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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ – UESC Campus Prof. Soane Nazaré de Andrade – Ilhéus Prof.ª Drª. Vaneide Gomes - Materiais de Construção Mecânica - Eng. Mecânica aula 13/09/16 Materiais de Construção Mecânica EMENTA 2 • Ligas a base de ferro. • Ligas não ferrosas: alumínio, magnésio, cobre, zinco, titânio. • Materiais Cerâmicos. • Polímeros e Conjugados. • Ensaios não destrutivos REFERÊNCIAS 3 • CHIAVERINI, V. TECNOLOGIA MECÂNICA V.II Materiais de Construção Mecânica. • COLPAERT, Humbertus. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns. • DIETER, G. E. METALURGIA MECÂNICA • PADILHA, A. F. MATERIAIS DE ENGENHARIA – Microestrutura e Propriedades. REFERÊNCIAS 4 • CALLISTER J. D. Ciência e Engenharia de Materiais. Uma Introdução. • Van Vlack, L. H. Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais AVALIÇÃO 5 • 1ª - 25/10 • 2ª - 29/11 • 3ª - 20/12 6 Os materiais estão presentes na vida cotidiana em manufatura e processamento, no projeto e fabricação de componentes ou estruturas. INTRODUÇÃO 7 Desta forma na seleção de um material específico é fundamental analisar: • As características intrínsecas • as propriedades requeridas • Considerar se é facilmente reciclável 8 • Observar se o material ou sua fabricação podem causar problemas ecológicos e se • pode converter-se de maneira econômica em um componente útil 9 Faz-se necessário Conhecer os tipos de materiais disponíveis Compreender seu comportamento geral e sua capacidade de aplicação Conhecer os efeitos e as condições de serviço sobre seu desempenho 10 Por que estudar os materiais? Esta compreensão é necessária para o projeto de componentes, sistemas e processos confiáveis e econômicos que utilizam uma ampla gama de materiais Faz parte do conhecimento básico para as engenharias; 11 E as suas propriedades definem: Desempenho de um determinado componente, Processo de fabricação do mesmo 12 Tipos de Materiais • Metais • Cerâmicos • Polímeros • Compósitos • Semicondutores • Biomateriais 13 Classificação dos Materiais de Construção 14 Classificação dos Materiais de Construção 15 Os materiais sólidos podem ser classificados quanto a regularidade com que os átomos ou íons são arranjados, um em relação ao outro. ESTRUTURA DOS METAIS LIGAÇÕES QUÍMICAS – REVISÃO 16 17 • Os átomos estão quase sempre combinados por ligações químicas. • A ligação química entre átomos ocorre em busca de uma estabilidade do produto formado em comparação aos átomos isolados. 18 • Os elétrons da camada externa dos átomos (camada de valência) são os responsáveis pela formação das ligações químicas. • Então quando falamos de um metal sólido como o titânio, os átomos do metal estão interligados, resultando em produto forte. 19 • As propriedades exibidas pelos materiais dependem em grande medida do tipo de ligação existente. • O tipo de ligação vai depender do tipo de átomo. 20 Para um elemento adquirir a configuração estável de 8e- na última camada ele pode: (1) receber e- extras (2) ceder e- (3) compartilhar e- associação entre átomos Iônicas Ligações Primárias Covalentes Metálicas 21 22 23 • Um aspecto importante relacionado a ligação iônica e que ela é uma ligação não-direcional. Isso significa que no momento que o átomo se transforma em • um cátion (apos doar elétrons) ou aníon (apos receber elétrons), a carga elétrica atrai o máximo possível de cargas de sinal oposto, e não apenas uma. 24 25 • Os elétrons estão uniformemente distribuídos na estrutura. • Entretanto, os elétrons são móveis • Considerando um metal puro, os elementos metálicos no estado sólido são os de maior empacotamento atômico, ou seja, cada átomo tem uma grande quantidade de vizinhos e o espaço é ocupado de maneira eficiente por átomos. 26 • Quando um fio metálico é conectado aos terminais de uma bateria, os elétrons fluem pelo metal no sentido do terminal positivo para dentro do metal a partir da bateria no terminal negativo. • A alta condutividade térmica dos metais também e explicada pela mobilidade dos elétrons, que permite a rápida transferência de energia pelo sólido. 27 28 • Ela se dá pelo compartilhamento de elétrons entre os átomos em busca de uma configuração mais estável. ESTRUTURA DOS MATERIAIS – REVISÃO 29 30 • Os materiais sólidos podem ser classificados quanto a regularidade com que os átomos ou íons são arranjados, um em relação ao outro. 31 • A estrutura dos materiais sólidos é resultado da natureza de suas ligações químicas, a qual define a distribuição espacial de seus átomos, íons ou moléculas. 32 • A grande maioria dos materiais comumente utilizados em engenharia, particularmente os metálicos, exibe um arranjo geométrico de seus átomos bem definido, constituindo uma estrutura cristalina 33 • Nos modelos para descrição de estruturas cristalinas, os átomos são considerados esferas rígidas. Os átomos são representados como esferas rígidas 34 • Os átomos tocam os vizinhos mais próximos. • O termo rede é usado no contexto de estrutura cristalina e significa o arranjo tridimensional de pontos coincidentes com as posições atômicas, o centro dos átomos. 