SLIDE 1 - CIENCIA DOS MATERIAIS

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Prof. Barbieri
Ciência dos Materiais
UNIDADE I
 Uma parte da matéria do universo que está presente no nosso dia a dia.
 São substâncias (objetos) cujas propriedades as 
tornam utilizáveis em estruturas, máquinas, dispositivos 
ou produtos consumíveis etc.
O que são materiais?
Fonte: Shackelford (2008), p. 3.
Metálicos Cerâmicos Poliméricos Compósitos
Cobre
Ferro fundido
Ligas de aço
Porcelana
Vidros
Tijolos
RefratáriosLouças
Polietileno
Epóxi
Fenólicos
Grafite-epóxi
Carbeto de 
cobalto e
Tungstênio
Ciência dos materiais: área da atividade humana associada à geração, à investigação e à 
aplicação de conhecimentos que relacionem:
 Composição (elemento químico);
 Propriedades (mecânicas, elétricas, térmicas etc.);
 Estrutura dos materiais (cristalinos) 
em aplicações de novos produtos.
Ciência dos materiais
Fonte: Shackelford (2008), p. 466.
Produto
Processo Propriedades
Estrutura
Por questões de conveniência, a maioria dos materiais para engenharia é dividida em quatro 
categorias básicas principais:
 Materiais metálicos;
 Materiais poliméricos;
 Materiais cerâmicos;
 Materiais compostos.
Tipos de materiais
Metálicos
Compósitos
Poliméricos Cerâmicos
Fonte: autoria própria
 Ligação metálica: elementos com valência 1, 2 ou 3 (compartilhamento dos elétrons livres).
 Microestrutura cristalina.
 Dúcteis (alta plasticidade), rígidos (alto módulo de elasticidade) e tenazes 
(resistentes a impactos).
 Encruáveis (endurecem por deformação a frio).
 Bons condutores de calor e eletricidade.
Materiais metálicos
 Temperáveis (ligas ferrosas) e endurecíveis por precipitação (ligas não ferrosas).
 Ativos quimicamente (sensíveis à corrosão).
 Propagação de discordâncias muito mais fácil.
Ex.: aços, ligas de alumínios, ligas de titânios. 
Materiais metálicos
Fonte: Smith (2015), p. 62.
Fonte: Callister (2008), p. 48.
Fonte: Shackelford (2008), p. 3.
Platinite
Invar
Aço
inox
Latão Solda
Ouro 18 quilates
Amálgama
Bronze
Magnálio
Metais na Tabela Periódica:
Materiais metálicos
Fonte: Shackelford (2008), p. 4.
Elementos metálicos
 Ligações covalentes nas cadeias (compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e 
outros elementos não metálicos).
 São constituídos por moléculas muito grandes (macromoléculas).
 Baixa temperatura de fusão.
 Microestrutura amorfa ou pouco cristalina.
 Baixa densidade e boa razão resistência/peso.
 Maus condutores de calor e bons isolantes elétricos.
 Podem ter boa resistência química e ótima fabricabilidade.
 Baixa resistência à deformação (podem ser extremamente flexíveis).
Ex.: termoplásticos, 
termofixos, 
elastômeros. 
Materiais poliméricos 
Fonte: Callister (2008), p. 312.
Fonte: acervo pessoalFonte: Shackelford (2008), p. 7.
Polímeros na Tabela Periódica:
Materiais poliméricos
Fonte: Shackelford (2008), p. 7.
Constituídos por não metais e H
 Ligação iônica: combinação de metais (valência 1, 2 ou 3) com não metais 
(valência 5, 6 ou 7).
 Estrutura cristalina (complexa) ou vítrea.
 Alta rigidez, alta dureza e frágeis (ligações fortes).
 Alto ponto de fusão e baixo coeficiente de dilatação térmica (ligações fortes).
 Não encruáveis nem maleáveis.
 Quimicamente estáveis.
 Propagação de discordâncias quase impossível.
 Isolantes elétricos e maus condutores de calor.
Ex.: vidros, cerâmicas, carbonetos etc.
Materiais cerâmicos 
Fonte: Shackelford (2008), p. 6.
Fonte: Shackelford (2008), p. 5.
Fonte: Shackelford (2008), p. 5.
