Semana 1 - Videoaula 1 - Materiais e Processos de Fabricação para Engenharia de Produção - EPR200_ com você

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Materiais para Engenharia
MATERIAIS E PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 
PARA ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
Inputs (Entradas)  Processos de Fabricação 
Outputs (Saídas)
Dependendo do material, reagirá diferentemente a 
forças, temperaturas e outros parâmetros físicos.
Vamos tratar dos principais materiais: Metais, 
cerâmicas, polímeros e compósitos.
PRINCIPAIS MATERIAIS PARA ENGENHARIA
Importância tecnológica e comercial:
• Alta rigidez, resistência e dureza;
• Tenacidade: alta absorção de energia;
• Boa condutividade elétrica e térmica, devido às 
ligações metálicas;
• Capacidade de moldar em lâminas (maleabilidade) 
e fios (ductilidade).
METAIS
Fonte: Imagem 1 de MustangJoe por Pixabay
(https://pixabay.com/pt/photos/engrenagens-m%c3%a1quina-
maquinaria-1236578/). 
Imagem 2 de Anrita
por Pixabay (https://pixabay.com/pt/photos/bebidas-
espumante-bebida-molhado-6074749/) Imagem 3 de Michael 
Schwarzenberger
por Pixabay (https://pixabay.com/pt/photos/moagem-furar-
ferramentas-de-corte-444493/) Imagem 4 de Dirk Hoenes
por Pixabay (https://pixabay.com/pt/photos/forja-construir-
quente-formar-550622/)
PRODUTOS METÁLICOS
https://pixabay.com/pt/photos/engrenagens-m%c3%a1quina-maquinaria-1236578/
https://pixabay.com/pt/photos/engrenagens-m%c3%a1quina-maquinaria-1236578/
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https://pixabay.com/pt/photos/telhas-tijolo-vermelho-3422238/
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https://pixabay.com/pt/photos/homem-fita-lixadeira-lixa-7948268/
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Aparecem em Ligas (metal composto por dois ou mais 
elementos), para melhoria de dureza, resistência e 
outras propriedades.
Propriedades mecânicas podem ser alteradas com 
tratamentos térmicos.
Pode ser fundido, conformado, usinado e sinterizado.
Há metais ferros e não ferrosos.
CARACTERÍSTICAS - METAIS
Ferro puro (fusão a 1539°C). 
Temperatura ambiente  Ferrita ou ferro alfa – α
Acima de 912°C  Austenita ou ferro gama – γ
Acima de 1394°C  Ferro delta
AÇOS
Cementita (Fe3C), dura e frágil.
Acima de 2,1% de C  Ferro fundido.
Aço-Carbono Comuns: Sistema de quatro dígitos: 
10XX, no qual 10 indica que o aço é um aço-carbono 
comum e o XX indica cem vezes o percentual de 
carbono. Por exemplo, o aço 1020 contém 0,20% de 
carbono.
AÇOS – OUTRAS CARACTERÍSTICAS
Fonte: Groover (2017).
Diagrama ferro-carbono
Aços com baixo teor de carbono: menos de 0,2% C, 
mais usados (chapas, trilhos), fáceis de conformar.
Aços com médio teor de carbono: Entre 0,2% e 0,5% C, 
componentes de máquina (bielas, virabrequins).
Aços com alto teor de carbono: Acima de 0,5%, Molas, 
ferramentas de corte, lâminas e peças resistentes ao 
desgaste. 
AÇOS-COMUNS
Aços de baixa liga: Outros elementos (Cr, Mn, Mo, Ni, V), 
menos de 5% em massa, para melhoria das 
propriedades mecânicas.
Aços inoxidáveis: Alta liga com Cr e Ni com resistência 
à corrosão.
Aços-Ferramenta: Alto teor de liga (T, Mo, no aço 
rápido), para uso em moldes e ferramentas de corte 
industrial (alto dureza – a quente, tenacidade ao 
impacto).
OUTRAS LIGAS IMPORTANTES
Entre 2,1% e 4% de C e entre 1% e 3% de Si. Uso em 
fundição.
Cinzento: Veios de grafita – amortecimento de 
vibrações e usinabilidade (lubrificação interna)
Nodular (mais resistente e dúctil)
Branco (menor teor de liga, resistente ao desgaste, 
mas frágil)
FERROS FUNDIDOS
Abundantes na natureza.
