teorico 1

Prévia do material em texto

Materiais de Construção 
Mecânica 1
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof.ª Esp. Leila da Silva Moura Ribeiro
Revisão Textual:
Prof.ª Me. Natalia Conti
Introdução ao Estudo dos Materiais de Construção Mecânica
• Introdução;
• Revisão dos Sistemas de Unidades de Medida;
• Evolução Histórica dos Materiais;
• Ciência e Engenharia dos Materiais;
• Critérios para Seleção dos Materiais.
• Apresentar uma breve introdução ao estudo dos Materiais de Construção 
Mecânica, incluindo a evolução histórica, os conceitos de Ciência e Engenharia 
dos Materiais e os Critérios que devem ser utilizados para a seleção de materiais 
para aplicações de engenharia.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Introdução ao Estudo dos Materiais 
de Construção Mecânica
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas:
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e 
sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam-
bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão 
sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e 
de aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais de Construção Mecânica
Introdução
Ao iniciar-se o estudo em cursos de engenharia mecânica, é comum que esse 
estudo inicial ocorra em uma área da física conhecida como Mecânica.
Essa área da Física estuda, basicamente, os corpos em movimento ou repouso e 
as causas, ou seja, o que faz um corpo estar em movimento ou repouso.
Sendo assim, de uma maneira geral, o estudo da Mecânica pode ser dividido em 
três subáreas:
• Cinemática: Estuda os corpos em movimento sem preocupar-se com a causa 
desse movimento;
• Dinâmica: Estuda os corpos em movimento, incluindo nesse estudo a(s) 
causa(s) do movimento desses corpos;
• Estática: Estuda os corpos em repouso, incluindo nesse estudo a(s) causa(s) do 
repouso desses corpos.
Tanto em Estática, quanto em Dinâmica, a causa do movimento ou repouso dos 
corpos será resumida em uma única grandeza física, conhecida como Força.
Em Materiais de Construção Mecânica o estudo será direcionado, principalmen-
te, aos materiais que podem ser aplicados em projetos de máquinas, equipamentos 
e dispositivos mecânicos que estejam submetidos a ação dessa forças. São os cha-
mados Esforços Mecânicos. 
Nesse estudo serão levadas em consideração as propriedades mecânicas e ou-
tras propriedades que esses materiais possuem para que possam ser utilizados ade-
quadamente, de acordo com a aplicação de engenharia desejada.
Sendo assim, um material classificado como Material de Construção Mecânica é 
um material que apresenta propriedades que fazem com que possa ser aplicado em 
situações em que esforços mecânicos estejam presentes e possam ser processados 
e transformados através de processos de fabricação mecânica.
Revisão dos Sistemas de 
Unidades de Medida
Um sistema de unidades de medida estabelece quais unidades de medida devem 
ser utilizadas para todas as atividades de um país ou de uma determinada região. 
O estabelecimento de unidades de medida padrão facilita diversas atividades, como 
o comércio de produtos e serviços, a fabricação de equipamentos, a construção de 
edificações, a manutenção, entre outras.
8
9
Normalmente, um sistema de unidades de medida estabelece as unidades 
padrão para as chamadas três grandezas físicas fundamentais:
• Comprimento;
• Massa;
• Tempo.
As unidades de medida das demais grandezas físicas são obtidas através da 
combinação das unidades dessas grandezas físicas fundamentais.
O sistema de unidades de medida utilizado oficialmente no Brasil é o Sistema 
Internacional de Unidades (SI), também conhecido como Sistema MKS, que se 
refere às unidades de medida para as 3 grandezas físicas fundamentais (m, kg, s). 
Porém, no Brasil ainda existem diversos equipamentos que utilizam o sistema de 
unidades de medida conhecido como MK*S (MKS Técnico), onde o quilograma (kg) 
como unidade de massa do SI é substituído pela utm (Unidade Técnica de Massa). 
Dessa forma, a letra K do Sistema MK*S representa a unidade de força desse sistema 
que é kgf (quilograma-força).
Outro sistema de unidades de medida que pode ser encontrado em algumas 
situações é o CGS (cm, g, s), no qual a unidade de força é a dyna.
