1 introducao

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Profa. Eleani M. da Costa
Sem. 2005/01
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Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS
ASSUNTO
1. Introdução à ciência e engenharia dos materiais e classificação dos materiais
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Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS
PROGRAMA DISCIPLINA
AULAS TEÓRICAS
1. Introdução à ciência e engenharia dos materiais e classificação dos materiais
2. Ligação química nos sólidos
- Energias e forças de ligações
- Ligações interatômicas primárias
- Ligação de Van der Waals 
3. Materiais cristalinos 
-Estrutura cristalina: conceitos fundamentais, 
célula unitária, 
- Sistemas cristalinos, 
- Polimorfismo e alotropia 
- Direções e planos cristalográficos, anisotropia, 
- Determinação das estruturas cristalinas por difração de raios-x.
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PROGRAMA DISCIPLINA
AULAS TEÓRICAS
4. Imperfeições cristalinas
- Defeitos pontuais
 - Defeitos de linha (discordâncias)
-   Defeitos de interface (grão e maclas)
-  Defeitos volumétricos (inclusões, precipitados)
5.Mecanismos de movimento atômico (difusão)
- Mecanismo da difusão
-  Fatores que influem na difusão
-  Difusão no estado estacionário
-  Difusão no estado não-estacionário
6. Propriedades Mecânicas dos Metais
- Deformação elástica e deformação plástica
- Coeficiente de Poisson
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PROGRAMA DISCIPLINA
AULAS TEÓRICAS
7. Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência
- Conceitos básicos: características das discordâncias, sistemas de escorregamento
- Aumento da resistência por diminuição do tamanho de grão
-  Aumento da resistência por solução sólida
- Encruamento, recuperação, recristalização e crescimento de grão
8. Falha nos metais 
- Fratura dúctil, fratura frágil 
- Fluência nos metais
 - Fadiga nos metais
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PROGRAMA DISCIPLINA
AULAS TEÓRICAS
9. Diagramas de fase em condições de equilíbrio
- Definições e conceitos básicos: identificação das fases, limite de solubilidade, microestrutura das fases
-  Diagramas de equilíbrio binários isomorfos e eutéticos
-   Reações eutetóides e peritéticas
- Sistema Fe-C e microestruturas que se formam no resfriamento lento
 10. Transformações de fases em metais e microestruturas
 - Conceitos básicos
- Alterações microestruturais das ligas Fe-C e propriedades (curvas Temperatura-Tempo-Transformação).
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PROGRAMA DISCIPLINA
CONTEÚDOS EXTRAS 
11-PROPRIEDADES ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS
12- CORROSÃO E DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS
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PROGRAMA DISCIPLINA
·         Aulas Teórico-Práticas
 
 
1-Ensaio de resistência à tração
2-Ensaio de resistência à choque 
3-Ensaio de Dureza Brinell
4-Ensaio de Dureza Rockwell
5-Ensaio de Dureza Vickers
6-Metalografia dos Metais I– Macrografia
7-Metalografia dos Metais II - Micrografia 
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BIBLIOGRAFIA
1-Van Vlack L.H., Princípios de Ciência dos Materiais, Ed. Edgard Blücher, S.P.
2- William D. Callister Jr., Introdução à Ciência e Engenharia de Materiais, Ed. LTC, 2000. 
3- Chiaverini V., Tecnologia Mecânica, Vol. I e III Ed. McGraw – Hill S.P 
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DATAS DAS PROVAS
TURMAS 2LM
11/04 : PROVA 1
23/05 : PROVA 2 
20/06: PROVA 3
27/06 : PROVA DE RECUPERAÇÃO
04/07: EXAME
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DATAS DAS PROVAS
TURMAS 3JK
12/04 : PROVA 1
17/05 : PROVA 2 
21/06: PROVA 3
28/06 : PROVA DE RECUPERAÇÃO
05/07: EXAME
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www.em.pucrs.br/~eleani
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HOMEPAGE DA DISCIPLINA
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INTRODUÇÃO
Ciência dos materiais faz parte do conhecimento básico para todas as engenharias
As propriedades dos materiais definem:
 o desempenho de um determinado componente e o processo de fabricação do mesmo
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ENGENHAR I A
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Figura copiada do material do Prof. Sidnei Paciornik do
 Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio
 
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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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QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ?
COMO ESCOLHER ??
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Como definir qual o melhor material para um determinado fim?
 Exemplo: Copo
Vidro
Cerâmica
Plástico
Madeira
Metal
Papel
Custo
Tempo de vida ou Durabilidade
Aparência
Finalidade: Natureza do líquido (ex: copo de metal e papel não pode ser usado para café, suco de laranja não pode ser armazenado numa taça antiga de peltre porque remove o Pb da liga)
Depende
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Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? 
Em primeiro lugar, o engenheiro deve caracterizar quais as condições de operação 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 restrições quanto ao uso dos mesmos.
		
