Aula_1__Introducao_E_Classificacao_Dos_Materiais

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Professor: Adelides A. de Oliveira 
Semestre: 02/2012 
 Introdução à ciências dos materiais 
 
 Classificação dos materiais 
AULAS TEÓRICAS 
 
1. Introdução à ciência dos materiais e 
classificação dos materiais 
2. Ligação química nos sólidos 
◦ Energias e forças de ligações 
◦ Ligações interatômicas primárias 
◦ Ligação de Van der Waals 
3. Materiais cristalinos 
◦ Estrutura cristalina: conceitos fundamentais, célula unitária 
◦ Sistemas cristalinos 
◦ Polimorfismo e alotropia 
 
 
AULAS TEÓRICAS 
 
4. Imperfeições cristalinas 
◦ Defeitos pontuais 
◦ Defeitos de linhas (discordâncias) 
◦ Defeitos de interface (grão e maclas) 
◦ Defeitos volumétricos (inclusões, precipitados) 
5. Mecanismos de movimento atômico (difusão) 
◦ Mecanismo da difusão 
◦ Fatores que influem na difusão 
◦ Difusão no estado estacionário 
◦ Difusão no estado não-estacionário 
6. Propriedades Mecânicas dos Metais 
◦ Deformação elástica e deformação plástica 
◦ Coeficiente de Poisson 
 
 
 
 
AULAS TEÓRICAS 
 
7. Discordâncias e mecanismos de aumento de 
resistência 
◦ Conceitos básicos: características das discordâncias, 
sistemas de escorregamento 
◦ Aumento da resistência por diminuição do tamanho do 
grão 
◦ Aumento da resistência por solução sólida 
◦ Encruamento, recuperação, recristalização e crescimento 
de grão 
8. Falha nos metais 
◦ Fratura dúctil, fratura frágil 
◦ Fluência nos metais 
◦ Fadiga nos metais 
 
AULAS TEÓRICAS 
 
9. Diagramas de fase em condições de equilíbrio 
◦ Definições e conceitos básicos: identificação das fases, limite de 
solubilidade, microestrutura das fases 
◦ Diagramas de equilíbrio binários isomorfos e eutéticos 
◦ Reações eutetóides e peritéticas 
◦ Sistema Fe-C e microestruturas que se formam no resfriamento 
lento 
10. Transformações de fases em metais e 
microestruturas 
◦ Conceitos básicos 
◦ Alterações microestruturais das ligas Fe-C e propriedades 
(curvas Temperatura-Tempo-Transformação). 
11. Processamento térmico de ligas metálicas 
◦ Recozimento, têmpera, alívio de tensão, precipitação 
Aulas Teórico-Práticas 
 
1. Ensaio de resistência à tração 
2. Ensaio de resistência à choque 
3. Ensaio de Dureza Brinell 
4. Ensaio de Dureza Rockwell 
5. Ensaio de Dureza Vickers 
6. Metalografia dos Metais I– Macrografia 
7. Metalografia dos Metais II - Micrografia 
 
 1-Van Vlack L.H., Princípios de Ciência dos 
Materiais, Ed. Edgard Blücher, S.P. 
 2- William D. Callister Jr., Introdução à 
Ciência e Engenharia de Materiais, Ed. LTC, 
2000. 
 3- Chiaverini V., Tecnologia Mecânica, Vol. I e 
III Ed. McGraw – Hill S.P 
 
 Ciência dos materiais faz parte do conhecimento 
básico para todas as engenharias 
 
As propriedades dos materiais definem: 
 o desempenho de um determinado componente 
e o processo de fabricação do mesmo 
 
Propriedades dos 
Materiais 
Composição e Processo 
de Fabricação 
Microestrutura 
E
N
G
E
N
H
A
R 
I 
A 
Figura copiada do material do Prof. Sidnei Paciornik do 
 Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio 
 
O número de materiais cresceu muito 
nas últimas décadas e a tendência é 
de se proliferarem mais num futuro 
próximo 
• Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos 
métodos de extração de materiais da 
natureza 
• Modificação de materiais naturais 
• Combinação de materiais conhecidos 
para a formação de novos materiais 
COMO ESCOLHER ?? 
Exemplo: Copo 
 
 Vidro 
 Cerâmica 
 Plástico 
 Madeira 
 Metal 
 Papel 
• Custo 
• Tempo de vida ou 
durabilidade 
• Aparência 
• Finalidade: natureza 
do líquido 
Depende 
 
 Em primeiro lugar, o engenheiro deve 
caracterizar quais as condições de 
operação que será submetido o referido 
material e levantar as propriedades 
requeridas para tal aplicação, saber como 
esses valores foram determinados e 
quais as limitações e restrições quanto 
ao uso dos mesmos. 
 
 
 A segunda consideração na escolha do 
material refere-se ao levantamento sobre 
o tipo de degradação que o material 
sofrerá em serviço. 
 Por exemplo, elevadas temperaturas e 
ambientes corrosivos diminuem 
consideravelmente a resistência 
mecânica. 
 
 
 Finalmente, a consideração talvez mais 
convincente é provavelmente a econômica: 
 
 Qual o custo do produto acabado??? 
Um material pode reunir um conjunto ideal de 
propriedades, porém com custo elevadíssimo. 
 
