Lista 1 - Ciência dos materiais

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CAPÍTULO 1 
(Data de entrega: DATA DA 1a PROVA) 
1) Com que se ocupa a Ciência dos Materiais e qual sua importância na 
Engenharia? 
A Ciência dos Materiais se ocupa da investigação e o estudo dos materiais 
disponíveis, fazendo a análise dos seus potenciais e limitações e como eles se 
comportam entre si e no meio. Atualmente se tem uma preocupação em relação 
ao impacto ambiental. É a ciência que estuda a composição, estrutura e 
processamento dos materiais, relacionando com suas propriedades e 
utilizações. 
 
2) Diferencie conhecimento fenomenológico e enciclopédico. 
Conhecimento fenomenológico: é o conhecimento adquirido a partir dos 
sentidos e observações de fenômenos ocorridos. 
Conhecimento enciclopédico: é o conhecimento científico, dado pela 
razão, acumulado através de experiências. 
 
3) Classifique os materiais segundo os seguintes critérios: a) aplicação 
na indústria; b) grau de desenvolvimento tecnológico e c) morfologia. 
a. Aplicação na indústria: 
• Metais: são materiais com elétrons em nuvem, fazendo com 
que sejam bons condutores de eletricidade e calor. Ex.: cobre, 
latão, ferro, ligas de aço, etc. 
• Cerâmicos: geralmente condutores de eletricidade e calor ruins, 
são duros e frágeis e resistentes a temperaturas elevadas: Ex.: 
Porcelana, louça, refratários, etc. 
• Polímeros: são compostos orgânicos constituídos de grandes 
cadeias de carbono. Apresentam baixa densidade e podem ser 
bastante flexíveis. Ex.: PP, PE, epóxi, etc. 
• Compósitos: são combinações de dois ou mais materiais para 
que apresente características distintas que teriam sozinhos. 
Ex.: grafite-epóxi, carbeto de cobalto e tungstênio, etc. 
 
b. Grau de desenvolvimento tecnológico: 
• Naturais: são materiais utilizados como são encontrados na 
natureza, sem modificações. Ex.: madeira, pedras, etc. 
• Empíricos: são materiais que sofreram uma certa 
transformação a partir de fenômenos naturais, sem muito 
estudo. Ex.: materiais argilosos. 
• Desenvolvimento científico: diferentemente dos materiais 
empíricos, estes sofrem transformações envolvendo estudo da 
ciência. Ex.: ligas metálicas desenvolvidas. 
• Projetados: materiais de alta tecnologia desenvolvidos para 
produzir determinadas funções devido às características. Ex.: 
peças frontais de ônibus espaciais, as quais suportam de 
melhor forma o atrito. 
 
c. Morfologia estrutural: 
• Mono estruturados: são materiais com propriedades iguais em 
todo o seu corpo. 
• De recobrimento: materiais cujas superfícies apresentam 
propriedades diferentes do interior. Ex.: metais que sofrem 
banho de outros metais, etc. 
• Gradiente: materiais com multicamadas que apresentam 
propriedades diferentes. 
• Aleatório: os materiais compósitos, os quais apresentam 
reforços de propriedades através da mistura de dois ou mais 
materiais, que mantém suas fases separadamente. 
 
4) Cite dois produtos que podem ser classificados como: a) 
monoestruturado; b) recobrimento; c) gradiente e d) composição aleatória. 
a. Mono estruturado: cerâmica, polietileno de baixa densidade 
b. Recobrimento: metais que sofrem banho de outros metais, aços que 
sofrem tratamento de atmosfera de carbono. 
c. Gradiente: Amortecedores (compósitos de borracha + aço), os quais são 
utilizados em edifícios onde há terremotos, parede de isolamento 
acústico, a qual apresenta, internamente, dolomita. 
d. Composição aleatória: Fibra de vidro + polímero, grafite+epóxi. 
 
5) Como se interrelacionam estrutura, propriedades, processamento e 
desempenho em serviço de um material? 
Formam um “triângulo harmônico”, onde as propriedades dependem da 
estrutura (cristalina ou não cristalina) e esta depende do processamento de 
fabricação do material. As propriedades são originadas na estrutura interna do 
material, dependendo da ligação entre átomos, moléculas e de suas 
microestruturas. Diferentes tipos de processos de fabricação geram diferentes 
microestruturas. O desempenho do material está diretamente relacionado ao 
comportamento em serviço, que podem ser ótimas para determinadas situações 
e péssimas em outras, por isso, deve-se levar em consideração suas 
propriedades em determinadas situações antes de se utilizar, sendo isto feito em 
laboratório, através de análises de falhas. 
 
6) Dê dois exemplos que evidenciam a relação entre estrutura e 
propriedades dos materiais. 
Diamante e grafite: O diamante apresenta estrutura tetraédrica e o grafite 
estrutura hexagonal. 
Ferro 𝛼 e Ferro 𝜆: Ao elevar a temperatura, o ferro, que possuía estrutura 
CCC (cúbica de corpo centrado) passa a ter uma estrutura CFC (cúbica de corpo 
centrado). 
7) Como se divide e qual o critério no estudo da estrutura de um 
material? 
Divide-se no estudo da estrutura atômica, estrutura cristalina, micro 
estrutura e macro estrutura. O critério de estudo está associado ao valor 
dimensional de cada nível estrutural. 
• Estrutura atômica: estuda as partículas elementares, número 
atômico, eletrosfera, ligações químicas e distancias Inter atômicas. 
• Estrutura cristalina: estuda as células unitárias, parâmetros de 
rede, densidade linear e planar e distancias Inter planares. 
• Micro estrutura: estudo das fases, proporção, tamanho, 
composição, distribuição, forma e orientação. 
• Macro estrutura: Estudo da geometria da peça e acabamento. 
 
