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1 Estrutura e Propriedades dos Materiais INTRODUÇÃO Prof. Rubens Caram R. Caram - 2 INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS MATERIAIS: SUBSTÂNCIAS USADAS PARA COMPOR TUDO O QUE ESTÁ A NOSSA VOLTA MATERIAIS NORMALMENTE ENCONTRADOS: MADEIRA, VIDRO, AÇO, PLÁSTICO, PAPEL, COBRE, CONCRETO, PRODUÇÃO E TRANSFORMAÇÃO: UMA DAS MAIS IMPORTANTES ATIVIDADES ECONÔMICAS PRODUTO ⇒ PROJETO⇒ SELEÇÃO E ESPECIFICAÇÃO DE MATERIAIS PROJETISTA (ENGENHEIRO): CONCEITUAÇÃO ATUALIZADA DA ESTRUTURA INTERNA DOS MATERIAIS R. Caram - 3 MATERIAIS E A HISTÓRIA MATERIAIS ESTÃO LIGADOS AO HOMEM DESDE O INÍCIO DE SUA EXISTÊNCIA; MATERIAIS USADOS INICIALMENTE: PEDRA, MADEIRA, OSSOS, FIBRAS, PELES E ARGILA; ÍNTIMA RELAÇÃO ENTRE CIVILIZAÇÕES MAIS AVANÇADAS E MATERIAIS MAIS AVANÇADOS, O QUE AINDA HOJE, É VERDADE; IMPORTÂNCIA DOS MATERIAIS: PERÍODOS DA HISTÓRIA ⇒ MATERIAL MAIS UTILIZADO EM CADA ÉPOCA. R. Caram - 4 MATERIAIS, CIVILIZAÇÕES E ERAS R. Caram - 5 MATERIAIS, CIVILIZAÇÕES E ERAS R. Caram - 6 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Materiais Metálicos Materiais Cerâmicos Materiais Poliméricos R. Caram - 7 TIPOS DE MATERIAIS MP MP MP MP MP MC MM MM MC R. Caram - 8 MATERIAIS METÁLICOS SUSTÂNCIAS INORGÂNICAS COMPOSTAS POR UM OU MAIS ELEMENTOS METÁLICOS, PODENDO CONTER ELEMENTOS NÃO-METÁLICOS EX.: AÇO (Fe+C), ALUMÍNIO, NÍQUEL, LATÃO (Zn+Cu) R. Caram - 9 MATERIAIS POLIMÉRICOS A MAIORIA DOS PLÁSTICOS EXIBE CADEIA MOLECULAR ORGÂNICA DE LONGA EXTENSÃO SEM CRISTALINIDADE. ALGUNS EXIBEM MISTURA DE REGIÕES CRISTALINAS E NÃO-CRISTALINAS EX.: BORRACHA, NYLON, POLIETILENO R. Caram - 10 MATERIAIS CERÂMICOS MATERIAIS INORGÂNICOS COM ELEMENTOS METÁLICOS E NÃO-METÁLICOS. PODEM SER CRISTALINOS, NÃO-CRISTALINOS OU A MISTURA DE AMBOS EX.: ALUMINA (Al2O3), VIDRO R. Caram - 11 MATERIAIS COMPÓSITOS COMBINAÇÕES DE DOIS OU MAIS MATERIAIS, ONDE UM ELEMENTO DE REFORÇO (FIBRAS, PLACAS OU PARTÍCULAS) É ENVOLVIDO POR UMA MATRIZ (RESINA PLÁSTICA, MATERIAL METÁLICOS OU CERÂMICO. EX.: FIBRA DE CARBONO OU DE VIDRO E MATRIZ DE RESINA EPOXI. R. Caram - 12 MATERIAIS ELETRÔNICOS DENTRE OS MATERIAIS ELETRÔNICOS, DESTACAM-SE OS SEMICONDUTORES: MATERIAIS COM PROPRIEDADES INTERMEDIÁRIAS ENTRE OS CONDUTORES E ISOLANTES. SUAS CARACTERÍSTICAS SÃO ALTERADAS COM A PRESENÇA DE PEQUENAS CONCENTRAÇÕES DE ÁTOMOS ESTRANHOS R. Caram - 13 BIOMATERIAIS SUBSTÂNCIAS NATURAIS OU SINTÉTICAS TOLERADAS DE FORMA TRANSITÓRIA OU PERMANENTE, PELOS DIVERSOS TECIDOS QUE CONSTITUEM O ORGANISMO HUMANO R. Caram - 14 COMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO COMPETIÇÃO É UM PROCESSO QUE EXISTE DESDE QUE O HOMEM INICIOU A PRODUÇÃO DE BENS E UTENSÍLIOS DESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS E EQUIPAMENTOS É QUASE SEMPRE BASEADO EM MATERIAIS DE CONCEPÇÃO ATUALIZADA