Resumo Materiais (Anotações)

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RESUMO MATERIAIS – P1 
 Capítulo 1 
Metais: Materiais metálicos são normalmente combinações de elementos químicos metálicos. Eles possuem um número grande de elétrons não-localizados, isto é, estes elétrons não estão ligados a qualquer átomo em particular. (“nuvem de elétrons”). Características: Resistentes (suportam tensões elevadas antes de romper); Dúcteis (deformam antes de romper); “Superfície metálica”; Bons condutores de corrente elétrica e de calor. Cerâmicas: Cerâmicas são compostos entre elementos metálicos e não-metálicos: eles são frequentemente óxidos, nitretos e carbetos. São tipicamente isolantes à passagem de eletricidade e calor. Com relação ao comportamento mecânico, os cerâmicos são duros, porém frágeis. Polímeros: Polímeros incluem os materiais familiares plástico e borracha. Muitos deles são compostos orgânicos que são quimicamente baseados em carbono, hidrogênio, e outros elementos não metálicos; além disto, eles possuem grandes estruturas moleculares. Estes materiais possuem tipicamente baixas densidades e podem ser extremamente flexíveis. Compósitos: Fiberglass é um exemplo familiar, no qual fibras de vidro são embutidas dentro de um material polimérico. Um compósito é projetado para exibir uma combinação das melhores características de cada um dos materiais componentes. "Fiberglass" adquire resistência mecânica das fibras de vidro e flexibilidade do polímero. Semicondutores: Semicondutores têm propriedades elétricas que são intermediárias entre os condutores elétricos e os isolantes. Biomateriais: Os biomateriais são empregados em componentes implantados no interior de seres vivos para a substituição de partes do corpo doentes ou danificadas. Esses materiais devem ser biocompatíveis, ou seja, devem ser compatíveis com os tecidos do corpo, não causando reações biológicas adversas, e não devem produzir substâncias tóxicas ao organismo. 
 Capítulo 2 
Algumas das propriedades importantes dos materiais sólidos dependem dos arranjos geométricos dos átomos e também das interações que existem entre os átomos ou moléculas constituintes. Três diferentes tipos de ligação primária ou química são encontrados em sólidos - iônica, covalente e metálica. Para cada tipo, a ligação necessariamente envolve os elétrons de valência; além disso, a natureza da ligação depende das estruturas de separação dos átomos constituintes. Em geral, cada um destes tipos de ligação surge a partir da tendência dos átomos de assumir estruturas eletrônicas estáveis, tais como aquelas dos gases inertes, pelo preenchimento completo da camada eletrônica mais externa. Ligação Iônica: É sempre encontrada em compostos cuja composição envolve tanto elementos metálicos como não-metálicos, ou seja, elementos que estão localizados nas extremidades horizontais da tabela periódica. Ex: NaCl. Ligação Covalente: Na ligação covalente as configurações eletrônicas estáveis são adquiridas pelo compartilhamento de elétrons entre átomos adjacentes. Dois átomos ligados de maneira covalente irão cada um contribuir com pelo menos um elétron para a ligação, e os elétrons compartilhados podem ser considerados como pertencentes a ambos os átomos. EX: CH4 Ligação Metálica: Ligação metálica é encontrada em metais e suas ligas. Materiais metálicos têm 1, 2 ou, no máximo, 3 elétrons de valência. Com este modelo, estes elétrons de valência não se encontram ligados a qualquer particular átomo no sólido e são mais ou menos livres para se moverem ao longo de todo o metal. Eles podem ser pensados como pertencendo ao metal como um todo, ou formando um "mar de elétrons" ou uma "nuvem de elétrons". Consequentemente a ligação metálica é não-direcional em caráter. 
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Ligação Secundária ou Ligação de Van Der Waals: Tanto as ligações de Van Der Waals quanto as ligações de hidrogênio são denominadas secundárias, sendo fracas em comparação com as ligações primárias. Elas resultam das forças atrativas entre dipolos elétricos, dos quais existem 2 tipos - induzido e permanente. Para a ligação de hidrogênio, moléculas altamente polares se formam quando hidrogênio se liga covalentemente a um elemento não metálico como flúor. Quanto maior for a energia envolvida em uma ligação química há uma tendência de: Maior ponto de fusão; Maior resistência mecânica; Maior dureza; Maior o módulo de elasticidade; Maior a estabilidade química; Menor a dilatação térmica. 
 Capítulo 3 
Um material cristalino (estrutura cristalina) é um no qual átomos estão situados numa disposição repetitiva ou periódica ao longo de grandes distâncias atômicas. Para aqueles que não cristalizam, esta ordem atômica de longa alcance está ausente. (Materiais não-cristalinos ou amorfos). Algumas das propriedades dos sólidos cristalinos dependem da estrutura cristalina do material, ou seja, da maneira segundo a qual os átomos, íons ou moléculas estão arranjados espacialmente. 
 Ao descrever estruturas cristalinas, torna-se conveniente subdividir a estrutura em pequenas entidades que se repetem, chamadas células unitárias. A célula unitária é o menor agrupamento de átomos que representa uma determinada estrutura cristalina específica. Uma célula unitária é escolhida para representar a simetria da estrutura cristalina. Os átomos são considerados como se fosse esperas sólidas que possuem diâmetros bem definidos. 
 Dos 7 sistemas cristalinos podemos identificar 14 tipos diferentes de células unitárias, conhecidas como Redes de Bravais. Cada uma destas células unitárias tem certas características que ajudam a diferenciá-las das outras células unitárias. Além do mais, estas características também auxiliam na definição das propriedades de um material particular. 
O carbono pode existir na forma de grafite que é mole, escuro e “gorduroso” e na forma de diamante que é extremamente duro e brilhante. Essa diferença nas propriedades é diretamente atribuída ao tipo de ligação química que é encontrada no grafite e não no diamante. 
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 A geometria da célula unitária é completamente definida em termos de seis parâmetros os comprimentos de três arestas, a, b e c, e os três ângulos entre os eixos, alfa, beta e gama. Este são algumas vezes chamados de parâmetros de rede de uma estrutura cristalina. 
 Estrutura Cristalina Cúbica Simples (CS): 
Número de Átomos: 1 
Número de Coordenação (NC): 6 
Relação Parâmetro de Rede e Raio: ܽ = 2ܴ 
Volume dos Átomos (VA): 1 ⋅ ସଷߨଷ 
Volume da Célula (VC): ܽଷ = 8ܴଷ 
Fator de Empacotamento Atómico (FEA): FEA = VA/VC = 0,52 = 52% 
 
 Estrutura Cristalina Cúbica de Corpo Centrado (CCC): 
Número de Átomos: 2 
Número de Coordenação (NC): 8 
Relação Parâmetro de Rede e Raio: ܽ = ସோ√ଷ 
Volume dos Átomos (VA): 2 ⋅ ସଷߨଷ 
Volume da Célula (VC): ܽଷ = ቀସோ√ଷቁଷ 
Fator de Empacotamento Atómico (FEA): FEA = VA/VC = 0,68 = 68% 
 
 Estrutura Cristalina Cúbica de Face Centrada (CFC): 
Número de Átomos: 4 
Número de Coordenação (NC): 12 
Relação Parâmetro de Rede e Raio: ܽ = ସோ√ଶ 
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Volume dos Átomos (VA): 4 ⋅ ସଷߨଷ 
Volume da Célula (VC): ܽଷ = ቀସோ√ଶቁଷ 
Fator de Empacotamento Atómico (FEA): FEA = VA/VC = 0,74 = 74% 
 
 Estrutura Cristalina Hexagonal Simples (HS): 
Número de Átomos: 3 
Número de Coordenação (NC): 12 
Volume dos Átomos (VA): 3 ⋅ ସଷߨଷ 
Volume da Célula (VC): 12ܴ√3య 
Fator de Empacotamento Atómico (FEA): FEA = VA/VC = 0,60 = 60% 
 