8) Em que estaria baseada a mudança de propriedades de um mesmo 
material fabricados por diferentes processos? 
Está baseada na mudança da estrutura cristalina, como um material 
laminado se torna mais resistente pela criação de discordâncias, diferentemente 
de um material fundido que se torna mais dúctil. 
 
9) Diferencie propriedades de corpo e de superfície. 
• De corpo: apresenta comportamento mecânico, propriedades 
elétricas e magnéticas e condutividade térmica. 
• De superfície: referentes a reatividade com o meio, resistência a 
corrosão/desgaste, biocompatibilidade e efeito decorativo. 
 
10) Compare a microestrutura de um cobre fundido com a de um cobre 
trefilado. 
O cobre trefilado cria estruturas de discordâncias, fazendo com que ele 
seja mais resistente, diferente do cobre fundido que é mais dúctil. 
 
11) Do que depende a escolha de um determinado processo de 
fabricação? 
Depende da matéria prima a ser usada e seu objetivo juntamente com as 
características que se procura para o produto final, levando em consideração 
suas limitações e propriedades. 
 
12) Diferencie com suas palavras os tipos de materiais quanto às suas 
propriedades (físicas, químicas e mecânicas) típicas. 
Os materiais podem ser: 
• Metálicos: apresentam uma boa ductilidade, alta densidade, baixa 
resistência a corrosão e boa resistência mecânica. 
• Cerâmicos: Frágeis, alta dureza, alta resistência a corrosão e boa 
resistência mecânica. 
• Polímeros: Flexíveis, baixa densidade, alta resistência a corrosão 
e baixa resistência mecânica. 
• Compósitos: apresentam propriedades intermediárias em relação 
aos outros materiais, por serem materiais combinados. 
 
13) Por que se utiliza uma alumina translúcida como invólucro de uma 
lâmpada de sódio? 
Essa utilização é feita para que se tenha um aumento da resistência à 
temperatura. 
 
14) A partir de um material de sua escolha, dê duas aplicações para o 
mesmo e descreva as propriedades de interesse em cada aplicação. 
Cobre: Fiação elétrica. São ótimos condutores elétricos. 
Refratários: Pratos para cozinhar: Devido a sua alta resistência térmica. 
 
15) Quais são os critérios para a seleção de um material para 
determinada aplicação. 
• Apresentar propriedades adequadas, saber suas limitações e 
desempenho para o serviço; 
• Possa ser processado na forma desejável, para a obtenção da 
dimensão e forma da peça; 
• Ser economicamente viável, incluindo a disponibilidade da matéria 
prima; 
• Possa ser produzido com baixo impacto ambiental e ser reciclado. 
 
16) O que é compromisso entre aspropriedades de um material? 
É avaliar as propriedades que podem ser diminuídas ou perdidas em favor 
de outras, em um determinado material. Por exemplo, a relação de resistência-
densidade e sua confiabilidade devem satisfazer os requisitos da aplicação. O 
material, também, deve permitir um processamento sem alterar suas 
características, além de ter um custo economicamente viável e possível de ser 
reciclado. 
 
17) Como a questão ambiental está presente na seleção de um material 
para determinado emprego. 
Está presente na consideração do impacto ambientar com sua produção 
e processamento, já que a energia e o material são limitados. 
 
18) Liste seis diferentes classificações de propriedades dos materiais 
que determinam sua aplicabilidade. 
Densidade, ductilidade, condutividade elétrica, conformabilidade, 
resistência a corrosão, resistência a tração. 
 
19) Explique o conceito de Nanotecnologia e o porquê de seu potencial 
no desenvolvimento de materiais para a Engenharia. 
São materiais manipulados na grandeza Nano (10−9𝑚). Assim, pode-se 
criar novos materiais e desenvolver novos produtos com características únicas. 
Seu potencial na engenharia é gigante, pois pode ser aplicado em diversas 
áreas, como por exemplo na utilização de nano partículas com eletrodeposição 
em metais, formando materiais com alta resistência a corrosão e desgaste. 
 
20) Liste 3 aplicações que, em sua opinião, necessitam que materiais 
apresentem alta tenacidade e baixa densidade. 
• Coletes à prova de balas (blindagem balística); 
• Revestimento externo de aeronaves; 
• Quadro de bicicleta esportiva de alta performance. 
 
21) Liste materiais que têm aplicações baseadas em suas propriedades 
ópticas. 
Alumínio, prata, cobre, ouro, vidro de sílica, quartzo, germânio, etc. 
 
22) Cite três critérios que são importantes no processo de seleção de 
materiais. 
Apresentar propriedades adequadas, poder ser processado na forma 
desejável e ser economicamente viável. 
 
23) Defina materiais funcionais. 
São materiais que tem propriedades que podem ser controladas por 
parâmetros externos, podendo cumprir diversas funções em vários campos de 
aplicação, por exemplo: materiais semicondutores, magnéticos, condutores de 
eletricidade, etc. Esses materiais podem ser facilmente encontrados em 
tecnologias de energia, comunicações e biomédicas.