Compostos inorgânicos: Metal/Semimetal + Não metais
Sílica (SiO2) - vidro; Alumina (Al2O3) - de abrasivos a 
ossos artificiais; Caulinita (Al2Si2O5(OH)4) - argila 
(tijolos e uso doméstico) 
CERÂMICAS
Argilas: Plasticidade quando misturada à água  Pode 
ser moldada
Fusão quando aquecida em altas temperaturas 
Queima
Material denso e rígido
Sílicas (quartzo/areia, feldspato): abundante, dura e 
estável quimicamente
CERÂMICAS - PRODUÇÃO
Fonte: Imagem 1 de Lubos Houska por Pixabay
(https://pixabay.com/pt/photos/cer%c3%a2mica-feito-
%c3%a0-m%c3%a3o-m%c3%a3os-copo-1139047/). Imagem 
2 de Michael Gaida 
por Pixabay (https://pixabay.com/pt/photos/telhas-tijolo-
vermelho-3422238/) Imagem 3 de Ismael Campos 
por Pixabay (https://pixabay.com/pt/photos/homem-fita-
lixadeira-lixa-7948268/) Imagem 4 de guoguogaoyu88 
por Pixabay (https://pixabay.com/pt/photos/copa-tigelas-vaso-
cer%c3%a2mica-antigo-687147/) Imagem 5 de 
PublicDomainPictures
por Pixabay (https://pixabay.com/pt/photos/laborat%c3%b3rio
-pesquisar-qu%c3%admica-teste-217074/) 
PRODUTOS CERÂMICOS
https://pixabay.com/pt/photos/holi-garota-indiano-%c3%adndia-dan%c3%a7a-2416686/
https://pixabay.com/pt/photos/holi-garota-indiano-%c3%adndia-dan%c3%a7a-2416686/
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https://pixabay.com/pt/photos/telhas-tijolo-vermelho-3422238/
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https://pixabay.com/pt/photos/livros-biblioteca-ler-prateleiras-1617327/
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https://pixabay.com/pt/photos/laborat%c3%b3rio-pesquisar-qu%c3%admica-teste-217074/
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Poli = muitos e meros = parte, do grego
Materiais orgânicos
Sintéticos com exceção da borracha
Classificados em termoplásticos (suportam ciclos de 
fusãoe solidificação), termofixos (degradam e 
carbonizam) e elastômeros (alongamento elástico)
POLÍMEROS
Monômeros (etileno) formam macromoléculas 
(polietileno):
Fonte: Groover (2017).
SINTETIZAÇÃO - POLÍMEROS
Plásticos podem ser moldados produzindo peças com 
geometrias complexas.
Resistência mecânica baixa, mas: (1) baixa densidade; (2) boa 
razão resistência-peso para alguns polímeros; (3) alta resistência 
à corrosão; e (4) baixa condutividade.
Custo competitivo em relação aos metais.
Requer menos energia para ser produzida do que uma de metal 
(temperaturas menores). Porém, limita a temperatura de trabalho.
Podem ser translúcidos ou transparentes, o que os torna 
competitivos em comparação aos vidros, em algumas aplicações.
Os polímeros são largamente usados em materiais compósitos.
POLÍMEROS - APLICAÇÃO
Fonte: Imagem 1 de Hans por Pixabay
(https://pixabay.com/pt/photos/garrafas-garrafa-de-
pl%c3%a1stico-garrafa-60479/). Imagem 2 de justynkalp
por Pixabay (https://pixabay.com/pt/photos/isola%c3%a7%c3
%a3o-izolacja-pur-2389795/)
Imagem 3 de Mabel Amber 
por Pixabay (https://pixabay.com/pt/photos/prato-china-
comendo-talheres-3491995/)
Imagem 4 de Steve Buissinne
por Pixabay (https://pixabay.com/pt/photos/halteres-sapatos-
t%c3%aanis-2465478/) 
PE PU
Resina de melamina
Elastômeros
PRODUTOS POLIMÉRICOS
https://pixabay.com/pt/photos/garrafas-garrafa-de-pl%c3%a1stico-garrafa-60479/
https://pixabay.com/pt/photos/garrafas-garrafa-de-pl%c3%a1stico-garrafa-60479/
https://pixabay.com/pt/photos/garrafas-garrafa-de-pl%c3%a1stico-garrafa-60479/
https://pixabay.com/pt/photos/garrafas-garrafa-de-pl%c3%a1stico-garrafa-60479/
https://pixabay.com/pt/photos/garrafas-garrafa-de-pl%c3%a1stico-garrafa-60479/
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Sistema composto de duas ou mais fases fisicamente 
distintas e cuja combinação resulta em propriedades 
que são diferentes.  Sinergia.
• Razões resistência-peso e rigidez-peso várias vezes 
maiores que as de metais. 
• As propriedades em fadiga e tenacidade são, em 
geral, melhores que a dos metais comumente usados 
em engenharia. 
• Podem ser projetados para evitar a corrosão, como a 
sofrida pelos aços.
COMPÓSITOS
Anisotropia: propriedades diferentes dependendo da 
direção na qual elas são medidas.
Compósitos baseados em polímeros podem sofrer ao 
ataque por compostos químicos ou por solventes. 
Geralmente caros.
Alguns processos de fabricação são lentos e 
dispendiosos.
LIMITAÇÕES - COMPÓSITOS
Comum duas fases: Matriz (primária) e elemento de 
reforço (secundária).
O reforço fica disperso na forma de fibras ou 
partículas na matriz.
Matriz pode ser metálica, polimérica e cerâmica.
Reforço também, mas podem incluir elementos (C e B)
COMPORTAMENTO DOS COMPÓSITOS
Matriz Metálica: cermetos, metais duros (carbetos). WC 
usado em brocas de mineração e trefiladeiras.
Matriz Cerâmica: matriz de alumina, carbeto e nitreto de 
boro e silício, carbeto de titânio e vidros. Fibras incluem 
as de carbono, SiC e alumina. Sucesso incerto.
Matriz Polimérica: Normalmente um termorrígido (poliéster 
ou epóxi) reforçado por fibras (vidro, carbono e Kevlar 49).
• Pode ter na matriz partículas, flocos e fibras curtas, 
chamadas cargas (reforçadoras ou extensoras). 
• Espuma de poliuretano e isopor: bolhas de gás na 
matriz.
MATERIAIS COMPÓSITOS
• GROOVER, M. P. Introdução aos processos de 
fabricação. Tradução Anna Carla Araújo. 1. ed. - Rio 
de Janeiro: LTC, 2014. ISBN 9788521626398 
REFERÊNCIA