DESENVOLVIMENTO DE NOVOS MATERIAIS OU OTIMIZAÇÃO DE MATERIAIS TRADICONAIS ESTÁ ASSOCIADO AO APRIMORAMENTO DE PROPRIEDADES E A REDUÇÃO DE CUSTOS. ALTERAÇÕES DAS CONDIÇÕES DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO RESULTA NA SUBSTITUIÇÃO DE MATERIAIS: REQUISITOS TÉCNICOS, CUSTO E DISPONIBILIDADE EXEMPLOS DE SUBSTITUIÇÃO: FERRO FUNDIDO PELO ALUMÍNIO EM BLOCOS DE MOTORES METAIS POR COMPÓSITOS EM AERONAVES METAIS POR PLÁSTICOS EM AUTOMÓVEIS Si E Ge POR COMPOSTOS SEMICONDUTORES METAIS POR CERÂMICAS NA INDÚSTRIA ESPACIAL R. Caram - 15 COMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO R. Caram - 16 COMPOSIÇÃO DE UM AUTOMÓVEL MÉDIO AMERICANO Ferrosos Mais de 60 % Plásticos 10 – 20% Alumínio 3 – 5 % 1978 Peso 2.000 kg Alumínio 5 – 10 % Plásticos 10 – 20 % Ferrosos 50 - 55 % 1985 Peso 1.500 kg R. Caram - 17 ESTRUTURA DOS MATERIAIS CARACTERÍSTICAS PROPIEDADES COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS DEPENDEM DA ESTUTURA INTERNA ANÁLISE DA ESTRUTURA DOS MATERIAIS NÍVEL SUBATÔMICO: ÁTOMO INDIVIDUAL E COMPORTAMENTO DE SEU NÚCLEO E ELÉTRONS NÍVEL ATÔMICO: INTERAÇÃO ENTRE ÁTOMOS E A FORMAÇÃO DE LIGAÇÕES E MOLÉCULAS NÍVEL MICROSCÓPIO: ARRANJOS ATÔMICOS E MOLECULARES E A FORMAÇÃO DE ESTRUTURAS CRISTALINAS, MOLECULARES E AMORFAS NÍVEL MACROSCÓPICO: COMPORTAMENTO DO MATERIAL EM SERVIÇO R. Caram - 18 Estrutura dos Materiais Microestrutura Estruturas de Engenharia 10-15 10-12 Subatômico Atômico Microscópico Macroscópico Arranjos Atômicos Escala (m) Átomos Moléculas Partículas Elementares Núcleo Níveis 10-9 10-6 10-3 10 0 10 3 Objeto Monômeros Polímeros Células Unitárias Contornos de Grão Grãos Circuitos Integrados Corpo de Prova Muralha da China R. Caram - 19 COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS n=1 5 µmn=8 R. Caram - 20 COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS R. Caram - 21 COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS AO NÍVEL ATÔMICO E MICROSCÓPICO AFETA AS PROPRIEDADES DO MATERIAL ALUMÍNIO MAGNÉSIO ALUMINA MONOCRISTALINA ALUMINA POLICRISTALINA R. Caram - 22 COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS AO NÍVEL ATÔMICO E MICROSCÓPICO AFETA AS PROPRIEDADES DO MATERIAL ALUMÍNIO MAGNÉSIO R. Caram - 23 COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS Aço 1045 Aço 1070Aço 1020 Ferrita + perlita Perlita Estrutura e Propriedades dos Materiais INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS MATERIAIS METÁLICOS MATERIAIS POLIMÉRICOS MATERIAIS CERÂMICOS MATERIAIS COMPÓSITOS MATERIAIS ELETRÔNICOS BIOMATERIAIS COMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO COMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO COMPOSIÇÃO DE UM AUTOMÓVEL MÉDIO AMERICANO Estrutura dos Materiais COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS
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