01 - Requisitos dos Materiais para Construção Mecânica - 2020 1e Tomo II

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Unidade Acadêmica de Engenharia 
Mecânica
Requisitos dos Materiais para 
Construção Mecânica – Tomo II
Prof. Ricardo Cabral de Vasconcelos
Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Ciências e Tecnologia
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SUMÁRIO
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1. Introdução
1. Classificação dos materiais
2. A Extração dos Metais
2. Relevância tecnológica 
dos materiais.
1. Principais materiais metálicos e 
suas ligas.
2. Métodos de preparação de ligas:
1. Fusão conjunta; 
2. Metalurgia conjunta; 
3. Processo eletrolítico; 
4. Metalurgia do pó.
3. Utilização no 
decorrer do tempo.
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INTRODUÇÃO
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Exemplos de materiais utilizados 
em recipiente de bebidas:
1. Metal – latas de alumínio;
2. Cerâmico – garrafas de vidro;
3. Polímeros – garrafas plásticas.
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Semicondutores
1. Materiais semicondutores apresentam propriedades elétricas que são
intermediárias entre metais e isolantes
2. 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)
3. Os semicondutores tornaram possível o advento do circuito integrado
que revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores
4. Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe..
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Semicondutores
Propriedades básicas:
1. Condutividade finamente 
controlada pela presença de 
impurezas - dopantes. Silício é o 
material mais comum.
2. Podem ser combinados entre 
si para gerar propriedades 
eletrônicas e óticas “sob medida”.
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Biomateriais
1. Biomateriais são empregados em componentes para implantes de 
partes em seres humanos
2. Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser 
compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição).
3. Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como
biomateriais.
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MATERIAIS AVANÇADOS
1. 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
2. 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. 
3. Estes materiais são geralmente materiais tradicionais cujas
propriedades são optimizadas ou materiais novos de alto 
desempenho.
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QUADRO RESUMO
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Distribuição dos Elementos
ALCALINOS
ALCALINOS TERROSOS
METAIS DE TRANSIÇÃO
TERRAS RARAS
METAIS
GASES 
NOBRES
HALOGÊNEOS
NÃO METAL
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A Extração dos Metais
1. A Crosta Terrestre e sua Pobreza Metálica 
- Tipos de minérios:
1. De valor primário – Tipos de composto metálico: óxidos; 
sulfetos; carbonatos, sulfatos e silicatos; arsenetos e 
cloretos – Nativos: ouro, platina, mercúrio, cobre e 
ferro;
2. De valor secundário;
3. Sem valor comercial. 
4. Tabelas 1.8, 1.9 e 1.10.
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RELEVÂNCIA TECNOLÓGICA 
DOS MATERIAIS
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1.Principais materiais metálicos e suas 
ligas.
2.Posição na indústria.
1. Abundância
2. Plasticidade
3. Formação de ligas metálicas
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1.Definição de liga.
1. Classificação de ligas
 De acordo com o número de elementos: 
binárias, terciárias, etc.
 De acordo com o metal predominante –
Exemplos.
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Aplicação – Mecânica e 
estrutural; propriedades.
Ligas – Figura 1.1.
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1. Métodos de preparação de ligas:
1. Fusão conjunta – metais fundidos e resfriados rapidamente;
2. Metalurgia conjunta - mistura em proporção indicada colocado 
num forno metalúrgico – liga Fe-Mn;
3. Processo eletrolítico – eletrólise simultânea de dois ou mais 
sais. Ex: sulfatos de cobre e níquel de uma liga Cu-Ni;
4. Metalurgia do pó – mistura pulverulenta dos metais é colocada 
num molde, coberto de carvão e aquecida sob pressão.
2. Propriedades  dos metais que a constituem. 
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UTILIZAÇÃO NO DECORRER DO 
TEMPO - TENDÊNCIAS FUTURAS
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Importância dos Materiais no Tempo
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Veículo enviado a Marte - Spirit e Opportunity
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Competição entre materiais
1. Materiais competem entre 
si para existir no mercado.
2. Ao longo do tempo o uso 
de diferentes materiais mudam 
dependendo do custo e do 
desempenho.
3. Materiais novos, mais 
baratos ou melhores 
substituem os materiais velhos 
quando houver uma inovação 
em tecnologia
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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
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1.Materiais metálicos
➢ Propriedades das ligas podem ser melhoradas pelo 
melhor controle químico e de processo.