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Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? 
A segunda consideração na escolha do material refere-se ao levantamento sobre o tipo de degradação que o material sofrerá em serviço. 
Por exemplo, elevadas temperaturas e ambientes corrosivos diminuem consideravelmente a resistência mecânica.
		
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Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? 
Finalmente, a consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica: 
Qual o custo do produto acabado??? Um material pode reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo elevadíssimo. 		
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SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO
Ex. Resistência:
Material 	 Aço-liga	 Ti 	 Al	 PRFC
			 (alta resist.)	 	 (AA7074)
Resist. (MPa) 1000	 800	 500		700
à tração
PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono
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SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO
Ex. Resistência/peso:
Material 	 Aço-liga		Ti 	 Al	 PRFC
			 (alta resist.)	 	 (AA7074)
		 	 133	 170	185		390
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SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO
Ex. Custo p/Kg/US$:
Material 	 Aço-liga		Ti 	 Al	 PRFC
			 (alta resist.)	 	 (AA7074)
				0,75	 15	 3		20
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INDÚSTRIA DE PONTA
PRODUÇÃO EM MASSA
TIPOS DE INDÚSTRIA - INFLUÊNCIA DOS MATERIAIS
Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto 
Superior Técnico da Universidade de Portugal
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Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? 
Em raras ocasiões um material reúne uma combinação ideal de propriedades, ou seja, muitas vezes é necessário reduzir uma em benefício da outra. 
Um exemplo clássico são resistência e ductilidade, geralmente um material de alta resistência apresenta ductilidade limitada. Este tipo de circunstância exige que se estabeleça um compromisso razoável entre duas ou mais propriedades.
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CLASSIFICAÇÃO
DOS MATERIAIS
A classificação tradicional dos materiais é geralmente baseada na estrutura atômica e química destes.
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Semicondutores
Biomateriais (Mat. Biocompatíveis)
Classificação tradicional
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Metais
Materiais metálicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos.
Os elétrons não estão ligados a nenhum átomo em particular e por isso são bons condutores de calor e eletricidade
Não são transparentes à luz visível
Têm aparência lustrosa quando polidos
Geralmente são resistentes e deformáveis
São muito utilizados para aplicações estruturais
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Cerâmicas
Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos e não-metálicos.
Geralmente são óxidos, nitretos e carbetos
São geralmente isolantes de calor e eletricidade
São mais resistêntes à altas temperaturas e à ambientes severos que metais e polímeros
Com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras, porém frágeis
Em geral são leves
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Polímeros
Materiais poliméricos são geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não-metálicos.
São constituídos de moléculas muito grandes (macro-moléculas)
Tipicamente, esses materiais apresentam baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis
Materiais poliméricos incluem plásticos e borrachas
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Compósitos
Materiais compósitos são constituídos de mais de um tipo de material insolúveis entre si.
Os compósitos são “desenhados” para apresentarem a combinação das melhores características de cada material constituinte
Muitos dos recentes desenvolvimento em materiais envolvem materiais compósitos
Um exemplo classico é o compósito de matriz polimérica com fibra de vidro. O material compósito apresenta a resistência da fibra de vidro associado a flexibilidade do polímero
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Semicondutores
Materiais semicondutores apresentam propriedades elétricas que são intermediárias entre metais e isolantes
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)
Os semicondutores tornaram possível o advento do circuito integrado que revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores
Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe..
InP
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Biomateriais
Biomateriais são empregados em componentes para implantes de partes em seres humanos
Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição).
Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como biomateriais.
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EVOLUÇÃO DA UTLIZAÇÃO DOS MATERIAIS
Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto 
Superior Técnico da Universidade de Portugal
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MATERIAIS AVANÇADOS
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
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. 
Estes materiais são geralmente materiais tradicionais cujas propriedades são optimizadas ou materiais novos de alto desempenho.
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ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE A NECESSIDADE DE MATERIAIS MODERNOS
Materias que apresentem:
Alto desempenho
Baixo peso e alta resistência
Resistência à altas temperaturas
Desenvolvimento de materiais que sejam menos danosos ao meio ambiente e mais fáceis de serem reciclados ou regenerados