 Estrutura Cristalina Hexagonal Compacta (HC): 
Número de Átomos: 6 
Número de Coordenação (NC): 12 
Volume dos Átomos (VA): 6 ⋅ ସଷߨଷ 
Volume da Célula (VC): 24ܴ√2య 
Fator de Empacotamento Atómico (FEA): FEA = VA/VC = 0,74 = 74% 
 
 
A ligação metálica é não-direcional, não há restrições quanto ao número e posições dos vizinhos mais próximos. Então, as estruturas cristalinas dos metais têm geralmente um número grande de vizinhos e alto empacotamento atômico. Portanto, três são as estruturas cristalinas mais comuns em metais: cúbica de corpo centrado (CCC), cúbica de face centrada (CFC) e hexagonal compacta(HC). O máximo empacotamento possível para um metal é de 0,74 ou 74%. Provenientes das Estruturas Cristalinas CFC e HC. De forma análoga, os metais não cristalizam nas seguintes estruturas cristalinas: Cúbica Simples (CS) e Hexagonal Simples (HS) devido ao baixo empacotamento das mesmas, que são de 52% e 60% respectivamente. 
 Cálculos da Densidade 
 
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 Polimorfismo e Alotropia 
Alguns metais, bem como não-metais, podem ter mais do que uma estrutura cristalina, um fenômeno conhecido como polimorfismo. Quando encontrado em sólidos elementares (apenas 1 elemento), a condição é as vezes denominada alotropia. A estrutura cristalina predominante depende tanto da temperatura quanto da pressão externa. Um exemplo familiar é encontrado em Carbono: grafita é a polimorfa estável nas condições ambientes, enquanto que diamante é formado em pressões extremamente altas. Outro exemplo é o Ferro que na temperatura ambiente tem estrutura CCC, número de coordenação 8 e fator de empacotamento de 0,68. A 912°C, o Ferro passa para estrutura CFC, número de coordenação 12 e fator de empacotamento de 0,74. A 1394°C, o Ferro passa novamente para a estrutura CCC. Após o Ponto de Fusão o Ferro se torna liquido. 
 
 Direções e Planos Cristalográficos 
As direções são definidas a partir da origem. Suas coordenas são dadas pelos pontos que cruzam o cubo unitário. Se estes pontos forem fracionais multiplica-se para obter números inteiros. 
 
Para algumas estruturas cristalinas, várias direções não-paralelas com índices diferentes são, na realidade, equivalentes; isto significa que o espaçamento entre os átomos ao longo de cada direção é o mesmo. Portanto, a simetria da estrutura cúbica permite que as direções equivalentes sejam agrupadas para formar uma família de direções. Exemplos: <100> - família para arestas da face do cubo; <110> - família para as diagonais das faces (maior densidade no CFC); <111> - família para as diagonais do cubo (maior densidade no CCC). 
Obs: <xxx> - familia direções; [xxx] – direção; {xxx} – família de planos; (xxx) – plano. 
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Por que planos cristalinos são importantes? 
Para a determinação da estrutura cristalina: Os métodos de difração medem diretamente a distância entre planos paralelos de pontos do reticulado cristalino. Esta informação é usada para determinar os parâmetros do reticulado de um cristal de um material em particular. Para a deformação plástica: A deformação plástica (permanente) dos metais ocorre pelo deslizamento dos átomos, escorregando uns sobre os outros no cristal. Este deslizamento tende a acontecer preferencialmente ao longo de planos/direções específicos do cristal que são os de mais alta densidade atômica. Para as propriedades de transporte: Em certos materiais, a estrutura atômica em determinados planos causa o transporte de elétrons e/ou acelera a condução nestes planos, e, relativamente, reduz a velocidade em planos distantes destes. A notação para os planos utiliza os índices de Miller, que são obtidos da seguinte maneira: 
1. Obtém-se as intersecções do plano com os eixos 2. Obtém-se o inverso das intersecções 3. Multiplica-se para obter os menores números inteiros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Densidade Atômica Linear 
A equivalência direcional está relacionada à densidade atômica linear, no sentido de que direções equivalentes possuem densidades lineares idênticas. (Igual ao fator de empacotamento em uma dimensão). 
Comprimento total de átomos = número total de átomos * Raio de 1 átomo. Comprimento de uma direção = (aresta) -> obs: nem sempre será a. 
DAL = Comprimento total de átomos / Comprimento de uma direção 
 
Densidade Atômica Planar 
Análogo ao fator de empacotamento atômico, que corresponde à densidade volumétrica dos átomos, podemos definir a densidade atômica planar como: 
Área total de átomos = (número total de átomos) * (área de 1 átomo) Área do plano = (lado) x (lado) do plano em questão -> obs: nem sempre será a^2. 
DAP = Área total de átomos / Área do plano 
As densidades linear e planar são considerações importantes que estão relacionadas com o processo de deslizamento – isto é, o mecanismo segundo o qual os metais se deformam plasticamente. 
 
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 Materiais Cristalinos e Não-Cristalinos 
Monocristais: Para um sólido cristalino, quando o arranjo periódico e repetido de átomos é perfeito ou se estende ao longo da totalidade da amostra, sem interrupção, o resultado é um monocristal. Todas as células unitárias encadeiam-se da mesma maneira e têm a mesma orientação. Portanto, quando o material é formado por um único cristal (uma única orientação cristalina), ou grão, ele é chamado de monocristal. 
Policristais: A maioria dos sólidos cristalinos é composta por uma coleção de muitos cristais pequenos ou grãos; tais materiais são chamados policristais ou de policristalinos. A orientação cristalográfica varia de grão para grão. Além disso, existem algumas combinações atômicas dentro da região onde dois grãos se encontram, esta área é chamada de contorno do grão. 
Sólidos amorfos: Sólidos não-cristalinos são carentes de um arranjo atômico regular e sistemático ao longo de distâncias atômicas relativamente grandes. Algumas vezes, esses materiais são chamados amorfos (significando, literalmente, sem forma). 
 
