Principio Mate revisao Av2

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PRINCÍPIO DA CIÊNCIA E TEC. DOS MATERIAIS
Iran Aragão
AULA RAV2
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OBJETIVO DA AULA
Ao final desta aula, você deverá:
Ter revisado alguns dos pontos importantes das aulas 6 a 10.
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Introdução
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Aço-carbono: Liga de ferro (Fe) e carbono (C), contendo entre 0,05 e 2,0% de C;
Aços-liga: Aços com adição de outros elementos químicos (Cr, Ni, Mn, etc.);
Ferro fundido: Liga de ferro (Fe) e carbono (C), contendo entre 2,0 e 6,7% de C.
Estrutura do Ferro (Fe)
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Estrutura cúbica de corpo centrado (CCC)
Estrutura cúbica de face centrada (CFC)
Estrutura do Ferro (Fe)
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ALOTROPIA:
Fenômeno que consiste em um elemento poder cristalizar-se em diferentes formas cristalinas.
Material Alotrópico
δ


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Ferrita (α - alfa).
Solução sólida de carbono em CCC, caracteriza-se pela baixa solubilidade de carbono no ferro, chegando ao máximo de 0,0218% à 727 °C.
Austenita ( - gama).
Solução sólida de carbono em Fe CFC;
Ferrita (δ - delta).
Solução sólida de carbono em ferro CCC, sendo estável até 1538 °C, quando a ferro se liquefaz. A solubilidade do carbono é baixo, atingindo um máximo de 0,09% a 1495 °C. quando não houver referência contrária, o termo ferrita, subentenderá a ferrita α.
Cementita (Fe3C).
É um carboneto de ferro de alta dureza existente até o teor de carbono de 6,69%.
Estrutura do Ferro (Fe)
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Fusibilidade
			Metal Sólido  Metal Fundido
Todo metal é fusível, mas, para ser industrialmente fusível, é preciso que tenha um ponto de fusão relativamente baixo e que não sofra, durante o processo de fusão, oxidações profundas, nem alterações na sua estrutura e homogeneidade.
Propriedades
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Maleabilidade
 É a característica apresentada pelo material em se deformar plasticamente sob ação de uma pressão ou choque, compatível com a sua resistência mecânica.
Ductilidade
corresponde a elongação total do material devido à deformação plástica, antes da ruptura;
Pode ser compreendido também com a capacidade de ser tornar fio;
Soldabilidade
 É a propriedade que certos metais possuem de se unirem, após aquecidos e suficientemente comprimidos.
Propriedades
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Temperabilidade
É a propriedade que determina a profundidade e distribuição da dureza produzida pela têmpera.
Usinabilidade ou maquinabilidade
É a capacidade de se deixar trabalhar em máquinas operatrizes (torno, fresadora, plaina...).
Tenacidade
Corresponde à capacidade do material absorver energia até sua ruptura.
Propriedades
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Resiliência
Corresponde à capacidade do material em absorver energia quando este é deformado elasticamente.
Propriedades
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Efeito do elemento carbono nos aços. Quanto maior o teor de carbono, observa-se:
Aumento da resistência mecânica
Limite de resistência
Limite de escoamento
Diminuição do alongamento
Aumento da dureza (que expressa sua resistência a deformações permanentes e está diretamente relacionada com a força de ligação dos átomos; capacidade de um material "riscar“ ou penetrar o outro.)
Redução da tenacidade
Menor facilidade na soldagem
Aços Carbono
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Aplicações 
1) 0,05% a 0,15% de C (extra doce)
Chapas, fios, parafusos, tubos trefilados e produtos de caldeiraria
2) 0,15% a 0,30% (doce)
Barras laminadas e perfiladas, arruelas e outros órgãos de máquinas.
3) 0,30% a 0,40% (meio doce)
Peças especiais de máquinas, motores e ferramentas para agricultura
4) 0,40% a 0,60% (meio duro)
Peças de grande dureza, ferramentas de corte, molas e trilhos
5) 0,60% a 1,5% (duro e extra duro) 
Peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, etc.
