Unidade 1 - Revisão

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Materiais de Construção Mecânica 
CCE 0687 (2 créditos) 
 
 
 
 
Fábio Oliveira. 
fab1oliveira@ig.com.br 
2013/2. 
 
 
Ementa 
• Unidade 1 - Revisão 
• Unidade 2 – Seleção de Materiais para Projetos 
Mecânicos 
• Unidade 3 – Aços, Aços-Liga e Ferros Fundidos 
• Unidade 4 – Materiais Poliméricos 
• Unidade 5 – Materiais Cerâmicos 
Bibliografia 
• Apresentações e exercícios. 
• CALLISTER, Jr. W.D. Ciência e Engenharia dos 
Materiais. 7 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 
• CHIAVERINI, V. Aços e Ferros Fundidos. 7 ed. São 
Paulo: ABM, 2012. 
• ASKELAND, D. R. PHULÉ, P.P. Ciência e Engenharia 
dos Materiais. São Paulo: Cengage Learning, 2008. 
 
Avaliações 
• AV 1 – Prova e Seminário. 
 
• AV 2 – Prova e/ou Trabalho. 
 
• AV 3 – Prova – Todo o conteúdo da disciplina. 
Unidade 1 - Revisão 
Estrutura e Ligação Química 
Por que conhecer a 
estrutura atômica? 
• Os prótons e os nêutrons caracterizam 
quimicamente o elemento 
• Os elétrons são influenciados pelos prótons e 
nêutrons que formam o núcleo atômico 
• O tipo de ligação depende fundamentalmente 
dos elétrons 
• Muitas propriedades dos materiais dependem 
essencialmente do tipo de ligação entre os 
átomos 
Estrutura Atômica 
• Número atômico: Z = p 
 
• Número de massa: A = p + n 
 
• Isótopos: átomos de um mesmo elemento 
químico, com o mesmo número atômico e 
diferentes números de massa 
 
 
Prótio Deutério Trítio 
1H
1 1H
2 1H
3 
Z = 1 Z = 1 Z = 1 
n = 0 n = 1 n = 2 
Ligações Atômicas 
• Os átomos podem atingir uma configuração 
estável através da “doação” ou do “ganho” de 
elétrons 
 
• Elemento eletronegativo: ganha elétrons (ânions) 
 
• Elemento eletropositivo: doa elétrons (cátions) 
Ligação Iônica 
• Transferência de elétrons 
 
• Forças interatômicas fortes 
 
• Eletricamente neutros 
Ligação Covalente 
• Compartilhamento de elétrons 
 
• Forças interatômicas fortes 
 
• Elementos químicos 
não metálicos 
Ligação Metálica 
• “Mar” de elétrons 
 
• Forças interatômicas fortes 
 
• Condução térmica e elétrica 
Estruturas Cristalinas 
e Geometria dos Cristais 
Células Unitárias 
• Pequenos grupos de átomos formam um 
padrão repetitivo 
 
• Paralelepípedos ou prismas 
 
• Formam os grãos 
15 
Cúbica de Corpo Centrado (CCC) 
• Átomos dispostos nos vértices e no centro de 
um cubo 
 
• NC = 8 
 
• Ferro (ambiente), cromo, 
lítio, molibdênio, vanádio, 
etc. 
Cúbica de Face Centrada (CFC) 
• Átomos dispostos nos vértices e nos centros 
das faces de um cubo 
 
• NC = 12 
 
• Ferro (acima de 910°C), 
alumínio, cobre, chumbo, 
etc. 
Hexagonal Compacto (HC) 
• Átomos localizados em cada vértice, no centro 
das bases de um prisma e três átomos nos 
centros dos prismas triangulares 
 
• NC = 12 
 
• Zinco, magnésio, 
cobalto, etc. 
 
 
Redes Bravais 
Polimorfismo 
Direções Cristalográficas 
• Linha entre dois pontos ou um vetor 
 
 
Planos Cristalográficos 
 A notação para os planos utiliza os índices de Miller, 
que são assim obtidos: 
 Obtém-se as intersecções do plano com os eixos. 
 Obtém-se o inverso das intersecções. 
 Multiplica-se para obter os menores números 
inteiros. 
Intersecções: ½ , ∞ , 1 
Inversos: 2 , 0 , 1 
Índices de Miller: (2 , 0 , 1) 
 
Planos Cristalográficos 
Defeitos 
• Todos os materiais cristalinos reais possuem 
defeitos 
 
• Podem ser benéficos ou não 
 
• Podem influenciar as propriedades do 
material 
 
 
Lacunas 
Deficiência de 
ligações entre 
os átomos 
Menor 
distância entre 
os átomos 
Distorção na 
rede cristalina 
Acúmulo de 
energia 
• Ausência de um átomo em uma posição que 
deveria ser ocupada na estrutura cristalina 
Defeitos Intersticiais 
• Presença de um átomo em um interstício da 
estrutura cristalina 
Discordâncias 
• Defeito planar que envolve o posicionamento de 
uma série de átomos 
• Papel importante na deformação plástica 
• Permitem o escorregamento 
 de planos cristalinos que 
 produzem a deformação 
 