 Cerâmicos na Tabela Periódica:
Materiais cerâmicos 
Fonte: Shackelford 2008 pg. 5Os cerâmicos são constituídos por metais + não metais (Si e Ge)
Fonte: Shackelford (2008).
 Combinação de dois ou mais materiais cujas propriedades são diferenciadas das dos 
constituintes.
 Formados por dois materiais em nível macroscópico.
 Constituídos por mais de um tipo de material (matriz e reforçador).
 Enorme gama de propriedades.
 Excelentes rigidez e resistência específicas.
 Fibras e matriz cerâmica resistem a altas temperaturas.
 Baixa densidade.
 Excelente resistência mecânica.
Ex: fibras de carbono, Kevlar, matriz de epóxi etc.
Materiais compósitos
Fonte: acervo pessoal
Fonte: Shackelford (2008), p. 8.
Propriedade é uma peculiaridade do material em termos do tipo e da intensidade da resposta a 
um estímulo específico que lhe é imposto. As propriedades importantes dos materiais sólidos 
podem ser agrupadas em:
 Mecânicas: relacionam deformações de uma carga ou força aplicada. Ex.: módulo de 
elasticidade e resistência.
 Elétricas: o estímulo de um campo elétrico. Ex.: condutividade elétrica e constante 
dielétrica.
 Térmicas: o comportamento térmico de um sólido pode ser representado em termos da 
capacidade calorífica e da condutividade térmica. Ex.: transformação da fase sólida 
em líquida.
 Magnéticas: mostram a resposta de um material à aplicação de 
um campo magnético. Ex.: condução magnética.
 Deteriorativas: indicam a reatividade química 
dos materiais. Ex.: corrosão.
Propriedades dos materiais 
Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material para um 
determinado fim?
 Em primeiro lugar, o engenheiro deve caracterizar quais as condições de operação a 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 as 
restrições quanto ao uso deles.
 A segunda consideração na escolha do material se refere ao levantamento sobre o tipo de 
degradação que o material sofrerá em serviço.
 E, finalmente, a consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica.
 Muitas vezes é necessário reduzir uma combinação ideal de 
propriedades em benefício da outra.
Seleção de materiais
Como definir qual o melhor material com propriedades requeridas para para-brisas?
1. Deve ser transparente: permitir que se observe através dele.
2. Deve ser impermeável à água: para não ser atingido pela chuva.
3. Deve ser tenaz o suficiente para resistir à quebra devido a pequenos impactos.
4. Custo: não pode alterar de modo significativo o preço do carro.
5. Deve suportar várias temperaturas.
Que material utilizar? Resposta: vidro.
Seleção de materiais
Fonte: acervo pessoal
Uma peça de engenharia, de geometria complexa, deve ser produzida a baixo custo. Ela deve 
possuir alta rigidez e alta tenacidade. Para atender a esses requisitos, o material adequado
que um engenheiro seleciona é o:
a) Cerâmico.
b) Metal.
c) Polímero.
d) Compósito.
e) Biomaterial.
Interatividade
Uma peça de engenharia, de geometria complexa, deve ser produzida a baixo custo. Ela deve 
possuir alta rigidez e alta tenacidade. Para atender a esses requisitos, o material adequado
que um engenheiro seleciona é o:
a) Cerâmico.
b) Metal.
c) Polímero.
d) Compósito.
e) Biomaterial.
Resposta
Em materiais sólidos, os átomos são mantidos por ligações. O comportamento e as 
propriedades dos materiais:
 dependem do arranjo geométrico dos átomos (estrutura cristalina);
 dependem da natureza do componente (elemento químico);
 dependem das interações que existem entre os átomos que constituem os sólidos 
(ligação química).
Propriedades dos sólidos 
Fonte: autoria própria
Composição Estrutura
Propriedades
Comportamento
O átomo é constituído por:
Núcleo prótons (p) (carga +)
nêutrons (n) (sem carga)
Eletrosfera  elétrons (é), carga (-) e é
distribuída em 7 camadas ou níveis energéticos. 
Estrutura do átomo
Fonte: autoria própria
Fonte: Feltre (2005), p. 65.
2 8 18 32 32 18 2
M N O P Q
K
L
camada elétrons
K
L
M
N
O
P
Q
2
8
18
32
18
32
2
Próton Nêutron Elétron
Teoria eletrônica da valência
 Valência é a capacidade de um átomo se ligar a outros. Ex.: H (monovalente), O (bivalente), 
C (tetravalente).
