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* * PRINCÍP. DA CIÊNCIA E TEC. DOS MATERIAIS Iran Aragão AULA REV1 * * Os materiais sólidos são freqüentemente classificados em três grandes grupos principais: Materiais metálicos: Materiais cerâmicos: Materiais poliméricos ou plásticos: CLASSIFICAÇÃO * * » Possuem elétrons livres; » Bons condutores de eletricidade e calor; » Não transparentes; » Muito resistentes; » Facilmente deformáveis e pesados. METAIS * * » Composições de elementos metálicos e não metálicos; » Normalmente isolantes; » Duros e frágeis (quebradiços); » Resistente a altas temperaturas (refratários); CERÂMICAS * * » Compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não metálicos; » Baixa condutividade elétrica; » Tipicamente tem baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis POLÍMEROS * * LIGAÇÕES QUÍMICAS Representam a união entre os átomos de um mesmo elemento ou de elementos diferentes. Dependendo dos átomos que se unem, as ligações podem ser iônicas, covalentes, metálicas. * Ligação iônica Resulta da atração entre cátions e ânions. Todas as substâncias iônicas são sólidas. Apresentam-se na forma de cristais. * * Covalente Elétrons sendo compartilhados com átomos adjacentes; Esse tipo de ligação é comum em compostos orgânicos, por exemplo em materiais poliméricos e diamante. ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS * * AS 14 REDES DE BRAVAIS Dos 7 sistemas cristalinos podemos identificar 14 tipos diferentes de células unitárias, conhecidas com redes de Bravais. * * As redes cristalinas mais importantes: Cúbica: - Cúbica de corpo centrado (CCC); - Cúbica de face centrada (CFC). Hexagonal: - Hexagonal compacta (HC). REDES BRAVAIS * * Rede cúbica de corpo centrado (CCC) NC: Número de Coordenação, que corresponde ao número de átomos vizinhos mais próximos. * * Fator de empacotamento atômico (APF= atomic packing factor) Rede cúbica de corpo centrado (CCC) * * Rede cúbica de face centrada (CFC) a=4R * * Rede cúbica de face centrada (CFC) a=4R * * Rede Hexagonal Compacta (HC) * * Rede Hexagonal Compacta (HC) * * A temperaturas acima de 912° o Fe apresenta-se na forma alotrópica (CCC); Acima de 912° até 1394° (CFC); Acima de 1394° até 1538° (CCC). A alotropia do Fe é importante porque a forma alotrópica pode dissolver o Carbono (C) até 2%, o que tem grande significado no tratamento térmico dos aços. ALOTROPIA DO FERRO PURO * * Tipos de deformações: Elásticas: os átomos se afastam das posições originais sem ocuparem novas posições. O material retorna às suas dimensões originais, quando é cessada o motivo da deformação. Plásticas: ao retirarmos o esforço, o material não retorna às suas dimensões originais. Suas dimensões originais ficam alteradas após cessar o esforço externo. DEFORMAÇÃO * Tensão e deformação são suficientemente pequenas. A constante de proporcionalidade entre tensão e deformação denomina-se LEI DE HOOKE. S.I: Newton/metro (N/m) ELASTICIDADE * * * Diagrama Tensão - Deformação: Materiais Dúcteis Quando uma grande deformação plástica ocorre entre o limite de elasticidade e o ponto de fratura, dizemos que esse material é DUCTIL. * * Calcule a deformação elástica que acontece em um tirante que está submetido a uma força de tração de 10 000 N. O tirante tem seção circular constante cujo diâmetro vale 5 mm, seu comprimento é 0,4 m e seu material tem módulo de elasticidade valendo 2,1 x 105 N / mm2. EXERCÍCIO Δl = F . l / E . A F = 10000 ; E = 2,1 x 105 N/mm2 ; l = 400mm A = d2/4 = 3,14 x 52/4 = 19,625 mm2 l= (10000 x 400) /(210000 x 19,625) Resposta: l= 0,97 mm * EXERCÍCIO = E . = E.L/L0 L = L0/E E é obtido de uma tabela: ECu = 11.0 x 104 MPa Assim: L = 220 . 400/11.0 x 104 = 0.80 mm Uma peça de cobre de 400 mm é tracionada com uma tensão de 220 MPa. Se a deformação é considerada totalmente elástica, qual será o alongamento da peça? * * DIAGRAMA FASES Diagrama de fases da água (1 atm = 760 torr) * * DIAGRAMA FASES Diagrama de equilíbrio para o cobre (puro), indicando as condições – pressão e temperatura, onde este metal se encontra na fase sólida, líquida ou vapor (1 N/m2 = 9,868×10-6 atm; Ponto de fusão aprox 1085°C) aprox 5 p/ 1 atm no pt B; 3 p/ 0,1 atm; ebulição =2.582 ºC * * DIAGRAMA FASES * * O limite de solubilidade corresponde a concentração máxima que se pode atingir de um soluto dentro de um solvente. O limite de solubilidade depende da temperatura. Em geral, tendem a crescer juntos. SOLUBILIDADE * * SISTEMAS BINÁRIOS (características) * * Os dois componentes formam uma única solução sólida em qualquer composição. Ou seja, há solubilidade total em qualquer proporção de soluto. SISTEMAS BINÁRIOS (ISOMORFO) Diagrama Cobre-Níquel * * Reação Eutética transformação imediata de fase líquida em fase sólida. Nos sistemas eutéticos ocorre a reação, onde , durante a fusão, um líquido se transforma em dois sólidos e vice versa. Reação eutética: L (sólido 1 + sólido 2) SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO) * * SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO) * * SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO) * * Reação