Contorno de Grão 
• Materiais reias não possuem estrutura cristalina com 
uma única orientação 
• Grãos de mesma fase possuem a mesma estrutura 
 diferindo apenas a orientação 
• Restringem a movimentação 
 das discordâncias 
Propriedades dos Materiais 
Por que e para que ensaiar? 
• Os ensaios determinam as propriedades mecânicas 
dos materiais 
• Simulam as condições de serviço dos materiais 
Tipos de Carga 
• Estática: carga aplicada de um modo lento e gradual 
• Dinâmica: carga aplicada de modo repentino 
• Fadiga: carga aplicada varia repetidamente 
Corpos de Prova 
Principais Instituições Normativas 
• ABNT – Associação Brasileira de Normas 
Técnicas 
 
• ASTM – American Society for Testing and 
Materials 
 
• ISO – International Organization for 
Standardization 
Ensaio de Tração 
• Consiste em submeter o material a um esforço que 
tende a alongá-lo até a ruptura 
 
Ensaio de Tração 
• CP’s 
 
 
 
Ensaio de Tração 
• Tensão x deformação 
 
 
 
Ensaio de Dureza 
• Na mecânica, trata-se da resistência à 
penetração de um material duro em outro 
 
 
 
 
Ensaio de Dureza 
Diagramas de Fases 
40 
Diagrama de Fases 
• Informa sobre a microestrutura: pode predizer 
propriedades mecânicas em função da 
temperatura e composição 
• Permite a visualizar a solidificação e fusão 
• Prevê as transformações de fases 
• Gera informações termodinâmicas e não 
apresentam qualquer consideração sobre a 
cinética das reações 
41 
Conceitos Básicos 
• Componentes: metais puros e/ou os compostos 
que compõe uma liga. Ex.: Latão Cobre e Zinco 
• Solvente: elemento que se encontra em maior 
quantidade 
• Soluto: elemento em menor concentração 
• Sistema: série de ligas compostas pelos mesmos 
componentes. Ex.: Sistema Fe-C 
42 
Conceitos Básicos 
• Sistema homogêneo: uma única fase 
• Sistema heterogêneo: mais de uma fase, onde 
cada uma delas possui propriedades 
características. Existirá uma fronteira entre as 
fases com mudança abrupta em suas 
características 
 
Sistema Cu-Ni 
43 
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 (
°C
) 
Líquido (L) 
Linha Solidus 
Composição (%p Ni) (Cu) (Ni) 
 (solução sólida 
substitucional CFC) 
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 (
°F
) 
+L 
Linha Liquidus 
Composição (%at Ni) 
Temperatura 
de fusão Cu 
Temperatura 
de fusão Ni 
44 
Determinação das 
proporções entre as fases: 
A Regra da Alavanca Inversa 
20 30 40 50
1150
1200
1250
1300
1350
 
 
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (
C
)
Composição (%p Ni)
1) Traça-se a linha de amarração 
na temperatura desejada. 
+L 
Líquido 
 
2) Determina-se a composição 
global, ou original, C0 (em termos 
de um dos componentes) da liga 
sobre a linha de amarração. 
3) Desenha-se linhas verticais dos 
pontos de interseção até o eixo 
horizontal. 
C0 
4) Mede-se as distâncias entre a 
composição global da liga até as 
fronteiras com as duas fases. 
R S 
45 
 
A fração da fase líquida, WL, é 
calculada pela razão entre a 
distância desde a composição 
global até a fronteira com a fase 
sólida e o comprimento total da 
linha de amarração. Ou seja, 
Determinação dasproporções entre as fases: 
A Regra da Alavanca Inversa 
20 30 40 50
1150
1200
1250
1300
1350
 
 
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (
C
)
Composição (%p Ni)
+L 
Líquido 
 
C0 
R S 
0
L
L
L
S
W
R S
C C
W
C C







ou
CL C 
46 
 
 Analogamente, a proporção 
da fase , W, é 
Determinação das 
proporções entre as fases: 
A Regra da Alavanca Inversa 
0 L
L
L
R
W
R S
C C
W
C C







ou
20 30 40 50
1150
1200
1250
1300
1350
 
 
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (
C
)
Composição (%p Ni)
+L 
Líquido 
 
C0 
R S 
CL C 
47 
Determinação das 
proporções entre as fases: 
A Regra da Alavanca Inversa 
 
20 30 40 50
1150
1200
1250
1300
1350
 
 
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (
C
)
Composição (%p Ni)
+L 
Líquido 
 
36,0 
R S 
31,5 42,5 
42,5 36
0,59
42,5 31,5
LW

 

36,0 31,5
0,41
42,5 31,5
W

 

48 
Exercícios 
1) Como e feito um teste de tração. Qual a 
importância desse teste? 
2) Uma liga de cobre-níquel com composição 
70%p Ni-30%p Cu é aquecida a partir de 
 1300° C. Pede-se: 
a) Em que temperatura se forma a primeira 
fração de fase líquida? 
b) Qual a composição dessa fase líquida? 
 
 
49 
Exercícios 
c) Em que temperatura ocorre a fusão completa 
da liga? 
d) Qual é a composição da última fração de 
sólido que permanece no meio, antes da 
fusão completa? 
 
 
 
50 
Exercícios