 Gases nobres inertes  oito elétrons na última camada eletrônica (octeto eletrônico).
 Demais átomosprocuram perder ou ganhar elétrons na última camada até atingirem a 
configuração eletrônica de um gás nobre  regra do octeto. 
Regra do octeto: tendência de todos os átomos adquirirem estabilidade (equilíbrio) na última 
camada, ou seja, de adquirir oito elétrons no nível mais externo.
Ligação química
Fonte: Feltre (2005), p. 69.
A ligação iônica ocorre em: 
 Metal e ametal.
 Metal e hidrogênio.
 Ocorre, geralmente, entre metais e ametais com  de eletronegatividade > 1,7.
 Metais possuem 1, 2 e 3 elétrons na sua última camada e 
estão dispostos a perdê-los.
 Não metais possuem 5, 6 e 7 elétrons na última 
camada e estão dispostos a receber elétrons para 
satisfazer a regra do octeto.
Ligação iônica (caracterizada pela transferência de elétrons)
Fonte: 
Shackelford
(2008), p. 23.
Átomo de sódio (Na) Átomo de cloro (CI)
A ligação covalente ocorre em: 
 Ametal e ametal.
 Metal e hidrogênio.
 Hidrogênio e hidrogênio.
 Ocorre, geralmente, entre ametais e hidrogênio ou ametais entre si com  de
eletronegatividade < 1,7.
 Ocorre, geralmente, entre 
metais e ametais
com  de 
eletronegatividade > 1,7.
Ligação covalente (caracterizada pelo compartilhamento de elétrons)
Fonte: acervo pessoal
A ligação metálica ocorre em: 
 Metal e metal.
 A teoria do octeto não explica a ligação metálica.
 Ocorre entre metais e possui como principal característica elétrons livres em torno de cátions 
e átomos neutros no retículo (mar de elétrons).
 Melhor cristalinidade (estrutura bem organizada).
Ligação metálica (nuvens de elétrons livres)
Fonte: Feltre (2005), p. 110.
 Maneira como os átomos e as moléculas estão arranjados espacialmente.
 Rede geométrica 3D: rede cristalina.
 Esferas sólidas com diâmetros definidos (raios atômicos)  vizinhos mais próximos 
que se tocam.
 Três são as estruturas cristalinas mais comuns em metais: cúbica de corpo centrado, 
cúbica de face centrada e hexagonal compacta.
Estrutura cristalina: definição
Fonte: autoria própria
 Célula unitária: é o menor agrupamento de átomos representativo de uma determinada 
estrutura cristalina específica.
 A célula unitária é escolhida para representar a simetria da estrutura cristalina.
 Estruturas cristalinas são formadas por unidades básicas e repetitivas denominadas células 
unitárias.
Estrutura cristalina: célula unitária
Fonte: adaptado de: Smith (2010), p. 61.
Fonte: autoria própria
Cúbico
(a=b=c e α=β==90º)
Triclínico
(a≠b≠c e α≠β≠≠90º)
Tetragonal
(a=b≠c e α=β==90º)
Romboédrico
(a=b=c e α=β=≠90º)
Ortorrômbico
(a≠b≠c e α=β==90º)
Hexagonal
(a1=a2=a3≠c
e α=β=90º
e =120º)
Monoclínico
(a≠b≠c e α=β=90º e ≠90º)
R. Caram - 9
 Números de átomos inteiros dentro e pertencentes à célula unitária: apenas 1/8 de cada 
átomo preenche o vértice de cada átomo em uma célula unitária cúbica. 
 Parâmetros de rede: são grandezas utilizadas para descrever a célula unitária de uma 
estrutura cristalina. Compreende três comprimentos a, b, c. 
 São medidos em Angströms (Å) ou nanômetros (nm).
 Fator de empacotamento atômico: é dado pela razão entre o 
volume dos átomos e o volume da célula.
Estrutura cristalina: parâmetros de caracterização 
z
y
x
x a
z
a
a
y
Fonte: Callister (2002), p. 27.
Fonte: Callister (2002), p. 27.
Os átomos podem ser agrupados dentro do sistema cúbico em 3 diferentes tipos de 
repetição:
 Cúbico simples.
