Ta4 - Química e Ciência dos Materiais

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15/09/2022
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/
Conceitos
Propriedades, 
processamento e 
desempenho dos
materiais metálicos
Principais propriedades exibidas pelos metais
Fonte: Livro didático da disciplina
• Químicas;
• Mecânicas;
• Elétricas;
• Térmicas;
• Magnéticas;
• Ópticas.
Coloração de íons metálicos em solução aquosa
Fonte: Livro didático da disciplina
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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
Propriedades mecânicas de aços-carbono comuns em 
função da quantidade de carbono
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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.
Técnicas de fabricação
Conceitos
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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Tipos de Cerâmicas
Em geral, os materiais cerâmicos utilizados para aplicações
de engenharia podem ser divididos em 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 Fabricação das cerâmicas
Técnicas de fabricação
Conceitos
Propriedades, 
processamento e 
desempenho dos
materiais poliméricos
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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.
Propriedades mecânicas
A maioria das propriedades dos polímeros são características intrínsecas, isto é, 
de um polímero específico. 
Os aditivos são introduzidas para melhorar ou modificar as propriedades dos
polímeros. Incluem:
• Cargas
• Plastificantes
• Estabilizadores
• Corantes 
• Retardantes de chama
https://www.caracteristicass.de/br/polimeros/
Classificação
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 danificara 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.
Grau de polimerização
Algumas propriedades mecânicas dos polímeros termoplásticos como fluência, tração, 
tenacidade, são afetadas pelo grau de polimerização, que pode ser obtido por:
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Processamento dos materiais
Os materiais poliméricos podem ser processados por diversas técnicas que serão determinadas
com base em alguns fatores, como a natureza do material (ser termoplástico ou termorrígido), a 
temperatura de fusão (para os termoplásticos) e a degradação (para os termorrígidos).
• Injeção
• Extrusão
• Sopro
• Termoformagem
• Rotomoldagem
• Compressão
• Reciclagem
• Manufatura Aditiva
https://c2lab.com.br/blog-fabricacao-de-polimeros-entenda-as-principais-etapas/
Processamento dos materiais – moldagem por 
compressão
Processamento dos materiais – moldagem por injeção
Conceitos
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).
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Propriedades
As propriedades dos compósitos dependem da natureza dos materiais que são utilizados, isto é, 
das propriedades da fase matriz e da fase de reforço, da geometria da fase dispersa e do grau 
de ligação entre as interfaces. 
Nos compósitos as funções da matriz são: absorver as deformações, dar suporte às fibras, 
partículas ou folhas e conferir resistência mecânica quando submetidas à compressão.
Compósito laminado
Compósitos reforçados com fibra Painéis sanduíche (honeycomb)
Tipos de processos de fabricação Tipos de processos de fabricação
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Conceitos
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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