Aplicações do aço Carbono
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A introdução de outros elementos de liga nos aços carbono é feita quando se deseja um ou diversos dos seguintes efeitos:
aumentar a dureza e a resistência mecânica;
conferir resistência uniforme através de toda a seção em peças de grandes dimensões;
diminuir o peso (conseqüência do aumento da resistência) de modo a reduzir a inércia de uma parte móvel;
conferir resistência à corrosão;
aumentar a resistência ao calor;
aumentar a resistência ao desgaste;
aumentar a capacidade de corte;
melhorar as propriedades elétricas e magnéticas
Aplicações dos Aços Liga
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Quatro algarismos para designar os aços;
Os dois últimos algarismos  teor de carbono
Os dois primeiros algarismos indicam o tipo e a quantidade aproximada dos elementos da liga;
Quando o primeiro algarismo é 1, os aços são simplesmente aços-carbono, desprezando seus teores mínimos de manganês, silício, fósforo, e enxofre. Neste caso, esses teores são considerados iguais a zero;
 SAE 1 0 4 0
Nomenclatura dos aços
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Nomenclatura dos aços
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Classificação quanto ao primeiro número dos 4 algarismos:
Nomenclatura dos aços
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Exemplos: Classifique os aços quanto a porcentagem dos elementos de liga.
SAE 2350
 
SAE 5130
 
SAE 9220
 
Nomenclatura dos aços
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Exemplos: Classifique os aços quanto a porcentagem dos elementos de liga.
SAE 2350
Aço ao níquel com 3% de níquel e 0,50% C;
SAE 5130
Aço ao cromo com 1% de cromo e 0,30% de C; 
SAE 9220
Aço ao silício – manganês com 2% de Si-Mn e 0,20% C. 
Nomenclatura dos aços
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Nomenclatura dos aços
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ENADE 2008
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ENADE 2008
Conformação em Metais
1. Estiramento
2. Extrusão
3. Forjamento
4. Trefilação 
5. Laminação
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ENADE 2008
1. Estiramento
 É a operação que consiste na aplicação de forças de tração, de modo a esticar o material sobre uma ferramenta ou bloco (matriz). 
 Neste processo, o gradiente de tensões é pequeno, o que garante a quase total eliminação do efeito mola. 
 Como predominam tensões trativas, grandes deformações de estiramento podem ser aplicadas apenas para materiais muito dúcteis. 
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ENADE 2008
2. Extrusão
Processo de conformação por compressão em que o metal é forçado a fluir através de uma determinada abertura para produzir uma seção desejada. O processo é semelhante ao apertar um tubo de creme Dental. Em geral, a extrusão é usada para produzir peças longas de seções transversais uniformes
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ENADE 2008
3. Forjamento
Processo de deformação em que o material é comprimida entre duas matrizes
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ENADE 2008
4. Trefilação 
Seção transversal de uma barra, vara ou fio é reduzida, puxando-a através da abertura de uma matriz. Semelhante ao de extrusão, exceto o trabalho. É puxado através da matriz (na extrusão é empurrado).
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ENADE 2008
5. Laminação
Processo de deformação em que o material de trabalho é reduzido por forças de compressão exercidas por dois cilindros opostos
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RECOZIMENTO
 Seus principais objetivos são:
 Remover tensões devidas a um tratamento mecânico a quente ou a frio.
 Diminuir a dureza.
 Diminuir a resistência mecânica.
 Aumentar a ductibilidade.
 Ajustar o tamanho do grão, etc.
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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RECOZIMENTO
 pode ser: Total ou Isotérmico
 deve-se evitar velocidades muito altas devido ao risco de distorções
 aços com maiores teores de carbono possuem limites de resistência e dureza maiores, bem como menores alongamentos ao final do recozimento.
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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NORMALIZAÇÃO
 resfriamento mais lento com o objetivo de obter uma granulação mais fina
 tem o objetivo de aumentar os limites de escoamento e resistência do material, bem como, diminuir o seu alongamento e a estricção
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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TÊMPERA
 Seus principais objetivos são:
 aumentar a dureza.
 aumentar a resistência à tração, à compressão e ao desgaste, .
 aumentar o limite de escoamento
 diminuir o alongamento, estricção, ductibilidade, o limite de elasticidade e etc.
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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TÊMPERA
Severidade de têmpera ou ou ainda número de Grossmann (H) através da “constante” definida pela relação
H = h/2k, h é função da área e dif de temp
sendo h o coeficiente de transferência de calor entre a peça e o meio de
arrefecimento e k a condutibilidade térmica do aço; ambos são função da temperatura, embora assumidos por Grossmann como constantes.
