que são
a) Cerâmicas cristalinas
R: Os materiais cerâmicos cristalinos não possuem grande variedade de processamento, os métodos usados para lidar com esse tipo de material criam a forma desejada por reação In situ e logo depois eles são sintetizados para formar um corpo sólido.
b) Cerâmicas não cristalinas.
R: a Cerâmica não cristalina, por exemplo o vidro, é usada para formar alguns produtos fundidos. O vidro tende a ser moldado a partir do seu derretimento ou por vazamento que se assemelha ao toffe.
4. Quais são os tipos de cerâmicas? Descreva cada uma delas.
· Vidros: são compostos por silicatos não cristalinos, além de outros óxidos, como CaO, Na2O, K2O e Al2O3. O emprego desse material deve-se essencialmente a características como a transparência ótica e o método de processamento mas fácil em comparação a outras cerâmicas. 
· Argila: a argila é uma das matérias-primas dos materiais cerâmicos mais utilizados. Na presença de agua, é formado um material apropriado para a modelagem. Em seguida, o material é seco e cozido a temperaturas elevadas para melhorar a resistência mecânica. Os produtos que utilizam a argila como principal matéria-prima podem ser classificados em produtos estruturais, como tijolos de construção ou azulejos ou em louças brancas, que adquirem essa coloração após sofrerem o cozimento, porcelanas, louças para meda ou acessórios para encanamento. 
· Refratários: são materiais cerâmicos capaz de resistir à temperaturas elevadas. As cerâmicas refratarias não se fundem e podem se manter intactas, além de proporcionarem isolamento térmico. Possuem alta dureza, são compostas por alumina e sílica com a concentração de 25 a 45%p de alumina. A proporção de fase liquida depende da temperatura do sistema, acima de 1587°C depende da composição do material. 
· Abrasivos: são materiais com dureza, resistência ao desgaste e tenacidade elevada. Elas são utilizadas com a finalidade de desgastar, esmerilhar ou cortar materiais mais moles, o que envolve condições de trabalho sob temperaturas elevadas, sendo também importante possuírem algumas propriedades refratarias.
· Cimentos: quando misturados à água, formam uma pasta, que ao secar, endurece. Suas aplicações são das mais variadas, o que implica em uma produção em larga escala. O cimento Portland, por exemplo, é responsável por aglutinar agregados inertes, resultando em argamassa ou concreto.
· Cerâmicas avançadas: empregadas principalmente em equipamentos de alta tecnologia. Além das propriedades inerentes aos materiais cerâmicos, as cerâmicas avançadas buscam combinações com propriedades elétricas, magnéticas e óticas. Com isso, podem ser aplicadas a motores de combustão interna, podendo suportar temperaturas elevadas, apesar da resistência térmica e baixa densidade.
5. Para cada tipo escreva cinco aplicações.
· Vidro: Garrafas, Louças, telescópios, espelhos e dentes artificiais. 
· Argila: louças brancas, isolantes, azulejos, tijolos e telhas.
· Refratário; fornos industriais, de laboratórios de pesquisa e ensino, caldeiras, fornos domésticos e churrasqueiras (tijolo refratário).
· Abrasivo: disco flap, discos de corte, lixas, rebolos e rodas PG.
· Cimento: Concreto, Gesso, Vidros, cal e cimento inorgânico.
· Cerâmica avançada: Fibras ópticas, blindagem, semicondutores, partes de turbinas e próteses e implantes.