 Cúbico de corpo centrado.
 Cúbico de face centrada.
Estrutura cristalina: parâmetros de caracterização 
Fonte: autoria própria
Cúbico simples (CS)
 Número de átomos inteiros na estrutura CS: 1/8 de átomo em cada vértice: 8 x 1/8 = 
1 átomo.
 Parâmetro de uma célula de uma estrutura simples: equivalente a 2 raios (a = 2R) da 
célula.
Estrutura cristalina: sistemas cristalinos cúbicos
a = 2R (parâmetro de rede)
 Essa é a razão por que os metais não cristalizam na estrutura 
cúbica simples (devido ao baixo empacotamento atômico).
 Fator de empacotamento:
Ex.: polônio somente. 
Fonte: Smith (2010), p. 62.
Fonte: Smith (2010), p. 62.
Cúbico de Corpo Centrada (CCC)
 Número de átomos inteiros na estrutura CCC: 1/8 de átomo em cada vértice: 
8 x 1/8 = 1 + 1 = 2 átomos.
 Parâmetro de uma célula de uma estrutura simples: a2 + a2 + a2 = (4R)2.
Estrutura cristalina: sistemas cristalinos cúbicos
 Fator de empacotamento:
Ex.: Fe (ferrítico), Na, K, Cr, Ta, Mo, V, W etc. 
Dedução do parâmetro 
de rede utilizando a lei 
de Pitágoras.
Fonte: Smith (2010), p. 63.
Fonte: Smith (2010), p. 63.
Cúbico de Face Centrada (CFC)
 Número de átomos inteiros na estrutura CFC: 1/8 de átomo em cada vértice: 
8 x 1/8 = 1 + 6 x 1/2 = 4 átomos.
 Parâmetro de uma célula de uma estrutura simples: a2 + a2 = (4R)2.
Estrutura cristalina: sistemas cristalinos cúbicos
 Fator de empacotamento:
Ex.: Fe (austenítico) Al, Cu, Ag, Au, Pb, Pd, Ni, Pt etc. 
Dedução do parâmetro 
de rede utilizando a lei 
de Pitágoras.
Fonte: Smith (2010), p. 65.
Fonte: Smith (2010), p. 65.
A célula unitária é a menor parte representativa da estrutura cristalina, a partir da qual podem 
ser avaliados parâmetros característicos dos cristais. Um desses parâmetros é o Fator de 
Empacotamento Atômico (FEA). O FEA representa:
a) A quantidade de espaço vazio dentro da célula unitária.
b) A quantidade de espaço ocupado pelos átomos constituintes da célula unitária.
c) A razão entre o raio atômico e o comprimento da aresta da célula unitária.
d) A razão entre o comprimento da aresta e o comprimento da diagonal maior da célula 
unitária.
e) A razão entre o volume de um único átomo e o volume da célula unitária.
Interatividade
A célula unitária é a menor parte representativa da estrutura cristalina, a partir da qual podem 
ser avaliados parâmetros característicos dos cristais. Um desses parâmetros é o Fator de 
Empacotamento Atômico (FEA). O FEA representa:
a) A quantidade de espaço vazio dentro da célula unitária.
b) A quantidade de espaço ocupado pelos átomos constituintes da célula unitária.
c) A razão entre o raio atômico e o comprimento da aresta da célula unitária.
d) A razão entre o comprimento da aresta e o comprimento da diagonal maior da célula 
unitária.
e) A razão entre o volume de um único átomo e o volume da célula unitária.
Resposta
Fonte: acervo pessoal
 A determinação das propriedades mecânicas é muito importante na escolha do material 
para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e a fabricação do componente.
 As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos a 
esforços mecânicos, pois elas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou 
transmitir esses esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma 
incontrolável.
Tal comportamento é função direta de quatro fatores básicos ligado às características 
do material:
 Intensidade das ligações químicas entre átomos.
 Tipo de arranjo dos átomos (estrutura cristalina).
 Natureza.
 Quantidade de defeitos desse arranjo.
Propriedades mecânicas
 Essa deformação pode ser explicada pelos movimentos atômicos na estrutura 
cristalina do material.