Finalmente, outro sistema de unidades de medida bastante conhecido, mas pou-
co utilizado no Brasil é o Sistema inglês, onde a unidade de medida de comprimen-
to é a polegada (inch em inglês), normalmente representada por aspas duplas (“), 
ou ainda pelos símbolos in ou pol. Nesse sistema, a unidade de medida de massa 
é a libra (lb) e a unidade de força é a libra-força (lbf).
Na Tabela 1 é possível observar as principais unidades de medida desses 
sistemas de unidades.
Tabela 1 – Principais Sistemas de Unidades de Medida
Grandeza Física
Sistemas de Unidades
SI (MKS) MK*S CGS Inglês
Comprimento m m cm pol
Massa kg utm g lb
Tempo s s s s
Força N kgf dyna lbf
Na disciplina de Materiais de Construção Mecânica, toda vez que uma nova 
grandeza física for apresentada, será apresentada também a unidade de medida 
dessa grandeza. Nesse caso, a grandeza física será apresentada entre colchetes [].
Por exemplo, a apresentação da unidade de medida de massa (m) será feita da 
seguinte forma:
9
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais de Construção Mecânica
[m] = kg
Entre outras vantagens, adotar um sistema de unidades que é utilizado no 
mundo todo facilita a fabricação e o comércio de produtos entre os diversos 
países que adotam um mesmo sistema de unidades. 
Sistemas de Unidades: Porque falar sobre sistemas de unidades de medidas no estudo 
de Materiais de Construção Mecânica? Ex
pl
or
No caso do estudo dos materiais de construção mecânica, essas unidades de me-
dida são diversas vezes utilizadas para expressar a intensidade de uma propriedade 
mecânica de um material. 
Isso servirá de base, por exemplo, para saber se um material pode ser uti-
lizado para uma aplicação de engenharia na qual estará sujeito a um determi-
nado esforço mecânico.
Quais foram os primeiros materiais utilizados pelos seres humanos? 
Ex
pl
or
Evolução Histórica dos Materiais
É notório que os materiais estão presentes em nossa vida. Desde os utensílios 
que são utilizados ao degustar uma refeição, o veículo que é utilizado para trans-
porte até o trabalho, um móvel em sua sala de estar, entre outros exemplos, são 
produzidos utilizando-se materiais.
Porém, nos tempos mais longínquos, onde viveram as primeiras civilizações, 
a variedade dos materiaisdisponíveis para utilização pelos humanos era muito 
reduzida. Resumia-se apenas aos materiais facilmente encontrados na natureza, 
como pedra, areia, madeira, ossos e peles de animais. 
Há aproximadamente 2,5 milhões de anos, ocorreu a chamada Idade da Pedra, 
caracterizada por um período em que os seres humanos utilizavam pedra para pro-
duzir armas para caça. 
Na Figura 1 é possível visualizar artefatos construídos por seres humanos na 
chamada “Idade da Pedra”.
10
11
Figura 1 – Artefatos construídos na Idade da Pedra
Fonte: iStock/Getty Images
Um dos principais fatores que contribuíram para a evolução das civilizações foi 
justamente a capacidade de cada civilização dominar técnicas para extrair e pro-
cessar materiais que eram utilizados para construção de utensílios que facilitavam a 
vida e também armas que podiam ser utilizadas em guerras, seja para defesa, seja 
para domínio de outras civilizações.
Na Figura 2 é possível visualizar armas fabricadas pelos Maias (Povo que vivia 
na América Central e América do Norte) utilizando-se de materiais disponíveis fa-
cilmente na natureza, como ossos e pedras, entre outros.
Figura 2 – Armas antigas fabricadas pelos Maias
Fonte: iStock/Getty Images
Após a Idade da Pedra, surge a chamada “Era dos Metais”, introduzida pela 
chamada “Idade do Cobre”, ocorrida, aproximadamente, entre os anos 4000 a.C. 
e 3000 a.C. Uma das características do Cobre é que o seu ponto de fusão (tem-
peratura de derretimento) era relativamente baixo. O cobre também apresentava 
grande deformabilidade em relação à pedra, ou seja, utilizando-se a aplicação da 
força, com o material quente ou a frio, era possível moldar-se o seu formato, que 
ele adquirisse a forma desejada pelo artesão. Isso permitiu uma maior flexibilidade 
na construção de utensílios. Os seres humanos passaram a moldar o cobre, aque-
cendo-o e depositando o material fundido (derretido) em moldes (formas) de pedra 
ou barro. Esses moldes possuíam o formato do objeto que se desejava fabricar.