➢ Novas ligas aeroespaciais são constantemente 
pesquisadas. 
o Objetivo: Aumentar a resistência à temperatura e à 
corrosão. 
o Exemplo: Superligas de alta temperatura à base de 
níquel. 
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➢ Novas técnicas de processamento são 
investigadas. 
➢ Objetivo: Aumentar a vida útil do produto e 
propriedades de fadiga.
➢ Exemplo: Forjamento isotérmico e Metalurgia 
do pó. 
➢ Metais para aplicações biomédicas. 
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1. Polímeros (Materiais plásticos)
➢ Rápido crescimento da matéria prima.
➢ Diferentes materiais poliméricos podem ser 
misturados para produzir uma nova liga 
plástica. 
➢ Pesquisa por novos plásticos continua.
➢ Polímeros biodegradáveis, por exemplo.
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1. Materiais cerâmicos
➢ Produção de novas famílias de cerâmica de engenharia.
➢ Novos materiais e aplicações são constantemente 
encontradas. 
➢ Aplicações automotivas e biomédicas. 
➢ Contudo o processamento de cerâmicas custa caro; elas 
são facilmente danificáveis devido a alta fragilidade. 
➢ Melhores técnicas de processamento e cerâmicas de 
alto impacto são desenvolvidas.
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1.Materiais compósitos
➢ Materiais poliméricos reforçados por 
fibra são produtos básicos.
➢ Crescimento do uso de materiais 
compósitos em aeronaves comerciais. 
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1.Materiais eletrônicos
➢ Houve um crescimento rápido no uso de materiais 
eletrônicos como o silício.
➢ Materiais eletrônicos fazem papel vital nas 
“Fábricas de Futuro.”
➢ Crescimento do uso de computadores e robôs 
devido a extensa utilização de materiais 
eletrônicos. 
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1.Materiais inteligentes
1. Mudam suas propriedades pela introdução de 
um estímulo externo.
1. Ligas com memória de forma: Material tracionado volta a 
sua forma original sob uma temperatura crítica. 
1. Usado em válvulas de coração e ampliar artérias. 
2. Materiais de Piezelétrico: Produz campo elétrico quando 
exposto a força e vice-versa. 
1. Usado em atuadores e redutores de vibração. 
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MEMS e Nanomateriais
1.MEMS: Sistemas Microeletromecânicos
1. Dispositivos em miniatura
1. Microbombas, sensores 
2. Nanomateriais: Comprimento característico <100 nm
1. Exemplos: pó de cerâmicas e tamanho de grão <100 nm
2. Nanomateriais são mais duros e mais fortes que materiais de tamanho 
maiores.
3. Têm características biocompatíveis (como o zircônio).
4. Transistores e diodos foram desenvolvidos em nanoarame. 
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CONSIDERAÇÕES SOBRE MATERIAIS MODERNOS
1. Materias que apresentem:
1. Alto desempenho
2. Baixo peso e alta resistência
3. Resistência à altas temperaturas
4. Desenvolvimento de materiais que sejam
menos danosos ao meio ambiente e mais
fáceis de serem reciclados ou regenerados
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BIBLIOGRAFIA
1. William F. Smith e Javad Hashemi, Foundations of Materials Science and 
Engineering, McGraw-Hill Companies, Inc., Fourth Edition
2. Material de Apresentação do Prof. Sidnei Paciornik - Departamento de 
Ciência dos Materiais e Metalurgia – PUC – Rio de Janeiro
3. Campos Filho, M. Prates, Introdução à Metalurgia Extrativa e Siderurgia, 
Lec./Funcamp, 1981.
4. Material de Apresentação da Profa. Eleani M. da Costa -
DEM/PUCRS.
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BIBLIOGRAFIA
5. Material de Apresentação do Prof. Rubens Caram - UNICAMP
6. Callister Jr., W. D. e Rethwisch,D.G., Ciência e Engenharia de 
Materiais: Uma Introdução, LTC – Livros Técnicos e Científicos 
Editora S.A., 9a Edição, 2016.
7. Chiaverini, V., Tecnologia Mecânica vol. I, vol. II e vol. III, Ed. 
Makron Books do Brasil Ltda, 1986.
8. Material de Apresentação do Prof. Arlindo Silva do Instituto 
Superior Técnico da Universidade de Portugal.
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