 Dentro da região de comportamento elástico, a deformação elástica é resultado de uma 
pequena elongação da célula unitária na direção da tensão de tração ou uma pequena 
contração na direção da compressão deformação é reversível.
aplica carga retira carga
tensão tração compressão
Propriedades mecânicas: deformação elástica
Fonte: Vlan Vlack (1998), p. 136.
Sem deformação Deformação por tração Deformação por compressão
 Essa deformação pode ser explicada pelos movimentos atômicos na estrutura cristalina do material.
 Dentro da região de comportamento elástico, a deformação plástica é resultado de uma pequena 
elongação da célula unitária na direção da tensão de tração ou uma pequena contração na direção da 
compressão deformação é irreversível.
aplica carga retira carga (mantém)
tensãotração compressão
Propriedades mecânicas: deformação plástica
Fonte: Vlan Vlack (1998), p. 136.
 A deformação plástica ocorre por movimentação das linhas de discordância e também causa 
multiplicação de discordâncias.
Propriedades mecânicas: deformação plástica
Fonte: Callister (2002), p. 110.
Plano de escorregamento
Linha da discordância
Tensão aplicada O material é deformado
sem fratura ou perda
da estrutura cristalina
Como determinar as propriedades mecânicas?
 A determinação das propriedades mecânicas é feita por meio de ensaios mecânicos.
 Utilizam-se, normalmente, corpos de prova (amostra representativa do material) para o 
ensaio mecânico, já que, por razões técnicas e econômicas, não é praticável realizar o 
ensaio na própria peça, que seria o ideal.
 Usam-se normas técnicas para o procedimento de medidas e confecção do corpo de prova 
para garantir que os resultados sejam comparáveis.
Normas técnicas:
 ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.
 ASTM – American Society for Testing Materials.
 Aisi – American Iron and Steel Institute.
 SAE – Society of Automotive Engineers. 
Propriedades mecânicas
 É uma das propriedades mais importantes na construção. 
 Em um ensaio de tração, um corpo de prova é submetido a um esforço que tende a 
alongá-lo ou esticá-lo até a ruptura.
 Os esforços ou as cargas são medidas na própria máquina e, normalmente, o ensaio ocorre 
até a ruptura do material.
Propriedades mecânicas: resistência à tração
Fonte: Smith (2010), p. 162.
Célula de carga
Corpo 
de prova
Extensômetro
Travessão 
móvel
 Geralmente, o ensaio é realizado em um corpo de prova de formas e dimensões 
padronizadas, para que os resultados obtidos possam ser comparados ou, se necessário, 
reproduzidos.
 Materiais metálicos: ensaio de tração à temperatura ambiente: NBR 6152.
Propriedades mecânicas: resistência à tração
Fonte: autoria própria
Fonte: Smith (2010), p. 162.
Corpo de prova com secção circular
(parte útil)
cabeça
PP
Corpo de prova com secção retangular
PP
(parte útil)
Zona de concordância
raio de concordância
Ø
ℓ
ℓ
Propriedades mecânicas: resistência à tração
Fonte: Adaptado de: Callister (2002), p. 88.
σ (MPa)
σLR
σLE
σf
Deformação
plástica
uniforme
Deformação
plástica não
uniforme
α = E
ε
Região plástica
Deformação plástica total
Região
elástica
Deformação
específica | (%)
Δε = L – L0
Ruptura
REGIÃO
ELÁSTICA
REGIÃO
PLÁSTICA
LIMITE DE
RESISTÊNCIA
LIMITE DE
RUPTURA
LIMITE DE
ESCOAMENTO
E = σ/ε
T
e
n
s
ã
o
, 
σ
Deformação, ε
Tenacidade em impacto Charpy
 O ensaio Charpy é realizado em pêndulo de impacto.
 O martelo do pêndulo, com uma borda de aço endurecido de raio específico, é liberado de 
uma altura predefinida, causando a ruptura do corpo de prova pelo efeito da 
carga instantânea. 
 A altura de elevação do martelo após o impacto dá a medida da energia absorvida 
pelo corpo de prova.
Propriedades mecânicas: ensaio Charpy
Fonte: Callister (2002), p. 144.
Escala
Ponteiro
Posição final
Posição inicial
Martelo de impacto
Apolo
Todas as dimensões em mm
Charpy tipo A
Charpy tipo B
Charpy tipo C
Raio = 0,25
10
810
10
510
10
510
2
1.0
45º
152
6,25
6,35
6,45
55
FOFO e fundidos
sob pressão
 Por definição, dureza é uma propriedade mecânica que fornece uma medida da resistência à 
deformação plástica de um material.