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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TÊMPERA
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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REVENIDO
 Consiste em reaquecer a peça temperada até uma temperatura conveniente abaixo da zona crítica e esfriá-la lentamente, preferencialmente. O revenido é usado como intuito de corrigir alguns defeitos da têmpera quando se manifesta uma dureza ou fragilidade excessiva. O revenido só se aplica aos aços temperados
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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REVENIDO
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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REVENIDO 
 Nos pequenos trabalhos o aquecimento pode ser feito apoiando-se a peça polida, em um bloco de aço aquecido ao rubro. O forte calor produz na peça uma coloração que varia à medida que a temperatura aumenta (cores de revenimento).
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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REVENIDO
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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RESUMINDO
TRATAMENTOS TÉRMICOS
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Para ocorrer a corrosão, são necessários alguns fatores combinados. São eles: área anódica, área catódica, eletrólito e circuito metálico.
→ ÁREA ANÓDICA
Onde ocorrerá reações de oxidação do metal.
CORROSÃO
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ÁREA CATÓDICA
Área onde ocorrerá reações de redução.
CORROSÃO
ELETRÓLITO
Fluido condutor que transporta a corrente elétrica do anodo ao catodo.
CIRCUITO METÁLICO
Condutor que transporta a corrente elétrica do anodo ao catodo.
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Estudo dos Processos Corrosivos
→ Material Metálico: Composição química, presença de impurezas, processo de obtenção, tratamentos térmicos e mecânicos, estado da superfície, geometria da peça, união de materiais (soldas, rebites, etc), contatos com outros metais.
→ Meio Corrosivo: Composição Química, concentração, impurezas, PH, teor de O2, P.
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Estudo dos Processos Corrosivos
→ Condições Operacionais: Solicitações mecânicas, movimento relativo material metálico/meio, condições de imersão no meio – total ou parcial, meio de proteção, operação – contínua ou intermitente.
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Estudo dos Processos Corrosivos
De acordo com o meio corrosivo e o material, há três diferentes mecanismos para os processos corrosivos:
→ MECANISMO QUÍMICO
→ MECANISMO MICROBIOLÓGICO
→ MECANISMO ELETROQUÍMICO
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Estudo dos Processos Corrosivos
 Mecanismo Químico
 
 O meio não é iônico, a corrosão se dá em material metálico/não metálico a temperaturas elevadas por gases ou vapores e, em ausência de umidade (corrosão seca) e do meio corrosivo, não há geração de corrente elétrica.
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Estudo dos Processos Corrosivos
 Mecanismo Eletroquímico
Reações químicas que envolvem transferência de carga ou elétrons através de uma interface ou eletrólito.
Casos de corrosão em materiais metálicos quando em presença de eletrólitos (solubilizado em água ou fundido).
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Estudo dos Processos Corrosivos
 Mecanismo Microbiológico
 ↓
Processa-se sob influência de microrganismos (bactérias, fungos, algas, etc.).
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Estudo dos Processos Corrosivos
 Mecanismo Eletroquímico
O meio é iônico, envolvendo os íons da água (corrosão úmida): corrosão em água ou soluções aquosas, corrosão atmosférica, corrosão no solo, corrosão em sais fundidos.
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Passivação
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Estudo dos Processos Corrosivos
Os princípios da passivação baseiam-se na cinética eletroquímica, que resulta da formação de películas protetoras sobre a superfície de metais por imposição de correntes anódicas.
 A passividade pode ser simplesmente definida como a perda de reatividade química sob certas condições do meio.
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Noções de tipos de fraturas de materiais
O processo de fratura é normalmente súbito e catastrófico, podendo gerar grandes acidentes.
Envolve duas etapas: formação de trinca e propagação.
Pode assumir dois modos:
 DÚCTIL FRÁGIL
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DÚCTIL 
O material se deforma substancialmente antes de fraturar. 
O processo se desenvolve de forma relativamente lenta à medida que a trinca propaga.
Este tipo de trinca é denominado estável porque ela para de se propagar, a menos que haja um aumento da tensão aplicada no material.
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DÚCTIL
 A ductilidade dos materiais é função da temperatura e da presença de impurezas. Materiais dúcteis se tornam frágeis à temperatura mais baixas. Isso pode gerar situações desastrosas caso a temperatura de teste do material não corresponda à temperatura efetiva de trabalho.
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FRÁGIL
O material se deforma pouco antes de fraturar.
O processo de propagação de trinca pode ser muito veloz, gerando situações catastróficas.
A partir de um certo ponto, a trinca é dita instável porque se propagará mesmo sem aumento da tensão aplicada sobre o material.
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CONCEITUAÇÃO POR FADIGA
Fadiga é um tipo de falha que ocorre em materiais sujeitos à tensão que varia no tempo.