11
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais de Construção Mecânica
Na Figura 3 é possível visualizar um objeto (chaleira) fabricado em cobre.
Figura 3 – Chaleira de Cobre
Fonte: iStock/Getty Images
Posteriormente, os seres humanos aprenderam a misturar o cobre com o estanho, 
obtendo-se assim um material com maior resistência mecânica do que o cobre, ou 
seja, não se quebrava facilmente ao sofrer um impacto. Essa liga (mistura) metálica 
ficou conhecida como Bronze. Surge então a chamada “Idade do Bronze”, ocorrida, 
aproximadamente, no período 2000 a.C. a 1000 a.C.
Essa maior resistência mecânica do bronze permitiu que a Idade do Bronze 
fosse caracterizada por uma época em que houve grande evolução tecnológica. 
Diversas ferramentas, como facas e machados, por exemplo, além de armas 
de guerra, como lanças, capacetes e espadas, passaram a ser fabricadas nesse 
período, fornecendo uma importante vantagem competitiva às civilizações que 
dominavam as técnicas que permitiam fabricar e moldar o bronze.
Na Figura 4 é possível visualizar uma Adaga, que é um tipo de espada curta, 
fabricada em Bronze.
 
Figura 4 – Adaga de Bronze
Fonte: iStock/Getty Images
12
13
Após a chamada Idade do Bronze, surgiu a Idade do Ferro, que ocorreu por 
volta de 1000 a.C a 1 a.C., onde os seres humanos passaram a processar o ferro 
existente na natureza para a fabricação dos seus utensílios. O ferro apresentava 
uma resistência mecânica maior do que o bronze. Porém, seu ponto de fusão era 
maior. Sendo assim, a utilização do ferro como material para fabricação de utensí-
lios só foi possível devido ao fato de que os humanos, a essa altura, já dominavam 
os processos metalúrgicos. 
Novamente, as armas sofreram uma evolução significativa, porém, a agricultura 
também foi beneficiada pela Idade do Ferro, pois foi possível construir diversas 
ferramentas agrícolas rústicas deste material, incluindo o arado.
Na Figura 5 é possível visualizar um antigo arado de ferro manual, normalmente 
utilizado para arar a terra com o auxílio de um cavalo. 
Em um período por volta de 4000 a.C. também há registros na Mesopotâmia, 
da utilização de vidro na construção de diversos artefatos. Há também registros de 
milhares de anos, da utilização de vasos de barro queimado pelos seres humanos.
Na segunda metade do século XX, os 
polímeros (plásticos) passaram a ter larga 
utilização na indústria. O mesmo período 
é caracterizado pela utilização do silício 
da indústria de componentes eletrônicos.
Essa evolução ainda continua nos 
dias atuais, visto que a cada ano, no-
vos materiais surgem para as diver-
sas aplicações de engenharia.
Ciência e Engenharia dos Materiais
Qual a Diferença entre Ciência dos Materiais e Engenharia dos Materiais? 
Ex
pl
or
O estudo dos materiais costuma se dividir em duas grandes áreas que se 
inter-relacionam:
• Ciência dos Materiais;
• Engenharia dos Materiais.
A Ciência dos materiais trata do estudo dos materiais de uma forma geral, com 
o objetivo de se obter conhecimentos básicos a esse respeito, como propriedades, 
estrutura atômica e métodos para processamento e obtenção desses materiais.
Figura 5 – Arado de ferro manual
Fonte: iStock/Getty Images
13
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais de Construção Mecânica
 Em outras palavras, esta ciência trata do estudo e desenvolvimento de novos 
materiais, obtendo assim suas propriedades, sem se preocupar, em um primeiro 
momento, com uma aplicação específica para esses materiais.
Por outro lado, a Engenharia dos Materiais trata da aplicação dos diversos 
materiais nos projetos de engenharia.
