76709 Aulas Introdução CM e Cristalografia 1 34

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INTRODUÇÃO A CIÊNCIA DOS 
MATERIAIS 
Prof. Laécio Gomes Galdino 
 
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO 
MARANHÃO 
Campus Imperatriz 
PLANO DE AULA 
• ELETROMECÂNICA – Integrado ao Ensino 
Médio 
• Disciplina: TECNOLOGIA DOS MATERIAIS 
CHT: 60 horas-aula. CHS: 03 horas-aula-semanais. 
 
• Prof. Engº. Ind. Mec. Laécio Gomes Galdino 
• Mestre em Materiais e Doutor em Eng. Mec. 
• E-mail: lggaldino@yahoo.com.br 
 lggaldino@ifma.edu.br 
 
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• Objetivos: 
 
• Desenvolver no discente o conhecimento 
para a classificação dos materiais de 
fabricação mecânica através de suas 
propriedades, assim como, nos tratamentos 
térmicos aplicados a metais ferrosos e 
ensaios mecânicos de materiais. 
 
• Bases Tecnológicas ou Científicas: 
• Introdução à tecnologia mecânica (10-h.a); 
• Produtos metalúrgicos (10-h.a); 
• Propriedades físicas e químicas dos materiais 
(15-h.a); 
• Tratamentos térmicos aplicados aos materiais 
metálicos (10-h.a); 
• Ensaios mecânicos (15-h.a). 
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• Procedimentos Metodológicos: 
• Aulas expositivas com demonstrações; 
• Material didático (apostilas e slides); 
• Atividades práticas desenvolvidas em sala de 
aula com acompanhamento do professor; 
• Práticas em laboratório didático; 
• Visitas Técnicas (caso seja disponibilizado); 
• Análise de relatórios técnicos. 
• Recursos: 
• Quadro branco, marcador e apagador; 
• Material áudio-visual; 
• Slides em Data Show; 
• Material didáticos por meio dos livros 
referenciados na bibliografia proposta; 
• Laboratórios correlatos a área da tecnologia dos 
materiais. 
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PROCEDIMENTOS DE AVALIAÇÃO: 
• Avaliação contínua, por meio de parâmetros 
quantitativos e qualitativos conforme proposta didática 
definida pela escola e ajustada pelo professor segundo 
as características do grupo de alunos no decorrer dos 
conteúdos; 
 
• Atividades de pesquisa individuais, avaliação teórica 
com nota aprovativa de média (7,0) e relatórios de visitas 
técnicas caso seja disponibilizada; 
 
• Sugestões complementares a serem propostas pela 
turma. 
• Referências: 
• Divididas por tópicos e repassadas segundo a 
evolução dos conteúdos. 
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SUMÁRIO GERAL 
• SUMÁRIO – 1: 
• INTRODUÇÃO A CIÊNCIA DOS MATERIAIS E 
CRISTALOGRAFIA; 
 
• SUMÁRIO – 2: 
• TRATAMENTOS TÉRMICOS (Sob Avaliação); 
 