Eutetóide: sólido 1 (sólido 2 + sólido 3) SISTEMAS BINÁRIOS (EUTETÓIDE) * * Encruamento do grão: Forjamento: Processo de transformação de metais por prensagem ou martelamento. Laminação: Processo de deformação plástica no qual o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos em rotação. É o de maior uso em função de sua alta produtividade e precisão dimensional. CONCEITOS DE GRÃOS * * ENCRUAMENTO DO GRÃO * * Aumento do grau de encruamento: aumento limite de resistência; diminuição da dutilidade do material, ficando mais frágil e resistindo menos a esforços de impacto ENCRUAMENTO DO GRÃO * Diagrama de equilíbrio - Fe – C * Diagrama de equilíbrio - Fe – C Temperatura Formas do Ferro Tamb – 912ºC Ferrita (α – Fe, CCC) 912ºC – 1394ºC Austenita ( – Fe, CFC) 1294ºC – 1538ºC Delta Ferrita (δ – Fe, CCC) * Diagrama de equilíbrio - Fe – C Solubilidade do C no Fe Na fase α Máximo de 0.022% Na fase Máximo de 2.11 % * Diagrama de equilíbrio - Fe – C Cementita – Fe3C Composto estável que se forma nas fases α e quando a solubilidade máxima é excedida, até 6.7 wt%C. É dura e quebradiça. A resistência de aços é aumentada pela sua presença. * CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS 0-0.008wt% C – Ferro Puro 0.008-2.11wt% C – Aços (na prática <1.0 wt%) 2.11-6.7wt% C – Ferros fundidos (na prática <4.5wt%) * * Concentração Eutetóide: A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide, toda a fase se transforma em perlita (ferrita + Fe3C) de acordo com a reação eutetóide. Estas duas fases tem concentração de carbono muito diferentes. Esta reação é rápida. Não há tempo para haver grande difusão de carbono (0,77wt% C). CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS * * Concentração Hipo-Eutetóide: Inicialmente, temos apenas a fase . Em seguida começa a surgir a fase α nas fronteiras de grão da fase . A uma temperatura imediatamente acima da eutética a fase α já cresceu, ocupando completamente as fronteiras da fase . A concentração da fase α é 0.22 wt%C. A concentração da fase é 0.77 wt%C, eutetóide. CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS * * Concentração Hipo-Eutetóide: A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase se transforma em perlita (ferrita eutetóide + Fe3C). A fase α, que não muda, é denominada ferrita pro-eutetóide. CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS * * Concentração Hiper-Eutetóide: Em seguida a fase começa a surgir a fase Fe3C, nas fronteiras de grão da fase. A Concentração da Fe3C é constante igual a 6.7 wt%C. A concentração da austenita cai com a temperatura seguindo a linha que separa o campo + Fe3C do campo . A uma temperatura imediatamente acima da eutetóide a concentração da fase é 0.77 wt%C, eutetóide. CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS * * Concentração Hiper-Eutetóide: A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase se transforma em perlita. A fase Fe3C, que não muda, é denominada cementita pro-eutetóide. CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS * * Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: a) Qual a temperatura de fusão do Pb e do Sn? b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus: c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %. d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga 30-70 (70%Pb e 30%Sn) na temperatura de 200º. e) Identifique as Linhas Solvus. f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique. EXERCÍCIO * * Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: Qual a temperatura de fusão do Pb e do Sn? estanho puro 232o C e chumbo puro 320o C b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus: c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %. d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga 30-70 (70%Pb e 30%Sn) na temperatura de 200º. e) Identifique as Linhas Solvus. f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique. EXERCÍCIO * * Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus: EXERCÍCIO * * Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus: c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %. liga eutética com 63% Sn e 37% de Pb EXERCÍCIO * * Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga 30-70 (70%Pb e 30%Sn) na temperatura de 200º. EXERCÍCIO 17% – 30 % – 50 % R = 30 – 17 = 13 S = 50 – 30 = 20 L = 20/33 = 0,6061 = 0,3939 α α * * Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: e) Identifique as Linhas Solvus. EXERCÍCIO * * f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique. Especificar a liga eutética com 63% Sn e 37% de Pb, que uma liga com essa composição se comporta como uma substância pura, com um ponto definido de fusão, no caso 183o C. Esta é uma temperatura inferior a temperatura de fusão dos metais que compõem esta liga (estanho puro 232o C e chumbo puro 320o C), o que justifica sua ampla utilização na soldagem de componentes eletrônicos, onde o excesso de aquecimento deve sempre ser evitado. EXERCÍCIO * * f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique. EXERCÍCIO * * *
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