 Capítulo 4 
Todos os materiais contêm grandes números de uma variedade de defeitos ou imperfeições. Por “defeito cristalino” designamos uma irregularidade na rede cristalina com uma ou mais das suas dimensões da ordem de um diâmetro atômico. Podem ser: Defeitos Pontuais (dimensão zero); Defeitos Lineares (dimensão um); Defeitos Interfaciais (dimensão dois) e Defeitos Volumétricos (dimensão três). obs: - É praticamente impossível obter um material infinitamente puro. Sempre haverá impurezas presentes na rede cristalina. - Para formar defeitos é necessário dispor de energia. Normalmente esta energia é dada na forma de energia térmica. Isto quer dizer que quanto maior a temperatura, maior será a concentração de defeitos. - Os defeitos são muito importantes, pois permite desenhar e criar novos matérias com a combinação desejada de propriedades. 
 Defeitos Pontuais 
O mais simples dos defeitos de pontos é uma lacuna ou vacância, isto é, está faltando um átomo no sítio normalmente ocupado. Lacunas são formadas durante a solidificação e também como um resultado de vibrações atômicas, que causam o deslocamento de átomos a partir de seus sítios normais na rede. Obs: - Quanto maior a energia térmica (ou temperatura), maior será a chance de átomos saírem de suas posições, deixando um vazio (vacância) em seu lugar. Um auto-intersticial é um átomo do cristal que é comprimido (empurrado) para dentro de um sítio intersticial, um pequeno espaço vazio que sob condições ordinárias não é ocupado. Em metais, um auto-intersticial introduz distorções relativamente grandes na rede circundante porque o átomo é substancialmente maior do que a posição intersticial em que está situado. Consequentemente, a formação deste defeito não é altamente provável, e ele existe em concentrações muito pequenas, que são significativamente menores do que aquelas para vacâncias. 
Defeitos de ponto de impurezas são encontrados em soluções sólidas, que são de 2 tipos: substitucionais e intersticiais. No caso dos defeitos substitucionais (ou soluções sólidas substitucionais), os átomos do soluto ou átomos de impurezas tomam o lugar dos átomos hospedeiros ou os substituem. Um exemplo de uma solução sólida substitucional é encontrada para cobre e níquel. Para soluções sólidas intersticiais, os átomos de impureza preenchem os espaços vazios ou interstícios que existem entre os átomos hospedeiros. Para materiais metálicos que possuem fatores de empacotamento atômico relativamente elevados, essas posições intersticiais são relativamente pequenas. Consequentemente, o diâmetro atômico de uma impureza intersticial deve ser substancialmente menor do que o diâmetro dos átomos hospedeiros.O carbono forma uma solução sólida intersticial quando adicionado ao ferro; a concentração máxima de carbono é de cerca de 2%. 
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A presença de impurezas gera uma mistura entre os átomos das impurezas e os do material, gerando uma solução sólida. “Solvente” representa o elemento que está presente em maior quantidade, e o termo “soluto” é usado para indicar um elemento que está presente em menor concentração. Os metais mais familiares não são altamente puros; ao contrário, eles são ligas, nas quais os átomos de impurezas foram adicionados intencionalmente para conferir características específicas ao material. Ordinariamente, a formação de ligas é utilizada em metais para aumentar a resistência mecânica e sua resistência à corrosão. Obs: Um material só é considerado puro quando as impurezas existentes no mesmo não afeta suas propriedades (ex: 99,9999% de Fe). Para que haja total miscibilidade entre dois metais, é preciso que eles satisfaçam as regras de Hume-Rothery:  Seus raios atômicos não difiram de mais de 15%.  Tenham a mesma estrutura cristalina.  Tenham eletronegatividades similares.  Tenham a mesma valência. 
 Defeitos Lineares 
Uma discordância é um defeito linear em tordo do qual alguns dos átomos estão desalinhados. - São responsáveis pelo comportamento mecânico dos materiais quando submetidos a cisalhamento. - São responsáveis pelo fato de que os metais são cerca de 10 vezes mais “moles”. - Existem dois tipos fundamentais de discordâncias: Discordância em linha ou aresta e Discordância em hélice ou espiral. 
Discordância em linha: é um defeito linear que se centra ao redor da linha que é definida ao longo da extremidade do meio-plano extra de átomos. Esta é às vezes denominada linha de discordância, que, para a discordância de aresta na Figura 4.3, é perpendicular ao plano da página. Os átomos acima da linha de discordância na Figura 4.3 estão espremidos juntos e aqueles abaixo da discordância se encontra puxados para um longe do outro; isto está refletido na ligeira curvatura para os planos verticais de átomos quando eles se fletem ao redor deste meio-plano extra. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Discordância em hélice: pode ser considerado como sendo formado por uma tensão cisalhante que é aplicada para produzir a distorção mostrada na figura: a região anterior superior do cristal é deslocada uma distância atômica para a direita em relação à fração inferior. 
 
Discordância mista: A maioria das discordâncias encontradas em materiais cristalinos não é provavelmente nem uma discordância puramente aresta nem uma discordância puramente espiral, porém, exibe componentes que são característicos de ambos os tipos; essas são conhecidas por discordâncias mistas. A magnitude e a direção da distorção da rede cristalina que está associada com uma discordância são expressas em termos de um vetor de Burgers. 
 
 
Obs: A magnitude e a direção da distorção da rede cristalina que está associada com uma discordância são expressas em termos de um vetor de Burgers, representado por um b. 
As linhas escuras na imagem seguinte são discordâncias em uma liga de alumínio. 
 
 
 
 
 
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 Defeitos Interfaciais 
Defeitos interfaciais são contornos que têm 2 dimensões e normalmente separam regiões dos materiais que têm diferentes estruturas cristalinas e/ou orientações cristalográficas. Estas imperfeições incluem superfícies externas, contornos de grão, contornos de maclas, falhas de empilhamento e contornos de fases. 
Um dos contornos mais óbvios é a superfície externa, que é considerada como uma imperfeição visto que ela representa o contorno ao longo do qual a estrutura do cristal termina. Átomos da superfície não estão ligados ao número máximo de vizinhos mais próximos e estão, portanto, num estado de maior energia do que os átomos nas posições do interior. 
 
Um outro defeito interfacial, o contorno de grão é contorno que separa dois pequenos grãos ou cristais tendo diferentes orientações cristalográficas em materiais policristalinos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Um contorno de macla é um tipo especial de contorno de grão através do qual existe uma específica simetria de rede especular; isto é, átomos de um lado do contorno estão localizados em posições de imagem de espelho dos átomos que estão do outro lado. A região de material entre estes contornos é apropriadamente denominada uma macla (twin). 
 
 
 
 
 
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 Defeitos Interfaciais Diversos 
Outros defeitos interfaciais possíveis são as falhas de empilhamento, os contornos de fases e as paredes de domínio ferromagnético. As falhas de empilhamento são encontradas em metais CFC quando existe uma interrupção na sequência de empilhamento ABCABCABC... de planos estreitamente compactados. Os contornos de Fase existem em materiais multifásicos através do qual existe uma mudança repentina em características físicas e químicas. Para materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos, o contorno que separa regiões tendo diferentes direções de magnetização é denominado uma parede de domínio. 
 Defeitos Volumétricos ou de Massa 
Existem outros defeitos em todos os materiais sólidos que são muito maiores do que aqueles discutidos até aqui. Estes incluem poros, trincas, inclusões estranhas e outras fases. Elas são normalmente introduzidas durante as etapas de processamento e de fabricação. 
 Capítulo 6 
O comportamento mecânico de um material reflete a relação entre a sua resposta ou deformação a uma carga ou força que esteja sendo aplicada. Algumas propriedades importantes são: a resistência, a dureza, a ductilidade e a rigidez. As propriedades mecânicas dos materiais são verificadas pela execução de experimentos de laboratório. Dentre os fatores a serem considerados incluem-se a natureza da carga aplicada e a duração da sua aplicação, bem como as condições ambientais. 
 Conceitos de Tensão e Deformação 
Se uma carga é estática ou varia de maneira relativamente lenta com o tempo e está aplicada uniformemente sobre uma seção reta ou superfície de um elemento estrutural, o comportamento mecânico pode ser determinado por um teste simples de tensão-deformação; este teste é muito comumente conduzido para metais à temperatura ambiente. Existem três maneiras principais segundo as quais uma carga pode ser aplicada: tração, compressão e cisalhamento. Ensaios de Tração: Um grande número de propriedades pode ser derivado de um único tipo de experimento, o teste de tração. Neste tipo de teste um material é tracionado e se deforma até fraturar. Mede-se o valor da força e do alongamento a cada instante, e gera-se uma curva tensão-deformação. 
 
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Deformação Elástica: Não é permanente. Uma vez cessados os esforços, o material volta à sua forma original. Deformação Plástica: É permanente. Uma vez cessados os esforços, o material não volta à sua forma original. 
 Módulo de Elasticidade: Na fase elástica, se dividirmos a tensão pela deformação, em qualquer ponto, obteremos sempre um valor constante, chamado de módulo de elasticidade. A expressão matemática dessa relação é: , onde E é a constante que representa o módulo de elasticidade. O módulo de elasticidade é a medida da rigidez do material. Quanto maior for o módulo, menor será a deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão e mais rígido será o material. Esta propriedade é muito importante na seleção de matérias para fabricação de molas. (Lei de Hooke) Escoamento: Terminada a fase elástica, tem início a fase plástica, na qual ocorre uma deformação permanente no material, mesmo que se retire a força de tração. No início da fase plástica ocorre um fenômeno chamado escoamento. O escoamento caracteriza-se por uma deformação permanente no material sem que haja aumento de carga, mas com aumento de velocidade de deformação. Durante o escoamento a carga oscila entre valores muito próximos uns dos outros. Limite de Escoamento: é a tensão máxima queo material suporta ainda no regime elástico de deformação, se houver algum acréscimo de tensão o material começa a sofrer deformação plástica. 
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Limite de Resistência: Após o escoamento ocorre o encruamento, que é um endurecimento causado pela quebra de grãos que compõe o material quando deformados a frio. O material resiste cada vez mais à tração externa, exigindo uma tensão cada vez maior para se deformar. Nessa fase, a tensão recomeça a subir, até atingir um valor máximo num ponto chamado de limite de resistência (B). Limite de Ruptura: Continuando a tração chega-se à ruptura do material, que ocorre num ponto chamado limite de ruptura (C). Note que a tensão no limite de ruptura é menor que no limite de resistência, devido a diminuição da área que ocorre no corpo de prova depois que atinge a carga máxima. Ductilidade: é a capacidade que o material apresente de deformar-se plasticamente ou permanentemente antes da sua ruptura. Obs: materiais dúcteis são normalmente mais tenazes do que materiais frágeis. 
 Estricção: é a redução percentual da área da seção transversal do corpo de prova na região onde vai se localizar a ruptura. A estricção determina a ductilidade do material, quanto maior for a porcentagem de estricção, mais dúctil será o material. 
 