• SUMÁRIO – 3: 
• ENSAIOS MECÂNICOS DE MATERIAIS. 
SUMÁRIO - 1 
1 – INTRODUÇÃO 
2 – CLASSIFICAÇÃO E PROCESSAMENTO DOS 
MATERIAIS 
3 – ESTRUTURA DA MATÉRIA 
3.1 - Conceitos de Cristalografia 
3.2 - Células Cristalográficas 
 e Sistemas Cristalinos 
3.3 - Definição de Planos e Direções Cristalográficas 
4 - DETERMINAÇÃO DA ESTRUTURA DE UM CRISTAL 
5 - ESTUDO DO FATOR DE EMPACOTAMENTO 
6 - DEFEITOS EM CRISTAIS 
7 - DIAGRAMAS BINÁRIOS 
REFERÊNCIAS 
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REFERÊNCIAS 
• Jacobus W. Swart 
• CCS e FEEC - UNICAMP 
• Van Vlack. Princípio de Ciência dos Materiais. 
• CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: uma 
introdução. Livros Técnicos e Cientificos Editora S.A. Riio de 
Janeiro – RJ, 2002. 
• CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica. Mc Graw-Hill do 
Brasil, São Paulo – SP, 1914. 
• SHECKELFORD, James F.; GÜMES, Alfredo. Introducción a la 
ciência de materiales para ingenieros. Editora Prentice Hall, 
São Paulo – SP, 4ª ed., 1998. 
• NASH, Willian Arthur. Resistência dos Materiais. Mc Graw-Hill 
do Brasil, São Paulo – SP, 1922. 
• GARCIA, Amauri; SPIM, Jaime Álvares; SANTOS, Carlos 
Alexandre dos. Ensaios dos Materiais. LTC – Livros Técnicos e 
Científicos Editora S/A, Rio de Janeiro – RJ, 2000. 
• SMITH, William F. Princípio de ciência e engenharia dos 
materiais. Mc Graw-Hill, Portugal, terceira ed., 1998. 
1 - INTRODUÇÃO 
A Engenharia de Materiais pode ser dividida 
em alguns segmentos que, embora possam ser 
tratados independentemente, estão interligados. 
Eng. de Materiais e Metalurgia 
Caracterização Processos (Obtenção) 
Propriedades / Uso Extração / Síntese 
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2 - CLASSIFICAÇÃO E PROCESSAMENTO DOS MATERIAIS 
Siderurgia 
(Ind. do Ferro) 
Metais 
não-Ferrosos 
Cerâmicos 
Polímeros 
Compósitos 
Extração / 
Síntese 
Estrutura/ 
Propriedade / 
Desempenho 
Processos 
Físicos 
Processos 
Químicos 
Processamento 
Usinagem 
Conformação 
Fundição 
Metalurgia do pó 
Convencionais 
Termoplásticos 
CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAIS OPERAÇÕES 
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Metálicos 
(Metalurgia) 
Caracterização 
Ensaios 
Processos 
de 
Fabricação (do 
prod. acabado) 
ENGENHARIA 
DE 
MATERIAIS 
Diversas 
formas 
LIGAÇÕES ATÔMICAS 
• Interação atômica 
• Se tivermos dois átomos hipotéticos, cuja carga 
elétrica seja neutra, presume-se que estes não 
se afetarão mutuamente por causa da 
neutralidade da força electromagnética entre si. 
• A distribuição de cargas no átomo se dá de 
forma diversa. 
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• A carga negativa é externa, a carga positiva é 
interna, isto ocorre por que os elétrons orbitam o 
núcleo. 
• Quando aproximamos dois átomos, mesmo 
estando em perfeita neutralidade interna, estes 
se repelem, se desviam ou ricocheteiam. 
1) LIGAÇÃO IÔNICA 
 Normalmente ocorre entre metal e ametal. 
É um tipo de ligação química baseada na atração eletrostática entre 
dois íons carregados com cargas opostas. Na formação da ligação 
iônica, um metal doa um elétron, devido a sua baixa eletronegatividade 
formando um íon positivo ou cátion. 
 No sal de cozinha, as ligações entre os íons sódio e cloreto são 
iônicas. 
Ex.: Na+ Cl- tornando-se NaCl 
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PROPRIEDADES DO COMPOSTOS IÔNICOS: 
• sólidos em temperatura ambiente; 
• altíssima temperatura de fusão e ebulição; 
• solúveis em água (maioria); 
• isolantes no estado sólido; 
• condutores elétricos quando fundidos ou em 
solução aquosa (íons livres); 
• duros e quebradiços. 
2) LIGAÇÃO METÁLICA 
• Ocorre entre metais, formando a "nuvem de 
elétrons livres", que mantém os átomos 
unidos. 
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PROPRIEDADES DO COMPOSTOS 
METÁLICOS: 
• maioria sólidos na temperatura ambiente, 
com exceção do mercúrio (Hg); 
• altas temperaturas de fusão e ebulição; 
• condutores de eletricidade (elétrons livres); 
• insolúveis em água; 
• brilho, maleáveis e dúcteis. 
 