Sendo assim, pode-se afirmar que a Ciência e a Engenharia dos Materiais 
atuam juntas, para desenvolver novos materiais e utilizá-los para as diversas apli-
cações de engenharia.
Ao se estudar a Ciência e Engenharia dos materiais, alguns termos usuais devem 
ser conhecidos, de forma a entender melhor o que está sendo explicado. A seguir, 
o significado de alguns desses termos serão apresentados:
1. Composição Química: A composição química de um material corresponde 
aos átomos que o compõem.
2. Estrutura: A estrutura de um material corresponde ao detalhamento dos 
arranjos dos átomos que o formam.
3. Síntese: A síntese de um material corresponde ao método através do qual 
este foi criado, a partir de materiais existentes na natureza, ou ainda, com 
a utilização daqueles desenvolvidos pelo homem.
4. Processamento: O processamento de um material corresponde aos proces-
sos de fabricação utilizados para produzir o material e aos processos de fabrica-
ção que transformam esses materiais em componentes úteis para os projetos 
de engenharia.
Qual é a importância de se estudar a estrutura de um material? 
Ex
pl
or
Uma característica bastante importante a ser estudada é a estrutura de um 
material. Esse estudo permite entender diversos aspectos que ocorrem durante 
o seu processamento. 
Conhecendo-se a estrutura de um material é possível, por exemplo, alterar suas 
propriedades sem alterar a sua composição química. Isso pode se tornar possível 
através de um tratamento térmico aplicado, por exemplo.
Critérios para Seleção dos Materiais
Diversos critérios podem e devem ser utilizados para selecionar um material para 
uma determinada aplicação. A seguir, alguns desses critérios serão melhor detalhados:
1. Propriedades Mecânicas: Analisar as propriedades mecânicas do ma-
terial é um critério imprescindível que deve ser considerado ao se efetuar 
a seleção desse material para uma aplicação de engenharia. Ductilidade, 
14
15
dureza, resistência ao impacto, módulo de elasticidade, são exemplos de 
propriedades mecânicas. Como exemplo, na Figura 6 é possível obser-
var a execução de um ensaio de tração em uma amostra a ser analisada. 
Nesse ensaio, obtêm-se propriedades mecânicas do material.
Figura 6 – Ensaio de Tração
Fonte: iStock/Getty Images
2. Custo: Sem sombra de dúvidas o custo de um material infl uencia direta-
mente em seu processode seleção. Entre os fatores que podem infl uenciar 
nos custos, é possível destacar:
a) Raridade: Quanto mais difícil for encontrar esse material na natureza, 
maior será o custo. Na Figura 7 é possível visualizar uma mina de ouro, 
que é um material bastante raro na natureza.
Figura 7 – Mina de extração de ouro – material raro na natureza
Fonte: pixabay.com
15
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais de Construção Mecânica
b) Processamento: Quanto mais difícil for o processo de extração do mate-
rial da natureza e/ou o processo de preparação para utilização, maior será 
o custo. Na Figura 8 é possível visualizar um recipiente com alumínio fun-
dido sendo depositado em um molde de fundição. A fundição de alumínio 
é um exemplo de processo que exige o controle de diversas variáveis, de 
forma a garantir-se a qualidade do produto final.
Figura 8 – Alumínio fundido sendo depositado em um molde de fundição
Fonte: iStock/Getty Images
c) Disponibilidade: Um material pode até possuir um custo baixo de processa-
mento e ser abundante na natureza, porém, caso não esteja disponível em 
regiões próximas do local onde vai ocorrer a sua utilização, esse fato acarre-
tará, no mínimo, em custos extras com o transporte e armazenamento.
3. Danos Ambientais: O impacto ambiental causado pela utilização de 
determinados materiais em projetos de engenharia é outro fator que 
deve ser considerado no momento da seleção. Em certos lugares do 
mundo, alguns materiais são proibidos por lei de serem utilizados em 
produtos e serviços, devido ao seu impacto no meio ambiente, durante 
o processo de extração, processamento ou utilização. Na Figura 9 é 
possível visualizar um objeto (torneira) revestido com cromo. Como 
exemplo, é possível citar o cromo, que é um material considerado pe-
sado (alta densidade), que é largamente utilizado na indústria e que está 
sendo substituído por outros materiais em diversos países, devido aos 
seus impactos ao meio ambiente, contaminando principalmente os len-
çóis freáticos, nos quais diversos peixes e outros animais se alimentam. 
