CMM pptx

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Compósitos de matriz 
metálica 
Profa. Renata Neves Penha
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Comparação entre metais e CMM
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Metais CMM
Material homogêneo Material heterogêneo e com 
interface metal/partícula
Isotrópico As propriedades podem variar na 
direção e pela quantidade de 
reforço
Tenacidade e ductilidade altas Tenacidade e ductilidade 
relativamente baixos
Tensões residuais de tratamento 
térmico
Tensões residuais induzidas por 
incompatibilidades de coeficientes 
térmicos entre matriz e reforço
Amolecimento térmico abrupto Amolecimento térmico gradual
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Mourisco, 1995
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Matrizes metálicas
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Código
Matriz
Fibra
Ex: matriz de alumínio e reforço de alumina: Al2O3/Al
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Classificação CMM
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• O reforço pode ser na forma de partículas, fibras (curtas 
ou contínuas), fios
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Reforços
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• baixa densidade
• compatibilidade mecânica
• compatibilidade química
• estabilidade térmica
• alta rigidez
• alta resistência 
• boa trabalhabilidade
• eficiência econômica.
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Particulados
• SiC, Al2O3 são mais utilizados.
• WC, TiC e TiB2
• Matriz de liga de alumínio, titânio, magnésio e aço.
• Características:
• alta rigidez
• baixa densidade
• alta dureza
• para pó de ~ 1 - 20 µm → baixo custo
• O SiC pode reagir com matrizes de Al e Ti
• Reforço varia entre 10 e 30 %. 8
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Reforço particulado
• Particulados → moagem
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Fibras curtas
• Mesclas de óxidos com diâmetros entre 3 e 5 µm.
• Fibra curta de alumina
• Estrutura policristalina com grão finos
• Compósitos mais resistentes à fluência e ao desgaste se 
comparados ao reforçados por partículas.
• Obtidas por fiação por fundição.
• Whiskers 
• monocristalinos de até 10 µm de diâmetro.
• SiC
• Salubridade
• Obtidos pelos processos VS ou VLS.
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Fiação por fundido
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Whisker
• VS - vapor/sólido, átomos da fase vapor são incorporados 
no whisker. Diâmetros até 5 µm.
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Whisker
• VLS - vapor/líquido/sólido, átomos da fase vapor são 
incorporados em gota líquida, sendo então depositados 
no whisker do líquido.
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Fibra contínua
• Diâmetro de 5 a 30 µm
• Fibras de carbono, BorSic, boro
• Dependendo da matriz pode acontecer reações 
interfaciais resultado em corrosão galvânica.
• Em matrizes de Zn e Mg a reatividade é reduzida
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Monofilamentos
• Diâmetro de 100 a 150 µm
• Como o diâmetro é maior, caso haja reação interfacial 
uma proporção menor da fibra é consumida
• Matriz de Ti para aplicação em motores aeronáuticos.
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Laminados: camadas alternadas
• Camadas de 2 
constituintes.
• Facilidade de 
processamento
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Espumas metálicas
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Cermets
• Ferramentas de corte
• WC/Co
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Compósitos de matriz intermetálica
• Resistência à fluência, desgaste e oxidação
• Em temperaturas mais baixas apresenta baixa 
tenacidade
• Os materiais intermetálicos são frágeis, para melhorar a 
tenacidade a fibra deve ser relativamente dúctil e tenaz.
• Matriz: aluminetos de Fe, Ni e Ti
• Reforço como fibra ou particulado
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Interface
• A interface entre a matriz e o 
reforço determina as 
propriedades mecânicas
• É influenciada pela 
molhabilidade.
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Representação da infiltração nas fibras da 
pré-forma
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Ligas, cerâmicas, 
sistemas Temperatura, K 𝛾la (mJ m
-2) 𝛾lsa (mJ m-2) 𝛾ls (mJ m-2)
Al 953 1050 - -
Mg 943 560 - -
Al2O3 0 - 930 -
MgO 0 - 1150 -
Cu/Al2O3
1370 1308 1485 2541
1450 1292 1422 2284
Ni/Al2O3
1843 1751 1114 2204
2003 1676 988 1598
Al/SiC
973 851 2469 2949
1073 840 2414 2773
1173 830 2350 2684
Interface
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Interface
• Interação entre adesão e molhabilidade
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Interface
• Reforçados por partículas e fibras curtas → interface 
forte → falha devido ao crescimento, nucleação ou 
coalescência de vazios.
• Interface fraca → descolamento do reforço da matriz.
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Precipitação na interface
• Efeito deletério nas propriedades do compósito
• Ocorrência aumento com o tempo de envelhecimento.
• Supersaturação nesta região promove força motriz para 
nucleação.
• Fases incoerentes têm alta energia superficial e podem 
nuclear na interface incoerente.
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Interface
• Adesão entre matriz e reforço:
• são não reativos e insolúveis
• são não reativos e solúveis
• são reativos e solúveis
• Para melhorar a adesão:
• adição de elementos de liga
• recobrimento dos reforços
• tratamento térmico das partículas
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Recobrimento dos reforços
• Melhora a adsorção das partículas
• Tratamento térmico
• remover impurezas e obter um camada de óxido
• CVD
• Deposição por plasma, cementação, processos sol-gel
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http://www.youtube.com/watch?v=1MFz0QToX6Q
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http://www.youtube.com/watch?v=FV9Pqq3xbsE
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http://www.youtube.com/watch?v=PE1qP5gND9c
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Processos
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• Estado líquido
• agitação mecânica
• processamento semi-sólido
• impregnação no estado líquido
• Estado sólido
• metalurgia do pó
• impregnação no estado sólido 
• Por deposição
• deposição física de vapor - PVD 
• In situ
• solidificação direcional de eutéticos
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Agitação mecânica
• Mistura mecânica do metal 
fundido com o reforço 
particulado.
• Baixo custo e não danifica o 
reforço.
• Desvantagens: distribuição 
não uniforme das 
partículas, porosidade, 
reações químicasentre 
reforço e matriz.
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Agitação mecânica
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http://www.youtube.com/watch?v=3OzAlvSBWaE
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Processamento semi-sólido
• Compofundição: reforço misturado à matriz fundida e 
depois moldado
• Reofundição: resfriamento é controlado, facilitando a 
homogeneização 
• Tixofundição: matriz manipulada na forma pastoso 
(sólido globular + líquido)
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Reofundição
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http://www.youtube.com/watch?v=EHKpRQ_qzgM
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Infiltração da fase líquida
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Squeeze casting
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Processamento por pulverização
• Processo osprey
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http://www.youtube.com/watch?v=chUUcR2u7II&t=95
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Processos por reação (in situ)
• Reforço é precipitado durante 
a solidificação.
• Solidificação unidirecional
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Metalurgia do pó
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Impregnação no estado sólido
• União por difusão
• Pressão mais 
temperatura
• Limitação da geometria
• Alumínio com fibra de 
boro
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PVD - deposição física de vapor
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http://www.youtube.com/watch?v=I_RnlLafVt0