 Está relacionada entre uma carga aplicada e a área da deformação plástica produzida. 
Propriedades mecânicas: ensaio de dureza
Fonte: 
Shackelford
(2008), p. 141.
Ensaio Penetrador Vista lateral Vista superior Carga
Fórmula para o número 
Índice de dureza
Brinel
Microdureza
Vickers
Microdureza
Knoop
Rockwell e
Rockwell
superficial
Esferas de
aço com
1/16, 1/8,
1/4 e 1/2 pol.
de diâmetro
e cone de 
diamante
Esfera com
10 mm em 
aço ou 
carbeto
de tungstênio
Forma da impressão
Pirâmide de
diamante
Pirâmide de
diamante
D
d
136º
d
bb = 7,11
bt = 4,00
120º
b
d1
d1
t
P
P
P
150 kg
60 kg
100 kg
15 kg
30 kg
45 kg
Rockwell
Rockwell superficial
H = –
P
A
Em que:
H = dureza
P = carga aplicada sobre a amostra
A = área do objeto penetrante
 Fratura é a separação de um corpo em dois ou mais pedaços em resposta a uma tensão.
 Envolve três etapas: formação de trinca, propagação e fratura.
Pode assumir dois modos: 
 Dúctil: a deformação plástica continua até uma redução na área para posterior ruptura (é 
observada em materiais CFC).
 Frágil: não ocorre deformação plástica, requerendo menos energia que a fratura dúctil que 
consome energia para o movimento de discordâncias e imperfeições no material (é 
observada em materiais CCC e HC).
Propriedades mecânicas: fratura
Fonte: autoria própria
 O material se deforma substancialmente antes de se fraturar.
 O processo se desenvolve de forma relativamente lenta à medida que a trinca se propaga.
 Esse tipo de trinca é denominado estável porque ela para de se propagar a menos que 
haja um aumento de tensão aplicada no material.
Propriedades mecânicas: fratura dúctil
Fonte: Callister (2002), p. 131.
 O material se deforma pouco antes de fraturar. 
 O processo de propagação de trinca pode ser muito veloz, gerando situações catastróficas.
 A partir de um certo ponto, a trinca é dita instável porque se propagará mesmo sem 
aumento da tensão aplicada sobre o material.
Propriedades mecânicas: fratura frágil
Fonte: Callister (2002), p. 131.
O ensaio de tração consiste em aplicar uma carga a um corpo de prova, geralmente, até sua
ruptura e analisar a resposta obtida. Em relação ao ensaio de tração é correto afirmar que:
a) A proporcionalidade entre tensão e deformação ocorre apenas durante a deformação
elástica.
b) O rompimento completo do corpo de prova é necessário para validar as propriedades
obtidas.
c) O ponto de tensão de escoamento é, aproximadamente, equivalente ao ponto em que
ocorre a ruptura do corpo de prova.
d) A deformação é proporcional à tração aplicada ao
longo de todo o ensaio.
e) A deformação na região plástica segue a Lei de Hooke.
Interatividade
O ensaio de tração consiste em aplicar uma carga a um corpo de prova, geralmente, até sua
ruptura e analisar a resposta obtida. Em relação ao ensaio de tração é correto afirmar que:
a) A proporcionalidade entre tensão e deformação ocorre apenas durante a deformação
elástica.
b) O rompimento completo do corpo de prova é necessário para validar as propriedades
obtidas.
c) O ponto de tensão de escoamento é, aproximadamente, equivalente
ao ponto em que ocorre a ruptura do corpo de prova.
d) A deformação é proporcional à tração
aplicada ao longo de todo o ensaio.
e) A deformação na região plástica segue
a Lei de Hooke.
Resposta
T
E
N
S
Ã
O
Descarga
Carga
DEFORMAÇÃO
0
0
Fonte: acervo pessoal
 Transformação de fase: serve para alterar as microestruturas e, como consequência, as 
propriedades mecânicas dos materiais (removendo ou adicionando tensões com o intuito de 
modificar a dureza, a ductilidade etc.).
Como ocorre?