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Tenacidade: é a capacidade de um material absorver energia até a sua fratura. 
 Resiliência: é a capacidade de um material absorver energia quando ele é deformado elasticamente e depois, com o descarregamento, ter essa energia recuperada. Materiais de alta resiliência possuem alto limite de escoamento e baixo módulo de elasticidade, sendo os ideais para uso em molas. Dureza: é uma medida de resistência de um material a uma deformação plástica localizada (por exemplo, uma pequena impressão ou um risco). Os ensaios de dureza são realizados com mais frequência do que qualquer outro ensaio mecânico por diversas razões: 
1. Eles são simples e baratos 2. O ensaio é não-destrutivo 3. Outras propriedades mecânicas podem ser estimadas a partir de dados obtidos para ensaios de dureza. 
Exemplos de ensaios de dureza: Ensaios de Dureza Rockwell; Ensaios de Dureza Brinell; Ensaios de Microdureza Knoop e Vickers 
Obs: tanto o limite de resistência à tração como a dureza são indicadores da resistência de um metal à deformação plástica. Consequentemente, eles são praticamente proporcionais. 
 
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 Capítulo 7 
 
 Mecanismos de deformação plástica 
- Quando a tensão supera a de escoamento iniciam-se as rupturas das ligações químicas e os movimentos atômicos no interior dos materiais. 
- Essa deformação é permanente e não modifica o reticulado atômico. 
- Como os átomos tem uma tendência a rolarem uns sobre os outros, são os esforços de cisalhamento os responsáveis pelos movimentos atômicos. Estes esforços de cisalhamento que são uma resultante dos esforços externos aplicados como tentativa a deformação. 
- Desta forma, mesmo os esforços externos sendo de tração ou compressão, as tensões responsáveis pela deformação plástica serão as de cisalhamento. 
- No caso dessas forças, as tensões de cisalhamento responsáveis pela deformação serão componentes desses valores externos. 
- Observou-se que a força necessária na prática, para se fazer um plano escorregar sobre outro era 20x menor que o valor teórico calculado. 
- Isso se deve a presença de um defeito em linha que todos os materiais cristalinos possuem chamado de discordâncias. 
- Discordâncias são planos incompletos de átomo gerados no momento da cristalização devido à má formação dos planos vizinhos 
Obs: Há dois tipos de discordância: discordância em linha e discordância em hélice. 
 
 
 
 
 
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 Movimento de Discordâncias 
- O principal mecanismo da deformação plástica é o movimento de discordâncias. 
- O processo pelo qual a deformação plástica é produzida mediante o movimento de uma discordância é chamado de escorregamento; o plano cristalográfico ao longo do qual a linha da discordância se movimenta é o plano de escorregamento. 
- Virtualmente, todos os materiais cristalinos contêm algumas discordâncias que foram introduzidas durante o processo de solidificação, durante a deformação plástica e como consequência das tensões térmicas que resultam de um resfriamento rápido. 
 
 Características das Discordâncias 
- Várias características das discordâncias são importantes em relação às propriedades mecânicas dos metais. Essas incluem os campos de deformação que existem ao redor das discordâncias, que são importantes na determinação da mobilidade das discordâncias, bem como suas habilidades em se multiplicar. 
- Os campos de deformação ao redor de discordâncias que se encontram próximas umas das outras podem interagir de tal forma que sejam impostas forças sobre cada discordância pelas interações combinadas de todas as suas discordâncias vizinhas. 
- As interações entre discordâncias são possíveis entre discordâncias aresta, espiral, e/ou mista, e para uma variedade de orientações. 
- Esses campos de deformação e forças associadas são importantes nos mecanismos de aumento de resistência para os metais. 
- Durante a deformação plástica, o número de discordâncias aumenta drasticamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 Sistemas de Escorregamento 
- As discordâncias não se movem com o mesmo grau de facilidade sobre todos os planos cristalográficos de átomos e em todas as direções cristalográficas. 
- As discordâncias se movem preferencialmente em direções e planos de maior densidade atômica entre as existes no sistema cristalino. 
- Para uma estrutura cristalina específica, o plano de escorregamento é aquele plano que possui empacotamento atômico mais denso, isto é, que possui maior densidade planar. A direção de escorregamento corresponde à direção, neste plano, que se encontra mais densamente compactada com átomos, isto é, aquela que possui a maior densidade linear. 
- Podem existir vários sistemas de escorregamento para uma estrutura cristalina particular: Os metais com estrutura CFC têm 12 sistemas de alta densidade; Os metais CCC tem 48 sistemas, mas com menor densidade atômica, são menos “eficientes” que os CFC; Os metais HC tem 12 sistemas. 
- Metais com estrutura cristalinas CFC e CCC possuem um número relativamente grande de sistemas de escorregamento (pelo menos 12). Esses metais são bastante dúcteis, pois uma extensa deformação plástica é normalmente possível ao longo dos vários sistemas. De maneira contrária, metais com estrutura HC, com poucos sistemas de escorregamento ativos, normalmente são bastante frágeis. 
 
 Deformação Plástica de Materiais Policristalinos 
- A deformação e o escorregamento em materiais policristalinos são um tanto mais complexos. Devido às orientações cristalográficas aleatórias do grande número de grãos, a direção do escorregamento varia de um grão para outro. Para cada grão, o movimento da discordância ocorre ao longo do sistema de escorregamento que possui a orientação mais favorável. 
- Metais policristalinos são mais resistentes do que seus equivalentes monocristalinos, o que significa que maiores tensões são exigidas para dar início ao escorregamento e ao consequente escoamento. 
 
 Noções Sobre Mecanismos de Aumento de Resistência em Metais 
- Importante para a compreensão dos mecanismos de aumento de resistência 
- A habilidade de um material se deformar plasticamente depende da habilidade das discordâncias para se moverem. 
- Técnicas de aumento de resistência: restringir ou impedir o movimento das discordâncias confere maior dureza e maior resistência ao material. 
 