3) LIGAÇÃO COVALENTE 
• Ocorre entre ametais, através do 
compartilhamento de elétrons não 
emparelhados. 
• Ex.: Entre Cl e Cl 
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FORÇA DE VAN DER WAALS 
• A carga eletrônica, não se distribui de maneira 
uniforme, algumas partes da superfície atômica 
são menos negativas que outras. 
• Em função disto, a carga positiva que se encontra 
no interior do átomo infiltrar-se-á pelas áreas 
menos negativas externas, por isso haverá uma 
débil atração eletrostática entre os dois átomos 
chamada de força de Van der Waals. 
 
Ligações de Van de Waals no 
PVC 
(entre duas moléculas 
distintas) 
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PONTE DE HIDROGÊNIO 
• É um caso especial de ligação entre moléculas 
polares. 
• É o também um tipo de ligação secundária. 
• Ocorre entre moléculas em que o H está ligado 
covalentemente ao flúor (como no HF), ao 
oxigênio (como na água) ou ao nitrogênio (por 
exemplo, NH3). 
Ponte de hidrogênio 
na 
molécula da água 
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
• Metálicos – Englobam todos os metais tanto 
ferrosos quanto não ferrosos. Osmetais 
podem ainda ser divididos entre metais 
preciosos (ouro, paládio, platina e prata), 
metais básicos (são a maioria: alumínio, 
cobre, estanho, zinco, etc.), metais 
estratégicos (tório, silício, urânio) e metais 
refratários (tungstênio, vanádio, tântalo e 
nióbio). 
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Bloco de motor em liga de alumínio 
fundido (material em desenvolvimento) 
Ford Motor Company 
CERÂMICOS 
• Alguns produtos são cerâmicas em sua 
origem: tijolo, telhas, azulejo, porcelanas de 
banheiro e até o vidro. Cerâmicos são bons 
isolantes elétricos e térmicos. 
• Obs.: Materiais refratários são materiais que 
resistem bem ao calor e por isso são muito 
usados em revestimento de fornos. 
Normalmente são cerâmicos. Já os metais 
refratários são metais que possuem alta 
temperatura de fusão. 
 
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POLÍMEROS 
• Polímero: material orgânico ou inorgânico, natural ou 
sintético, de alto peso molecular, formados por muitas 
macromoléculas, sendo que cada uma destas 
macromoléculas deve possuir uma estrutura interna onde 
há a repetição de pequenas unidades chamadas meros 
(unidades de repetição); 
 
• O termo polímeros vem de: poli = muitas e meros = partes, 
unidades de repetição; o termo polímero é massivo, sendo 
utilizado para designar o material cuja composição é 
baseada em um conjunto de cadeias poliméricas, e cada 
uma das muitas cadeias poliméricas que formam o polímero 
é uma macromolécula formada por união de moléculas 
simples ligadas por covalência. 
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Polietileno de Alta Densidade 
(polímero) 
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COMPÓSITOS 
• Compósitos são materiais formados pela 
combinação de dois ou mais materiais distintos que 
mantém as suas propriedades individuais e sem 
que haja interação química intencional entre eles, 
ou seja, são formados pela mistura de pelo menos 
dois materiais de grupos diferentes (metais + 
polímeros, cerâmicos + metais, etc). 
• O pneu é um exemplo de compósito, pois é 
formado por fibras metálicas + borracha. 
 
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MATERIAIS TRADICIONAIS DE ENGENHARIA 
– TABELA DE CLASSIFICAÇÃO – 
1ª ATIVIDADE: ESCRITA A MÃO NO 
CADERNO 
1. Defina com suas palavras as ligações químicas ditas “fortes”. 
 
2. Qual a diferença das ligações químicas anteriores para as 
forças de Van der Waals? Explique pelo ao menos 3(três) 
variações deste tipo de ligação química? 
 
3. Diferencie explicando cada uma das 4 (quatros) classes de 
materiais tradicionais apresentadas segundo a Engenharia de 
Materiais: metálicos, poliméricos, cerâmicos e compósitos e cite 
3(três) exemplos de cada uma. 
 
4. Pesquise outros materiais modernos, diferentes dos citados 
anteriormente, pelo ao menos mais 3 (três) e explique cada um. 
 
- DESAFIO - 
5. Traga uma amostra como exemplo para APRESENTAR em 
sala de aula de um dos tipos de materiais estudados nas 
questões anteriores em que você possa demostrar ou 
apresentar uma característica ou propriedade relacionada ao 
mesmo.