35 36 O que é estrutura dos materiais? É o arranjo que os átomos podem assumir no estado sólido. Exemplos: 1 - Uma caixa cheia de bolas de gude. 2 - Pilhas de laranjas no supermercado. 37 • Célula unitária: • A ordem atômica em sólidos cristalinos indica que pequenos grupos de átomos formam um padrão repetitivo. • Então, ao descrever estruturas cristalinas, geralmente e conveniente subdividir a estrutura em pequenas unidades de repetição chamadas de células unitárias 38 39 • O aspecto chave das células unitárias é que elas fornecem uma descrição geral da estrutura, pois a estrutura completa pode ser gerada pelo empilhamento repetitivo de células unitárias adjacentes face a face por todo o espaço tridimensional. 40 • A descrição de estruturas cristalinas por meio de células unitárias tem uma importante vantagem. • Todas as estruturas possíveis reduzem a um pequeno numero de geometrias de células unitárias básicas. 41 Cristalinos Não-cristalinos ou amorfos As estruturas podem ser classificadas de acordo com a regularidade na qual os átomos ou íons se dispõem em relação a seus vizinhos: 42 • Um material cristalino é aquele em que os átomos são arranjados de forma repetitiva ou periódica por distâncias correspondentes a várias distâncias atômicas (ordem a longas distâncias). 43 • Eles formam um padrão tridimensional repetitivo no estado sólido, em que cada átomo se liga a seus vizinhos mais próximos. • Os metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros formam estruturas cristalinas sob certas condições de solidificação. 44 Estes materiais CRISTALINOS, têm uma estrutura altamente organizada, em contraposição aos materiais NÃO CRISTALINOS (amorfos), nos quais não há ordem de longo alcance. 45 • Para os que não cristalizam a ordem atômica a longas distâncias está ausente, e o material é denominado não-cristalino ou amorfo. 46 Átomo de oxigênio Átomo de Silício a) Dióxido de Silício Cristalino b) Dióxido de Silício Não Cristalino 47 Material cristalino É aquele no qual os átomos encontram-se ordenados sobre longas distâncias atômicas formando umaestrutura tridimensional que se chama de rede cristalina 48 Átomos situados em um arranjo que se repete ou que é periódico ao longo de grandes distâncias atômicas. Todos os metais, muitos materiais cerâmicos e certos polímeros formam estruturas cristalinas sob condições normais de solidificação. 49 • Um material cristalino, independente do tipo de ligação encontrada no mesmo, apresenta um agrupamento ordenado de seus átomos, íons ou moléculas, que se repete nas três dimensões 50 Estrutura não-cristalina ou amorfa Não existe ordem de longo alcance na disposição dos átomos. 51 • Para os metais elas são mais simples, diferentemente dos materiais cerâmicos e poliméricos, em que se verificam, em alguns casos, estruturas complexas. 52 • Três são as estruturas cristalinas mais comuns em metais: Cúbica de corpo centrado, cúbica de face centrada e hexagonal compacta 53 SISTEMA CÚBICO Os sistema cúbico pode se apresentar em 3 diferentes tipos de repetições, ou seja: Cubico simples Cubico Fase Centrada Cubico Corpo Centrado 54 SISTEMA CÚBICO 55 56 EST. HEXAGONAL COMPACTA 57 Tipos de materiais x estruturas Metais estruturas relativamente simples. Cerâmicos estruturas complexas. Polímeros estruturas muito complexas. 58 Por quê estudar? • As propriedades de alguns materiais estão diretamente associadas à sua estrutura cristalina (ex: magnésio e berílio que têm a mesma estrutura se deformam muito menos que ouro e prata que têm outra estrutura cristalina) 59 • Explica a diferença significativa nas propriedades de materiais cristalinos e não cristalinos de mesma composição (materiais cerâmicos e poliméricos não- cristalinos tendem a ser opticamente transparentes enquanto cristalinos não) 60 • As propriedades dos materiais sólidos cristalinos depende da estrutura cristalina, ou seja, da maneira na qual os átomos, moléculas ou íons estão espacialmente dispostos. 61 • Há um número grande de diferentes estruturas cristalinas, desde estruturas simples exibidas pelos metais até estruturas mais complexas exibidas pelos cerâmicos e polímeros 62 63 As propriedades dos materiais sólidos cristalinos depende da estrutura cristalina, ou seja, da maneira na qual os átomos, moléculas ou íons estão espacialmente dispostos. 64 • Todos os campos da tecnologia, especialmente aqueles referentes à construção de máquinas e estruturas, estão intimamente ligados aos materiais e às suas propriedades. 65 • Os materiais metálicos utilizados na indústria apresentam várias propriedades, e a aplicação dos mesmos deve ser definida de acordo com o fim a que se destinam, levando em conta, principalmente, as suas propriedades. 66 • As propriedades industriais podem, segundo a sua natureza, ser divididas em 4 categorias 67 • São aquelas que definem o comportamento do material segundo um determinado esforço a que ele pode ser submetido. 68 • São as que conferem ao material uma maior ou menor facilidade de se deixar trabalhar pelos processos de fabricação usuais. 69 • Essas propriedades se relacionam com o comportamento dos materiais em face às diversas condições ambientes que as peças encontrarão durante o seu trabalho. 70
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