 Mecanismos de Aumento de Resistência em Metais 
Os principais mecanismos são: Redução do tamanho de grão; Formação de liga por solução sólida; Encruamento. 
1. Aumento de Resistência pela Redução no Tamanho do Grão 
- Grãos adjacentes possuem normalmente orientações cristalográficasdiferentes e, obviamente, um contorno de grão comum. 
- O contorno de grão atua como uma barreira ao movimento das discordâncias por duas razões: 
1. Ao passar de um grão para outro a discordância deve mudar sua direção de movimentação. 2. A desordenação atômica no interior de uma região de contorno de grão irá resultar em uma descontinuidade de planos de escorregamento de um grão para dentro do outro. 
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- Um material com granulação fina (que possui grãos pequenos) é mais duro e mais resistente do que um material que possui granulação grosseira, uma vez que o primeiro possui maior área total de contornos de grãos para dificultar o movimento das discordâncias. (O limite de escoamento, varia de acordo com o tamanho do grão). 
- Também deve-se mencionar que a redução no tamanho do grão aumenta não somente a resistência e dureza, mas também a tenacidade de muitas ligas. 
2. Aumento de Resistência pela Formação de Liga 
- Os metais com pureza elevada são quase sempre mais macios e mais fracos do que as ligas compostas pelo mesmo metal de base. O aumento de concentração de impurezas resulta em um consequente aumento no limite de resistência à tração e no limite de escoamento. 
- Os átomos de soluto podem causar tanto tração (átomos menores) como compressão (átomos maiores) na rede cristalina. 
- As ligas são mais resistentes do que os metais puros, pois os átomos de impurezas que entram em solução sólida impõem geralmente deformações da rede cristalina sobre os átomos hospedeiros vizinhos. 
- Interações do campo de deformação da rede cristalina entre as discordâncias e esses átomos de impureza resultam do processo, e consequentemente, o movimento das discordâncias é restringido. 
3. Encruamento 
- É o mais antigo e provavelmente o mais utilizado dentre os mecanismos de endurecimento de metais. 
- O encruamento é o mecanismo pelo qual um material dúctil se torna mais duro e resistente depois de ter sido submetido a uma deformação plástica. 
- Durante a deformação plástica, discordâncias movimentam-se, multiplicam-se, interagem entre si formando “emaranhados”. Para que as movimentações das discordâncias ocorram passa a haver a necessidade de tensões crescentes. 
- Algumas vezes esse fenômeno também é chamado de endurecimento por trabalho. Pelo fato de a temperatura em que a deformação é efetuada ser “fria” em relação à temperatura absoluta de fusão do metal, também chamado de trabalho a frio. 
Etapas: 
1. Um material é tracionado além do seu limite de escoamento antes de ser aliviado. 2. Agora o material possui um limite de escoamento maior, mas ductilidade menor. 3. Repetindo-se o procedimento várias vezes, o material vai aumentar seu limite de escoamento e diminuir sua ductilidade continuamente até tornar-se frágil. 
Ex: Laminação. 
Encruamento e Microestrutura: 
- Deformação plástica: 
 Alteração na forma do grão;  Endurecimento por deformação plástica a frio;  Aumento da densidade de discordâncias. 
- Estas propriedades e estruturas podem ser revertidas novamente aos seus estados anteriores ao trabalho frio mediante tratamento térmico apropriado. 
 Recuperação e Recristalização  Crescimento de grão 
Ex: Recozimento. 
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 Capítulo 9  Diagrama de Fases para Metais 
- Permite a visualização da fusão e solidificação; Prediz as transformações de fases; Dá informações sobre microestrutura e propriedades mecânicas em função da temperatura e composição. 
- Em ligas metálicas, a microestrutura é caracterizada pelo número de fases presentes, suas proporções e o modo pela qual estão distribuídas ou organizadas. 
Limite de solubilidade: concentração máxima de átomos de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida. 
Fase: Uma fase pode ser definida como uma porção homogênea de um sistema que possui características físicas e químicas uniformes. Todo material puro é considerado como sendo uma fase; da mesma forma são todas as soluções sólidas, líquidas e gasosas. 
Obs: Caso a propriedade química ou física de um material é mudada, a fase e as propriedades do material mudam. 
Algumas Definições: 
 
Exemplo: (Água + Açúcar) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 Diagrama de Fases – Isomorfo 
Exemplo: Diagrama de Fases Cobre-Níquel 
 
 
 Reações Importantes nos Diagramas de Fases 
Reação Eutética: L -> α + β 
Reação Eutetóide: γ -> α + β 
Reação Peritética: α + L -> β 
Reação Peritóide: α + β -> γ 
Reação Monotética: L1 -> L2 + α
 
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 Diagrama de Fases – Eutético Binário 
Exemplo: Diagrama de Fases Cobre-Prata 
 
 Diagrama de Fases – ligas polifásicas 
Exemplo: Diagrama de Fases Cobre-Zinco 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 Diagrama de Fases – Eutetóide (Sistema Fe-C) 
 
Ferrita - Forma estável do ferro puro a temperatura ambiente. Estrutura CCC A solubilidade do carbono na ferrita é muito baixa (máximo de 0,020% a 727ºC e a temperatura ambiente é de tão somente 0,008%C). Propriedades: dúctil, magnético abaixo de 768ºC, massa específica de 7,87 g/cm3 
Austenita - Não é estável abaixo de 727ºC Estrutura CFC Solubilidade máxima de carbono na austenita de 2,14% a 1147ºC. Propriedades: dúctil e não magnética Existindo entre as temperaturas de 727ºC e 1495ºC, no caso de aços comuns. Na presença de elementos estabilizadores da austenita, esta pode até ser encontrada a temperatura ambiente (p.ex. Aços inoxidáveis austeníticos). 
Ferro - Solução sólida de carbono em ferro CCC. Existindo entre 1394 e 1538ºC (fusão do ferro puro). A solubilidade do carbono no ferro delta atinge o máximo de 0,09%C a 1495ºC.  A solubilidade máxima de carbono na ferrita é um pouco maior que na ferrita (0,09 e 0,02%, respectivamente), devido ao fato de que a ferrita  ocorre em temperaturas maiores, em que a agitação térmica da matriz de ferro é também maior, favorecendo a maior dissolução do carbono. 
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Cementita – Fe3CÉ um carboneto de ferro com estrutura ortorrômbica, de alta dureza e frágil. Forma-se quando o limite de C é excedido na ferrita  A cementita dá origem a um eutetóide de extrema importância no estudo de aços, a perlita. 
PerlitaA perlita é uma mistura específica de duas fases, formada pela transformação da austenita, de composição eutetóide, em ferrita e cementita 
 
AçosHipoeutetóides 0,02% < %C < 0,77% Hipereutetóides 0,77% < %C =< 2,11% Eutetóides %C = 0,77% 
 
 
 
 
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RESUMO MATERIAIS – P2 
 Capítulo 13 
Cerâmicas são compostos entre elementos metálicos e não-metálicos. O termo cerâmica vem da palavra grega keramikos, que significa "material queimado", indicando que as desejáveis propriedades destes materiais são normalmente encontradas através de um processo de tratamento térmico de alta temperatura denominado queima. -> Cerâmica Tradicional (Utiliza Matéria Prima Natural) e Cerâmicas Avançadas (Matéria-Prima Sintética) 
 Estruturas Cerâmicas 
Uma vez que as cerâmicas são compostas por pelo menos dois elementos, as suas estruturas cristalinas são, em geral, mais complexas do que aquelas para os metais. 
Fatores que influenciam a estrutura do cristal: 1. A Estequiometria do Cristal: o cristal deve ser eletricamente neutro, de forma que todas as cargas positivas dos cátions devem ser contrabalançadas por um número igual de cargas negativas dos ânions. (Um composto AX2 não pode se cristalizar em uma estrutura AX). 2. Tamanho relativo dos cátions e dos ânions (rc/ra): Estruturas cerâmicas cristalinas estáveis são formadas quando os ânions que estão ao redor de um cátion estão todos em contato com esse cátion. Uma vez que os elementos metálicos cedem elétrons quando ionizados, os cátions são, geralmente menores do que os ânions e, como consequência, a razão rc/ra é menor do que a unidade. Cada cátion prefere ter tantos ânions como vizinhos mais próximos quanto for possível.Os ânions também desejam um número máximo de cátions como vizinhos mais próximos. 
Estruturas Cristalinas do Tipo AX: 
Alguns dos materiais cerâmicos comuns são aqueles em que existem números iguais de cátions e de ânions. Com frequência, esses materiais são designados como compostos AX, onde A representa o cátion e X o ânion. 
Estrutura do Sal-gema: Talvez a estrutura cristalina AX mais comum seja a do tipo cloreto de sódio (NaCl) ou sal-gema. O número de coordenação tanto para os cátions quanto para os ânions é 6. A estrutura cristalina do Sal-gema pode ser considerada como composta por duas redes CFC que se interpenetram, uma composta pelos cátions e outra pelos ânions. EX: NaCl, MgO, MnS, FeO... 
 
 
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Estrutura do Cloreto de Césio: (CsCl) O número de coordenação para ambos os tipos de íons é 8. Vale ressaltar, que essa NÃO É uma estrutura cristalina CCC, uma vez que estão envolvidos íons de dois tipos diferentes. 
 