Devido ao fato do cromo ser um metal pesado, os peixes e os outros 
16
17
animais têm difi culdade de eliminá-lo do organismo. A ingestão de pei-
xes e outros alimentos com excesso do cromo pode, inclusive, causar 
câncer nos seres humanos.
Figura 9 – Torneira de pia revestida com cromo
Fonte: pixabay.com
4. Condições do Ambiente: Outro fator a ser considerado na seleção de um 
material são as condições do ambiente onde será utilizado. Como exem-
plo, podem-se citar ambientes úmidos, com alta temperatura, com baixa 
temperatura, entre outros, que infl uenciam, de forma signifi cativa, na vida 
útil de um componente fabricado utilizando-se esse material. Na Figura10 
é possível visualizar, à esquerda, um parafuso que fi cou exposto a condi-
ções ambientais que causaram a sua corrosão e, à direita, outro parafuso, 
que possui um revestimento que aumenta a sua resistência a essa corrosão.
Figura 10 – Parafuso corroído X Parafuso com revestimento anti-corrosão
Fonte: iStock/Getty Images
17
UNIDADE Introdução ao Estudo dos Materiais de Construção Mecânica
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Ciência e engenharia dos materiais
Como material complementar, leia o capítulo 1 (p 1-12) da obra dos autores Askeland e 
Wright, intitulada “Ciência e Engenharia dos Materiais”, disponível na Biblioteca Virtual 
da Universidade, no item “E-books – Minha Biblioteca”. Nesse texto será apresentada 
uma breve introdução à Ciência e Engenharia dos Materiais. Para acessar essa obra, 
percorra o seguinte caminho: Após entrar em sua “área do aluno”, no menu à esquerda 
da tela, clique em “Serviços”, depois em “Biblioteca” e, no centro da tela, clique em 
“E-books – Minha Biblioteca”. No topo da tela que abrirá, haverá um campo de busca 
para autor, título, assunto etc. Nesse espaço, digite “Materiais” e clique na capa abaixo, 
que aparecerá como resultado.
Ciência dos materiais
Ainda como material complementar, leia também o capítulo 1 (p. 1-4) da obra de 
James F. Shackelford, intitulada “Ciência dos Materiais”, disponível na Biblioteca Virtual 
da Universidade, no item “E-books – Bib. Virtual Universitária”. Nesse texto será 
apresentado um breve histórico sobre o estudo de ciência dos materiais. Para acessar 
essa obra, percorra o seguinte caminho: Após entrar em sua “área do aluno”, no menu 
à esquerda da tela, clique em “Serviços”, depois em “Biblioteca” e, no centro da tela, 
clique em “E-books - Bib. Virtual Universitária”. No topo da tela que abrirá, haverá um 
campo de busca para autor, título, assunto etc. Nesse espaço, digite “Materiais” e clique 
na capa abaixo, que aparecerá como resultado.
 Vídeos
Ciência dos Materiais - Aula 01 - Por que estudar Ciência e Engenharia dos Materiais
https://youtu.be/lgeUM605Q6Q
Ciência dos Materiais - Aula 09 - Processamento de materiais
https://youtu.be/G82UgSXWXkM
18
19
Referências
ASKELAND, Donald R., WRIGHT, Wendelin J. Ciência e Engenharia dos materiais. 
3ª Edição – Ed. Cengage Learning, São Paulo, 2014.
CALLISTER Jr., William D., RETHVISCH, David G. Ciência e Engenharia de 
Materiais – Uma Introdução. 9ª Edição - Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2018.
SHACKELFORD, James F. Ciência dos Materiais. 6ª Edição - Ed. Pearson Prentice 
Hall, São Paulo, 2008.
SMITH, William F., HASHEMI, Javad. Fundamentos de Engenharia e Ciência 
dos Materiais. 5ª Edição - Ed. AMGH, Porto Alegre, 2012.
19