A falha pode ocorrer a níveis de tensão substancialmente mais baixos do que o limite de resistência do material. 
É responsável por ≈ 90% de todas as falhas de metais, afetando também polímeros e cerâmicas.
Ocorre subitamente e sem aviso prévio.
A falha por fadiga é do tipo frágil, com muito pouca deformação plástica.
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Fatores que afetam a vida de fadiga
→ Nível médio de tensão:
Quanto maior o nível médio de tensão, menor é a vida.
→ Efeitos de superfície:
A maior parte das trincas que iniciam o processo de falha se origina na superfície do material. Isso implica que as condições da superfície afetam fortemente a vida de fadiga.
Projeto da superfície: evitando cantos vivos.
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Fatores que afetam a vida de fadiga
Tratamento da superfície: eliminar arranhões ou marcas através do polimento; tratar a superfície para gerar camadas mais duras – carbonetação – e que produzem tensões compressivas que compensam parcialmente a tensão externa.
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ALUMÍNIO
 O alumínio é um metal leve (2,7 kgf/dm³), macio, porém resistente, não cria faíscas quando exposto a atrito.
 É um metal muito maleável e muito dúctil, tornando-se apto para a mecanização e para a fundição, além de ter uma excelente resistência à corrosão e durabilidade devido à camada protetora de óxido (Al2O3).
MATERIAIS NÃO FERROSOS
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ALUMÍNIO 
 Com excelente laminação, o alumínio é um metal considerado comercialmente puro com teores de 99,0%, apresentando baixa dureza. 
MATERIAIS NÃO FERROSOS
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ALUMÍNIO
 Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, especialmente na aeronáutica. Entretanto, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduzem, sobremaneira, o seu campo de aplicação.
MATERIAIS NÃO FERROSOS
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ALUMÍNIO
 O processo de transformação exige muita energia, sendo a proporção 1 : 14 000, ou seja, para cada 1 tonelada de alumínio extraído, necessita-se de 14 000 KWH de energia elétrica. Daí, tira-se a necessidade urgente de reciclagem do alumínio já produzido, pois a demanda energética é 95% menor, além de que, para se decompor na natureza, são necessários em torno de 400 anos.
MATERIAIS NÃO FERROSOS
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ALUMÍNIO
 Devido à elevada afinidade para o oxigênio, não é costume encontrá-lo como substância elementar, mas, sim, em formas combinadas tal como o óxido 
MATERIAIS NÃO FERROSOS
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LIGAS DE ALUMÍNIO
 Excelente maquinabilidade: elevada velocidade de corte, reduzidos tempos e baixos custo de maquinação.
 Grande resistência à Corrosão.
 Excelente condutibilidade Térmica e Elétrica.
 Resistência Mecânica variando de 9 a 70kgf/mm2.
 Algumas ligas são mais resistentes que o aço, o que favorece ao projetista na análise da relação Peso-Resistência.
MATERIAIS NÃO FERROSOS
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LIGAS DE ALUMÍNIO
 Elementos de Liga: Cobre, Manganês, Magnésio, Silício, Zinco e Níquel
 Permitem bom acabamento superficial,
aceitando revestimento protetores.
MATERIAIS NÃO FERROSOS
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LIGAS DE ALUMÍNIO
 Entre as de maior interesse industrial, cabe mencionar o duralumínio, formado por 93,2 a 95,5% de alumínio, cobre, manganês, magnésio e, em alguns tipos, silício; as ligas de alumínio e magnésio, tem seu uso graças à sua elevada resistência à corrosão e soldabilidade; e as ligas de alumínio e silício, devido à sua elevada resistência mecânica e peso reduzido, também usado na fabricação de componentes elétricos.