 Transformações de fase são induzidas por meio de alterações de temperatura → 
tratamentos térmicos (aumento ou diminuição da temperatura).
Diagrama de fases: transformação de fase
Fonte: Callister (2002), p. 305.
 Quando um metal funde, diz-se que ele sofre uma transformação (mudança) de fase, ou 
seja, a fase sólida se transforma na fase líquida. 
 As mudanças de fase nos metais puros ocorrem isotermicamente, isto é, a fusão tem uma 
temperatura fixa e definida (a chamada temperatura de fusão).
 As mudanças de fases em ligas ocorrem em faixas de temperatura. Podem-se iniciar a 
uma temperatura e não se completar até que 
alguma temperatura mais alta seja 
alcançada, permanecendo a liga em um 
estado “pastoso” (composto de líquido 
e sólido misturados). 
Diagrama de fases: transformação de fase
Fonte: acervo pessoal
 O método mais eficaz já desenvolvido para se atingiro estudo das transformações de fase é 
o uso de diagramas de fases (ou diagramas de equilíbrio).
Por que estudar diagramas de fases?
 Eles relacionam: temperatura, composição química e quantidade das fases em equilíbrio.
 Diagramas de fases são como “mapas” que mostram quais fases são as mais estáveis nas 
diferentes composições e temperaturas.
Diagrama de fases: por que estudar diagramas de fases?
Diagrama de fases com mais de um componente pode ser de dois tipos, em função da 
nucleação ou não de uma segunda fase:
 Sistemas isomorfos: apenas uma fase no estado sólido. 
 Sistemas anisomorfos: duas fases sólidas são observadas.
Diagrama de fases: sistemas isomorfos e anisomorfos
Fonte: Smith (2012), p. 231.
Sistema binário isomorfo
Isomorfo: quando a solubilidade 
é completa.
Ex.: sistema Cu-Ni
Sistema binário anisomorfo
Anisomorfo: quando a solubilidade 
não é completa
Ex.: sistema pb-sn
A B A B
Somente uma fase sólida (alfa) Mais que uma fase sólida (alfa + beta)
→ % B (peso) → % B
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
T
Tf B
Tf A
L
L
Lα
α
α
α L
β
βL
β
α
Para que haja miscibilidade entre dois metais, é preciso que eles satisfaçam todas estas 
condições:
 Seu tamanho não seja diferente de 15%.
 Tenham a mesma estrutura cristalina.
 Tenham eletronegatividade similar (mais próximas).
 Tenham a mesma valência.
 Exemplo: sistema Cu-Ni. 
Diagrama de fases: regra de Hume-Rothery
O diagrama de fases de um sistema binário em equilíbrio fornece:
 As fases presentes.
 A composição dessas fases.
 As proporções de cada fase.
 Para ligas monofásicas, a composição de uma dada fase é a própria composição da liga 
naquele ponto do diagrama trivial.
 Para ligas bifásicas, deve-se traçar uma linha horizontal, a 
linha de amarração, na temperatura desejada e determinar a 
interseção dessa reta com as fronteiras entre as 
fases regra da alavanca.
Diagrama de fases: equilíbrio
 Um diagrama binário indica as fases presentes, por exemplo, em todas as ligas possíveis 
dos dois metais níquel (Ni) e cobre (Cu), em todas as temperaturas de 1000 a 1600 ºC. 
Diagrama de fases: sistema binário e isomorfo
Temperatura 
de fusão Cu
Temperatura 
de fusão Ni
Fonte: Callister (2002), p. 172.
É possível determinar as composições das fases de um diagrama e suas proporções, 
conhecendo a temperatura e a composição da liga em estudo.
 Pontos A e D se encontram em uma região monofásica, 
tira-se a fase diretamente do gráfico (trivial).
 Ponto B se encontra em uma região bifásica, sendo 
obrigado a estimar a fração de cada fase pela 
regra da alavanca.
Diagrama de fases: sistema binário e isomorfo: regra da alavanca
C0=35%Ni 
(Ta:1320,Td:1190 e 
Tb:12500C
Fonte: Callister (2002), p. 172.
Fonte: Callister (2002), p. 172.
A linha isotérmica (linha de amarração) conecta as fases em equilíbrio:
Regra da alavanca
Diagrama de fases: sistema binário e isomorfo: regra da alavanca
Fonte: Callister (2002), p. 172.