 
 
Material Aço-liga Ti Al PRFC 
 
Resistência à 
tração (MPa) 
 
 
 
1000 
 
 
800 
 
 
500 
 
 
700 
Ex. Resistência 
PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono 
 
 
 
Material Aço-liga Ti Al PRFC 
 
 
 
 
133 
 
 
170 
 
 
185 
 
 
390 
Ex. Resistência/peso 
 
 
Material Aço-liga Ti Al PRFC 
 
 
 
 
0,75 
 
 
15 
 
 
3 
 
 
20 
Ex. Custo/kg (US$) 
 
TIPOS DE INDÚSTRIA – INFLUÊNCIA DOS MATERIAIS 
INDÚSTRIA DE PONTA PRODUÇÃO EM MASSA 
• Grande exigência 
tecnológica 
• Utilização dos materiais 
nos limites 
SELEÇÃO CUIDADOSA 
 
(FATOR CUSTO SECUNDÁRIO) 
• Produtos não 
diferenciados 
• Utilização de materiais 
abaixo dos limites 
SELEÇÃO CUIDADOSA 
 
(FATOR CUSTO PRIMORDIAL) 
Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto 
Superior Técnico da Universidade de Portugal 
 Em raras ocasiões um material reúne uma 
combinação ideal de propriedades, ou seja, 
muitas vezes é necessário reduzir uma em 
benefício da outra. 
 Um exemplo clássico são resistência e 
ductilidade, geralmente um material de alta 
resistência apresenta ductilidade limitada. 
Este tipo de circunstância exige que se 
estabeleça um compromisso razoável entre 
duas ou mais propriedades. 
 
 A classificação tradicional dos materiais é 
geralmente baseada na estrutura atômica e 
química destes. 
 Metais 
 Cerâmicas 
 Polímeros 
 Compósitos 
 Semicondutores 
 Biomateriais (Mat. Biocompatíveis) 
Classificação tradicional 
 Metais 
 
 Materiais metálicos são 
geralmente uma combinação 
de elementos metálicos. 
 Os elétrons não estão ligados 
a nenhum átomo em 
particular e por isso são bons 
condutores de calor e 
eletricidade 
 Não são transparentes à luz 
visível 
 Têm aparência lustrosa 
quando polidos 
 Geralmente são resistentes e 
deformáveis 
 São muito utilizados para 
aplicações estruturais 
 
 Cerâmicas 
 
 Materiais cerâmicos são 
geralmente uma combinação 
de elementos metálicos e não-
metálicos. 
 Geralmente são óxidos, 
nitretos e carbetos 
 São geralmente isolantes de 
calor e eletricidade 
 São mais resistêntes à altas 
temperaturas e à ambientes 
severos que metais e 
polímeros 
 Com relação às propriedades 
mecânicas as cerâmicas são 
duras, porém frágeis 
 Em geral são leves 
ALUMINA
OS MATERIAS CERÂMICOS NA TABELA PERIÓDICA 
Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais 
 Polímeros 
 
 
 Materiais poliméricos são 
geralmente compostos 
orgânicos baseados em 
carbono, hidrogênio e outros 
elementos não-metálicos. 
 São constituídos de moléculas 
muito grandes (macro-
moléculas) 
 Tipicamente, esses materiais 
apresentam baixa densidade e 
podem ser extremamente 
flexíveis 
 Materiais poliméricos incluem 
plásticos e borrachas 
 Compósitos 
 
 
 Materiais compósitos são 
constituídos de mais de um tipo 
de material insolúveis entre si. 
 Os compósitos são 
“desenhados” para apresentarem 
a combinaçãodas melhores 
características de cada material 
constituinte 
 Muitos dos recentes 
desenvolvimento em materiais 
envolvem materiais compósitos 
 Um exemplo classico é o 
compósito de matriz polimérica 
com fibra de vidro. O material 
compósito apresenta a 
resistência da fibra de vidro 
associado a flexibilidade do 
polímero 
 Semicondutores 
 
 Materiais semicondutores 
apresentam propriedades 
elétricas que são 
intermediárias entre metais e 
isolantes 
 Além disso, as características 
elétricas são extremamente 
sensíveis à presença de 
pequenas quantidades de 
impurezas, cuja concentração 
pode ser controlada em 
pequenas regiões do material 
(para formar as junções p-n) 
 Os semicondutores tornaram 
possível o advento do circuito 
integrado que revolucionou as 
indústrias de eletrônica e 
computadores 
 Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, 
CdTe.. 
InP 
 Biomateriais 
 
 
 Biomateriais são empregados 
em componentes para 
implantes de partes em seres 
humanos 
 Esses materiais não devem 
produzir substâncias tóxicas e 
devem ser compatíveis com o 
tecido humano (isto é, não 
deve causar rejeição). 
 Metais, cerâmicos, compósitos 
e polímeros podem ser usados 
como biomateriais. 
EVOLUÇÃO DA UTLIZAÇÃO DOS MATERIAIS 
Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto 
Superior Técnico da Universidade de Portugal 
 
 São materiais utilizados em aplicações de 
tecnologia de ponta, ou seja, são materias 
utilizados para a fabricação de dispositivos ou 
componentes que funcionam ou operam usando 
princípios sofiscados 
 
 Exemplos destas aplicações incluem: 
equipamentos eletrônicos (VCRs, CD players, 
DVDs), computadores, sistemas de fibra óptica, 
foguetes e mísseis militares, detectores, lasers, 
displays de cristal líquido, indústria aeroespacial, 
etc. 
 
 Estes materiais são geralmente materiais 
tradicionais cujas propriedades são optimizadas 
ou materiais novos de alto desempenho. 
 
 Materiais que apresentem: 
- Alto desempenho 
- Baixo peso e alta resistência 
- Resistência à altas temperaturas 
- Desenvolvimento de materiais que 
sejam menos danosos ao meio 
ambiente e mais fáceis de serem 
reciclados ou regenerados