 
Estrutura da Blenda de Zinco: Uma terceira estrutura AX é aquela em que o número de coordenação é 4; ou seja; todos os íons têm coordenação tetraédrica. Essa estrutura é chamada de blenda de zinco, ou esfarelita, em função do termo mineralógico para o sulfeto de Zinco (ZnS). 
 
Estruturas Cristalinas do Tipo AmXp: 
Se as cargas dos cátions e dos ânions não forem as mesmas, poderá existir um composto com fórmula química AmXp, onde m e/ou p =/ 1. Um exemplo seria o composto AX2, para o qual uma estrutura cristalina típica é encontrada na fluorita (CaF2), que possui número de coordenação 8. 
 
 
 
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Estruturas Cristalinas do Tipo AmBnXp: 
Também é possível para os compostos cerâmicos possuírem mais do que um tipo de cátion; no caso de dois tipos de cátions (representados por A e B). 
Perovskita: Espinélio: 
 
 
 
 
Cerâmicas à base de Silicatos 
Os silicatos são materiais compostos principalmente por silício e oxigênio, os dos elementos mais abundantes na crosta terrestre; assim, a maior parte dos solos, rochas, argilas e areia se enquadra na classificação de silicatos. 
Vidros à base de Sílica: a sílica também pode existir como um sólido ou vidro não-cristalino, que possui um alto grau de aleatoriedade atômica, característico de um líquido; tal material é chamado de sílica fundida, ou sílica vítrea. (Vidros necessariamente possuem estrutura amorfa). 
 
 
 
 
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Estrutura do Carbono 
O carbono existe em diversas formas polimórficas e também no estado amorfo. As estruturas do carbono mais se aproximam na classificação de cerâmicos. 
Diamante: 
- À temperatura ambiente e pressão atmosférica, o diamante é um polimorfo metaestável do carbono. - A estrutura do Diamante é similar à Blenda de Zinco. - O Diamante possui alta Dureza e possui uma condutividade elétrica muito baixa. 
 
Grafita: 
- Um outro polimorfo do carbono é a grafita; ela possui uma estrutura cristalina que é distintamente diferente daquela exibida pelo diamante. - É mais estável do que o Diamante à temperatura e pressão ambientes. - Portanto, o que diferencia o Diamante da grafita são as suas estruturas, que consequentemente possuem propriedades diferentes. 
 
Fulerenos: 
- Outra forma polimórfica do carbono; consiste em um aglomerado esférico e oco de 60 átomos de carbono; uma única molécula é representada por C60. 
Nanotubo: 
Faz com “uma camada” da grafita. Portanto, é resistente, pois a camada da grafita é bastante resistente, mas a ligação entre as camadas é fraca (Van der Waals). Por isso, o nanotubo é muito mais resistente que a grafita. 
Grafeno: 
Muito forte, leve, quase transparente. É o material mais forte demonstrado “nanotubo aberto”. 
 
 
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 Imperfeições nas Cerâmicas 
 
Defeitos Pontuais Atômicos 
- São possíveis lacunas e intersticiais (como nos metais); - Como os materiais cerâmicos contêm íons de pelo menos dois tipos, podem ocorrer defeitos para cada espécie de íon. Porém é muito improvável ocorrer com o ânion devido ao seu tamanho. 
 
Defeito de Frenkel: pode ser considerado como um cátion que deixa a sua posição normal e se move para um sítio intersticial. Não existe alteração na carga, uma vez que o cátion mantém a mesma carga positiva como um átomo intersticial. 
Defeito de Schottky: pode ser considerado como tendo sido criado pela remoção de um cátion e de um ânion do interior do cristal. Uma vez que tanto os cátions quanto os ânions possuem a mesma carga em módulo, a neutralidade de cargas do cristal é mantida. 
 
 
 
 
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Impurezas nas Cerâmicas 
Como nos metais, átomos de impureza podem formar soluções sólidas (substitucional e intersticial) em cerâmicos. 
 
 
 Propriedades Materiais Cerâmicos 
- Frágil: são frágeis a temperatura ambiente, mas não necessariamente a altas temperaturas. - Baixa condutividade elétrica e térmica: os elétrons não são “livres” como nos metais. - Resistência à compressão: materiais cerâmicos são mais resistentes à compressão do que tração. - Resistência a ataque químico. 
Os materiais cerâmicos têm a sua aplicabilidade um tanto limitada devido às suas propriedades mecânicas, que em muitos aspectos são inferiores àquelas dos metais. A principal desvantagem é uma propensão à fratura catastrófica de maneira frágil com muito pouca absorção de energia. 
Fratura Frágil das Cerâmicas 
Na temperatura ambiente, tanto as cerâmicas cristalinas quanto as não-cristalinas quase sempre fraturam antes que qualquer deformação plástica possa ocorrer em resposta à aplicação de uma carga de tração. O processo de fratura frágil consiste na formação e na propagação de trincas ao longo da seção transversal de um material, em uma direção perpendicular à da carga aplicada. 
O grau de amplificação da tensão depende do comprimento da trinca e do raio de curvatura da extremidade da trinca. A tensão atua sobre uma estrutura que contém uma trinca, a tensão contribuirá para tornar a trinca maior. A medida da habilidade cerâmico em resistir à fratura quando uma trinca está presente é especificado em termos da tenacidade à fratura. A tenacidade à fratura em deformação plana, KIC. Para tensões de compressão, não existe qualquer amplificação de tensões associada a qualquer defeito existente. Assim, as cerâmicas frágeis exibem resistências muito maiores em compressão do que em tração. 
Para melhorar a resistência à fratura de uma cerâmica frágil é possível utilizar: Mecanismos de Tenacificação (que impede a trinca de se propagar o máximo possível) e adicionar compostos duros, por exemplo. 
 
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 Comportamento Tensão-Deformação 
 
Resistência à Flexão 
O comportamento tensão-deformação das cerâmicas frágeis não é geralmente avaliado através de um ensaio de tração, por 3 razões: 1. É difícil preparar e testar amostras que possuam a geometria exigida. 2. É difícil prender materiais frágeis sem fraturá-los. 3. As cerâmicas falham após uma deformação de apenas 0,1%, o que exige que os corpos-de-prova de tração estejam perfeitamente alinhados para evitar a presença de tensões de flexão. Dessa forma, na maioria das vezes é empregado um ensaio de flexão transversal mais adequado, onde um corpo-de-prova na forma de uma barra com seção transversal circular ou retangular é flexionado até a fratura, utilizando uma técnica de carregamento em 3 ou 4 pontos 
 
 Mecanismos de Deformação Plástica 
Embora à temperatura ambiente a maioria dos materiais cerâmicos sofra fratura antes do início da deformação plástica. A deformação plástica é diferente nas cerâmicas cristalinas e não-cristalinas. 
Cerâmicas Cristalinas No caso das cerâmicas cristalinas, a deformação plástica ocorre, como nos metais, pelo movimento de discordâncias. Uma razão para a dureza e a fragilidade desses materiais é a dificuldade do escorregamento (ou do movimento das discordâncias). Ou, pelo número limitado de sistemas de escorregamento operacionais. 
Cerâmicas Não-CristalinasNas cerâmicas não-cristalinas, a deformação plástica não ocorre pelo movimento de discordâncias, uma vez que não existe uma estrutura atômica regular. Em vez disso, esses materiais se deformam por escoamento viscoso, que é a mesma maneira pela qual os líquidos se deformam. A propriedade característica de um escoamento viscoso, a viscosidade, é uma medida da resistência de um material não-cristalino à deformação. Ex: os vidros possuem viscosidades extremamente elevadas à temperatura ambiente. 
 
 Considerações Mecânicas Diversas 
Influência da Porosidade A porosidade tem um efeito negativo sobre a resistência à flexão por dois motivos: (1) os poros reduzem a área da seção transversal através da qual uma carga é aplicada e (2) eles também atuam como concentradores de tensão – para um poro esférico isolado, uma tensão de tração aplicada é amplificada por um fator de 2. A influência da porosidade sobre a resistência é bem drástica; por exemplo, não é incomum que uma porosidade de 10%vol reduza em 50% a resistência à flexão em relação ao valor medido para o material sem porosidade. 
Obs: Muitos corpos cerâmicos contêm porosidade residual, que é negativa tanto para os seus módulos de elasticidade quanto para as suas resistências à fratura. Além de sua fragilidade inerente, os materiais cerâmicos são especialmente duros. 
 