MATERIAIS NÃO FERROSOS
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NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS TRABALHADAS
   XXXX
X1 elemento majoritário da liga
X2 zero se é liga normal
		1, 2 e 3 indica uma variante específica da liga normal (como teor mínimo e máximo de um determinado elemento) 
X3 e X4 são para diferenciar as várias ligas do grupo. São arbitrários
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Alumínio >99% de pureza 	  1XXX
Cobre					  2XXX
Manganês				  3XXX
Silício					  4XXX
Magnésio				  5XXX
Magnésio e Silício		 	  6XXX
Zinco				 	  7XXX
Outros elementos			  8XXX
NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS TRABALHADAS
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Alumínio não ligado 	 	1000
O segundo algarismo indica modificações nos limites de impurezas
Os dois últimos algarismos representam os centésimos do teor de alumínio
Ex: 1065  Al com 65% de pureza
NOMENCLATURA ALLUMINUM ASSOCIATION (AA) e ASTM PARA LIGAS TRABALHADAS
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“F”	como fabricado, não sofreu tratamento nenhum
“O”	sofreu recozimento para recristalização para eliminar o encruamento
“H” ligas que sofreram tratamento mecânico para encruamento
“T”	ligas que sofreram tratamento térmico
“W” solubilizada e estocada
NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS TRANSFORMAÇÕES ESTRUTURAIS 
LIGAS TRABALHADAS
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“H” 	LIGAS QUE SOFRERAM TRATAMENTO MECÂNICO PARA ENCRUAMENTO
HXX
X1= refere-se as operações sofridas  1, 2(recozimento parcial), 3 (estabilizado)
X2= dá o grau de encruamento  2,4,6,8
NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS TRANSFORMAÇÕES ESTRUTURAIS 
LIGAS TRABALHADAS
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2  1/4 duro 		 6 3/4 duro 
4  1/2 duro		 8  duro 
“H12” 1/4 duro (menor redução em área no trabalho a frio)
“H14” 1/2 duro (menor redução em área no trabalho a frio)
“H16” 3/4 duro (menor redução em área no trabalho a frio)
“H18 duro (75 % de redução em área)
“H19” extra-duro (redução intensa em área)
“H22, H24” encruado e depois recozido parcialmente
“H32, H34” encruado e então estabilizado
NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA DAS TRANSFORMAÇÕES ESTRUTURAIS 
LIGAS TRABALHADAS
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SIMBOLOGIA PARA LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE
T1 Esfriada de uma temperatura elevada de um processo de conformação mecânica e envelhecida naturalmente.
T2 Recozida (ligas de fundição)
T3Tratada termicamente para solubilização e então trabalhada a frio.
T4 Tratada termicamente para solubilização e então envelhecida a temperatura ambiente.
T5 Envelhecida artificialmente (sem TT). Apenas esfriado do estado de fabricação.
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SIMBOLOGIA PARA LIGAS TRATÁVEIS TERMICAMENTE
T6Tratado por solubilização e então envelhecido artificialmente
T7 Tratado por solubilização e então estabilizado.
T8 Tratado por solubilização, trabalhado a frio e envelhecido artificialmente
T9 Tratado por solubilização envelhecido artificialmente e encruado por trabalhado a frio. 
T10Envelhecido artificialmente (sem tratamento prévio) e trabalhado a frio.
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DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Monômero: Composto químico cuja polimerização irá gerar uma cadeia de polímero.
→ Grau de Polimerização (DP): É o número de unidades monoméricas presentes na molécula do polímero.
→ Crosslink ou ramificações: Ligações químicas cruzadas entre cadeias de polímeros. Muitas cadeias podem se ligar uma nas outras formando uma rede de polímeros.
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DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Polímeros naturais: 
		proteínas: junção de moléculas de aminoácidos;
		celulose: junção de moléculas de beta-glicose;
		amido: junção de moléculas de alfa-glicose;
→ Polímeros artificiais: plásticos em geral;
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DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Polímerização por adição:
		A condição básica é que haja ligações duplas de átomos de carbono; 
→ Polietileno: é o polímero mais importante produzido industrialmente a partir do eteno. Em reatores na presença de catalizador e peróxidos, produz polietileno de alta densidade e de baixa densidade; 
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DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Polímerização por condensação:
		Ocorre entre grupamentos funcionais: ácidos carboxílicos e aminas, bem como ácidos carboxílicos e álcoois; 
→ Poliamida (Nylon 66): derivado da reação do ácido hexanodióico e o 1-6 diaminhexano;
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Tipos de Polímeros
 
 → TERMOPLÁSTICOS
 → ELASTÔMEROS
 → TERMOFIXOS
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Polímeros Termoplásticos
Plásticos.
Mais encontrados no mercado.
Podem ser fundidos diversas vezes.
Alguns dissolvem-se em vários solventes.
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Polímeros Elastômeros
Borrachas.
Classe intermediária entre os termoplásticos e termofixos.
Não sofrem fusão.
Difícil reciclagem.
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Polímeros Termofixos
Rígidos e frágeis.
Estáveis à variação de temperatura.
O aquecimento decompõe o polímero.
Difícil reciclagem.
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Até a próxima aula!
Bom Estudo!
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