Sistema binário eutético:
 É o ponto representativo da reação eutética, segundo a qual, no resfriamento, uma fase 
líquida se solidifica isotermicamente, produzindo um agregado de duas fases sólidas 
(constituinte eutético), de composições diferentes entre si e diferentes da 
composição original.
Diagrama de fases: sistema binário e anisomorfo
Fonte: Shackelford (2008), p. 202.
Fase α da
reação eutética,
Linha da
reação eutética
Ponto eutéticoFase β da 
reação eutética
É possível determinar as composições das fases de um diagrama e suas proporções, 
conhecendo a temperatura e a composição da liga em estudo.
Regra da alavanca
Diagrama de fases: sistema binário e anisomorfo: regra da alavanca
Para liga de 40% Sn- 60% Pb a 220 ºC, 
determine: 
a) Tipos de fases:
b) Composição das fases:
c) A proporção relativa de cada fase: 
Fonte: Callister (2002), p. 179.
Sistema binário eutetoide:
 É o ponto representativo de reação eutetoide, segundo a qual, no resfriamento, uma 
fase sólida se transforma em duas outras fases sólidas de composições diferentes da 
composição original.
Diagrama de fases: sistema binário e anisomorfo 
Fonte: Shackelford (2008), p. 203.
Linha da reação
eutética
Ponto eutetoide
Ponto eutético
Linha da reação
eutetoide
Resfriamento Aquecimento
Sistema binário eutetoide: aço
 Aço é a denominação genérica para ligas de ferro-carbono com teores de carbono de 0,008 
a 2,11%, contendo outros elementos residuais do processo de produção e podendo conter 
outros elementos de liga propositalmente adicionados. 
 O carbono forma uma solução sólida intersticial com o ferro, isto é, os átomos de 
carbono se colocam nos interstícios da estrutura cristalina do ferro.
Diagrama de fases: aço
Ligado ao carbono, o comportamento das 
variedades alotrópicas do ferro e a 
solubilidade do carbono nele variam de 
forma característica, dependendo da 
temperatura e do teor de carbono.
Fonte: Smith (2012), p. 81.
Diagrama ferro-carbono (Fe-C): exemplo de sistema eutético (A) e eutetoide (B).
Diagrama de fases: diagrama ferro-carbono (Fe-C) 
Reações do estado sólido do ferro-carbono
Reação eutética: a 1148 °C ocorre a reação eutética do 
diagrama Fe-C: 
L (4,3% C) <=>  (2,11% C) + Fe3C (6,7% C)
Reação eutetoide: a 727 °C ocorre a reação eutetoide do 
diagrama Fe-C: 
 (0,76% C) <=> α (0,022% C) + Fe3C (6,7% C)
Fonte: Smith (2012), p. 204.
Aço Ferro fundido
Microestruturas do aço:
Ferro  = ferrita = 0,022% de C
Ferro  = austenita = 2,11% de C
Ferro  = ferrita = 0,09% de C
Fe3C (cementita) = 6,7% de C
Austenita = 2,01% de C
Perlita = 0,76% de C
δ
Os aços possuem três reações: eutetoide, hipoeutetoide e hipereutetoide.
Diagrama de fases: microestrutura de um aço
Aço eutetoide
~ 0,76% C
Microestrutura: 
perlita
Resfriamento lento até
temperatura ambiente
Fonte: Smith (2012), p. 267. Aços hipoeutetoides: 
< 0,76% C (menor)
Microestrutura: 
ferrita pró-eutetoide + 
perlita
Resfriamento lento até 
temperatura ambiente
Aços hipereutetoides
> 0,76% C (maior)
Microestrutura: 
perlita + cementita pró-
eutetoide
Resfriamento lento até 
temperatura ambiente
A microestrutura de um aço carbono eutetoide é constituída na temperatura ambiente de:
a) Ferrita e perlita.
b) Perlita e cementita.
c) Austenita e perlita.
d) Ferrita.
e) Perlita.
Interatividade
A microestrutura de um aço carbono eutetoide é constituída na temperatura ambiente de:
a) Ferrita e perlita.
b) Perlita e cementita.
c) Austenita e perlita.
d) Ferrita.
e) Perlita.
Resposta
Fonte: acervo pessoal
ATÉ A PRÓXIMA!