 
 
 
 
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 Capítulo 14 
 
 Tipos e Aplicações das Cerâmicas 
Embora à temperatura ambiente a maioria dos materiais cerâmicos sofra fratura antes do início da deformação plástica. A deformação plástica é diferente nas cerâmicas cristalinas e não-cristalinas. 
Produtos à base de argila Uma das matérias-primas cerâmicas mais amplamente utilizadas é a argila. Esse insumo é muito barato e os produtos à base de argila podem ser facilmente conformados; quando misturados nas proporções corretas, a argila e a água formam uma massa plástica muito suscetível à modelagem. 
Refratários As propriedades relevantes desses materiais cerâmicos incluem a capacidade de suportar temperaturas elevadas sem se fundir ou se decompor e a capacidade de permanecer não-reativos e inertes quando expostos a ambientes severos. Além disso, a habilidade de proporcionar isolamento térmico. 
 
 Fabricação e Processamento dos Produtos à Base de Argila 
Essa classe de materiais inclui os produtos estruturais à base de argila e as louças brancas. Além da argila, muitos desses produtos também contêm outras matérias-primas Depois de conformadas, na maioria dos casos, as peças devem ser submetidas a operações de secagem e cozimento; cada uma das matérias-primas influencia as mudanças que ocorrem durante esses processos e as características da peça acabada. 
As características das argilas Em primeiro lugar, quando é adicionada água com argila, eles se tornam muito plásticos, uma condição denominada hidroplasticidade. Essa propriedade é muito importante durante as operações de conformação. 
Técnicas de fabricação MP -> moagem/homogeneização -> conformação -> secagem -> sinterização -> Produto Cerâmico 
Moagem/homogeneização: As matérias-primas extraídas tem, em geral, que ser submetidas a uma operação de moagem ou trituração, onde os tamanhos das partículas são reduzidos. 
Conformação: 
 Conformação Hidroplástica: Os minerais à base de argila, quando misturados com água, se tornam altamente plásticos e flexíveis, e podem ser moldados sem a formação de trincas; entretanto, eles possuem limites de escoamento extremamente baixos. A técnica de conformação hidroplástica mais comum é a extrusão, onde uma massa cerâmica plástica rígida é forçada através de um orifício de uma matriz que possui a geometria desejada da seção transversal. (Ex: Tijolos, tubos.)  Fundição em Suspensão: Um outro processo de conformação usado para composições à base de argila é a fundição em suspensão, ou seja, argila e/ou outros materiais não plastificáveis suspensos em água. Quando derramada dentro de um molde poroso (feito em geral de gesso-de-paris), a água de suspensão é absorvida pelo molde, deixando uma camada sólida sobre a parede do molde, cuja espessura irá depender do tempo. Na medida em que a peça fundida seca e se contrai, ela se separa (ou se libera) da parede do molde; nesse momento, o molde pode ser desmontando e a peça fundida pode ser removida. 
 
 
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Prensagem de Pós (Conformação – Compactação) Um outro método de conformação. Essencialmente, uma massa pulverizada contendo geralmente uma pequena quantidade de água ou outro aglutinante é compactada na forma desejada por aplicação de pressão. Existem três procedimentos básicos para a prensagem de pós: prensagem uniaxial, prensagem isostática (ou hidrostática) e prensagem a quente. 
 Em uma prensagem uniaxial, o pó é compactado em uma matriz metálica mediante uma pressão aplicada em uma única direção A peça conformada assume a configuração da matriz e da punção através da qual a pressão é aplicada. Esse método está restrito a formas relativamente simples; entretanto, as taxas de produção são altas e o processo é barato.  Em uma prensagem isostática, o material pulverizado está contido em um invólucro de borracha e a pressão é aplicada por meio de um fluído. São possíveis formas mais complicadas do que aquelas obtidas a partir de uma prensagem uniaxial; entretanto, a técnica isostática demanda mais tempo e é mais cara 
Tanto para o procedimento uniaxial quanto para o isostático é necessária uma operação de cozimento após a operação de prensagem. Durante o cozimento, a peça conformada se contrai e apresenta uma redução de porosidade e uma melhora na sua integridade mecânica (sinterização). 
Na prensagem a quente, a prensagem de pós e o tratamento térmico são realizados simultaneamente. O procedimento é usado para materiais que não formam uma fase líquida, exceto em temperaturas muito elevadas. Porém, é uma técnica de fabricação cara. 
 
Secagem e Cozimento Uma peça cerâmica que tenha sido conformada retém uma porosidade significativa e possui uma resistência insuficiente para a maioria das aplicações práticas. Além disso, ela pode conter algum líquido. Esse líquido é removido durante o processo de secagem; a massa específica e a resistência são melhoradas como resultado de um tratamento térmico à alta temperatura, ou procedimento de cozimento. Um corpo que tenha sido conformado e seco, mas que não tenha sido cozido, é denominado cru. As técnicas de secagem e de cozimento são críticas, uma vez que defeitos que normalmente tornam a peça imprestável (ex: trincas) podem ser introduzidos durante a operação. 
Secagem: À medida que um corpo cerâmico à base de argila seca, ele também apresenta alguma contração. Nos estágios iniciais da secagem, as partículas de argila estão virtualmente envolvidas e separadas uma das outras por uma fina película de água. Conforme a secagem progride e a água é removida, a separação entre as partículas diminui, o que se manifesta como contração. 
Cozimento: Após a secagem, um corpo é geralmente cozido em uma temperatura entre 900 e 1400C. Durante a operação de cozimento, a massa específica é aumentada ainda mais (com uma consequente diminuição na porosidade) e a resistência mecânica é melhorada. Quando materiais à base de argila são aquecidos até temperaturas elevadas, ocorrem algumas reações consideravelmente complexas e intrincadas. Uma dessas reações é a vitrificação, que consiste na formação gradual de um vidro líquido que flui para o interior e preenche parte do volume dos poros. A vitrificação aumenta na medida em que a temperatura de cozimento aumenta. 
 
 
Queima X Sinterização A Queima possui 3 estágios: 1. Processos Pré-sinterização 2. Sinterização 3. Resfriamento 
 
 
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 Capítulo 15 
 
 Moléculas Poliméricas 
As moléculas nos polímeros são gigantescas em comparação às moléculas de hidrocarbonetos até aqui discutidas; devido aos seus tamanhos, elas são chamadas frequentemente de macromoléculas. Essas longas moléculas sãocompostas por entidades estruturais chamadas de unidades repetidas (ou mero), as quais se repetem sucessivamente ao longo da cadeia. O termo monômero se refere à pequena molécula a partir da qual um polímero é sintetizado. 
Quando todas as unidades repetidas ao longo de uma cadeia são do mesmo tipo, o polímero resultante é chamado de homopolímero. Quando composta por duas ou mais unidades repetidas diferentes é denominado copolímero. 
 Peso Molecular 
Pesos moleculares extremamente elevados são observados nos polímeros com cadeias muito longas. Durante o processo de polimerização, nem todas as cadeias poliméricas crescem até o mesmo comprimento; isso resulta em uma distribuição de comprimentos de cadeias ou de pesos moleculares. (Aí tem as fórmulas champz) 
 
 Estruturas Poliméricas 
 
 
 
 
 
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 Polímeros Termoplásticos e Polímeros Termofixos 
Polímeros Termoplásticos: amolecem quando são aquecidos e endurecem quando resfriados, processos que são totalmente reversíveis e que podem ser repetidos. Obs: a maioria dos polímeros lineares e aqueles que possuem algumas estruturas ramificadas com cadeias flexíveis são termoplásticos. 
Polímeros Termofixos: eles se tornam permanentemente duros durante a sua formação e não amolecem com um aquecimento subsequente. Os polímeros termofixos são, em geral, mais duros e mais resistentes do que os termoplásticos e possuem uma melhor estabilidade dimensional. Obs: os polímeros com ligações cruzadas e em rede, os quais incluem as borrachas vulcanizadas, os epóxis, etc, são predominantemente termofixos. 
 Cristalinidade dos Polímeros 
O grau de cristalinidade dos polímeros pode variar desde completamente amorfo até quase totalmente cristalino (mas, nunca chega a ser totalmente cristalino – polímeros semicristalinos); como comparação, amostras metálicas são quase sempre inteiramente cristalinas, enquanto muitos cerâmicos são ou totalmente cristalinos ou totalmente não-cristalinos. 
Para polímeros lineares, a cristalização é obtida com facilidade, pois existem poucas restrições para prevenir o alinhamento das cadeias. Quaisquer ramificações laterais interferem na cristalização, de modo que os polímeros ramificados nunca são altamente cristalinos; de fato, muitas ramificações podem prevenir por completo a cristalização. A maioria dos polímeros em rede e com ligações cruzadas é quase totalmente amorfa, pois as ligações cruzadas previnem que as cadeias poliméricas se rearranjem e se alinhem em uma estrutura cristalina. Uns poucos polímeros com ligações cruzadas são parcialmente cristalinos. 
Em relação aos estereoisômeros, os polímeros atáticos são difíceis de cristalizar; no entanto, os polímeros isotáticos e sindiotáticos cristalizam muito mais facilmente, pois a regularidade da geometria dos grupos laterais facilita o processo de ajuste das cadeias adjacentes. 
Para os copolímeros, como regra geral, quanto mais irregulares e aleatórias forem os arranjos das unidades repetidas (meros), maior será a tendência para o desenvolvimento de um material não-cristalino. 
 
 Cristais Poliméricos 
Foi proposto que um polímero semicristalino consiste em pequenas regiões cristalinas (cristalitos), as estão entremeadas por regiões amorfas. 
Muitos polímeros que são cristalizados a partir de uma massa fundida são semicristalinos e forma a estrutura esferulita. A esferulita consiste em um agregado de cristalitos com cadeias dobradas em formato de fita (lamelas). 
 
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 Capítulo 16 
 
 Comportamento Tensão-Deformação 
Tipicamente, são encontrados três tipos diferentes de comportamento tensão-deformação para os materiais poliméricos. A curva A ilustra o comportamento tensão-deformação para um polímero frágil, mostrando que este fratura enquanto se deforma elasticamente. O comportamento de um material plástico, curva B, é semelhante ao de muitos materiais metálicos; a deformação inicial é elástica, e esta é seguida pelo escoamento e por uma região de deformação plástica. Finalmente, a deformação exibida pela curva C é totalmente elástica; essa elasticidade típica da borracha (grandes deformações que podem ser recuperadas) é exibida por uma classe de polímeros denominada elastômeros. 
 
 
As características mecânicas dos polímeros são muito mais sensíveis a mudanças de temperatura do que dos metais, por exemplo. O aumento da temperatura produz (1) uma diminuição no módulo de elasticidade, (2) uma redução no limite de resistência à tração, (3) uma melhora na ductilidade. 
 
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 Fatores que influenciam as propriedades mecânicas dos Polímeros 
- Peso molecular: caso aumente, também aumento o limite de resistência à tração. - Grau de Cristalinidade: Maior grau de cristalinidade -> Maior Resistência -> material se torna mais frágil. - Pré-Deformação por Estiramento: Em termos comerciais, uma das técnicas mais importantes utilizadas para aprimorar a resistência mecânica e o módulo de tração consiste em se deformar o polímero permanentemente em tração. - Tratamento Térmico: tratamento térmico (ou recozimento) de polímeros semicristalinos leva a modificações no tamanho e na perfeição dos cristalitos, bem como na estrutura esferulita. 
 
 Deformação Viscoelástica 
Um polímero amorfo pode se comportar como um vidro em temperaturas baixas, como um sólido com as características de uma borracha em temperaturas intermediárias [acima da temperatura de transição vítrea] e como um líquido viscoso, para temperaturas altas. 
Em temperaturas intermediárias, o polímero é um sólido com as características de uma borracha, que exibe características mecânicas que são uma combinação desses dois extremos; essa condição é denominada viscoelasticidade. 
 
 
 
 
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 Módulo de Relaxação Viscoelástico 
O comportamento viscoelástico dos materiais poliméricos dependem tanto do tempo quanto da temperatura. 
 
O comportamento log Er(10) versus temperatura para materiais poliestirênicos tendo várias configurações moleculares. A curva para o material amorfo (curva C) é a mesma da Figura 16.12. Para um poliestireno atático com ligações cruzadas numa leve extensão (curva B), a região elastomérica forma um patamar que se estende até à temperatura na qual o polímero se decompõe. Para mais extensas ligações cruzadas, a magnitude do valor Er(10) do patamar também aumentará. Materiais de borracha ou elastoméricos exibem este tipo de comportamento e são ordinariamente utilizados em temperaturas dentro desta faixa de patamar. 
 
39 
Também mostrado na Figura 16.13 está a dependência em relação à temperatura para um poliestireno isotático cristalino (Curva A). O decréscimo em Er(10) em Tg é muito menos pronunciado do que aquele de outros materiais poliestirênicos e o módulo de relaxação é mantido num valor relativamente alto com o aumento da temperatura até que a sua temperatura de fusão Tm seja aproximada. 
 
 Deformação de Elastômeros 
Uma das propriedades fascinantes dos materiais elastoméricos é a sua elasticidade semelhante à de uma borracha. Ou seja, eles possuem habilidade de serem deformados a deformação bastante grandes e então retornarem elasticamente, tais como molas, às suas formas originais. Em um estado sem tensões, um elastômero será amorfo e composto por cadeias moleculares com ligações cruzadas que são altamente torcidas, dobradas e espiraladas. A deformação elástica, mediante a aplicação de uma carga de tração, é simplesmente o alinhamento parcial e o resultante alongamento das cadeias na direção da tensão. Com a liberação da tensão, as cadeias se enrolam novamente, voltando as conformações que existiam antes da aplicação da tensão. Parte da força motriz para a deformação elástica é um parâmetro termodinâmico chamado de entropia, quando esticado, um elastômero apresenta um aumento na temperatura. 
Para que um polímero seja elastomérico: (1) Ele não deve cristalizar com facilidade; (2) as rotações das ligações da cadeia devem ser relativamente livres;(3) O surgimento da deformação plástica deve ser retardado; (4) O elastômero deve estar acima de sua temperatura de transição vítrea. 
Obs: abaixo da sua Tg (Tv), um elastômero se torna frágil. 
 
 Vulcanização 
O processo de formação de ligações cruzadas nos elastômeros é chamado de vulcanização e é realizado por uma reação química irreversível, conduzida normalmente em uma temperatura elevadas. 
 
 Fenômenos da Cristalização, Fusão e Transição Vítrea em Polímeros 
Três fenômenos que são importantes em relação ao projeto e ao processamento dos materiais poliméricos são a cristalização, a fusão e a transição vítrea. A cristalização é o processo segundo o qual, durante o resfriamento, uma fase cristalina é produzida a partir de um líquido fundido que possui uma estrutura molecular altamente aleatória. A fusão é o processo inverso, que ocorre quando um polímero é aquecido. O fenômeno da transição vítrea ocorre com os polímeros amorfos ou que não podem ser cristalizados, os quais, quando são resfriados a partir de um líquido fundido, se tornam sólidos rígidos. 
 
 Síntese e Processamento de Polímeros 
As grandes macromoléculas dos polímeros comercialmente úteis devem ser sintetizadas a partir de substâncias que possuem moléculas menores, em um processo denominado polimerização. Além disso, as propriedades de um polímero podem ser modificadas e aprimoradas através da inclusão de aditivos. 
- Polimerização por adição (só adiciona) - Polimerização por condensação (envolve mais de uma espécie monomérica e existe usualmente um subproduto de pequena massa molar tal como a água, que é eliminado). 
 
Métodos de conformação: Moldagem por compressão, moldagem por transferência, moldagem por injeção, moldagem por extrusão, moldagem por insuflação.