(20170313164856)24 02 2017

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CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Objetivo da Disciplina
Desenvolver no acadêmico competências gerais ou de
fundamento de área, de acordo com as unidades de ensino e
conteúdos estudados.
Foco: desenvolver as habilidades necessárias para a atuação
profissional.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Competências
Conhecer conceitos que permitam selecionar materiais
adequados para uma determinada aplicação, de modo a
atender às características de desempenho esperadas, tanto
no que se refere às características de serviço quanto aos de
processamento destes.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Ementa: 
ESTRUTURA ATÔMICA E LIGAÇÕES 
QUÍMICAS
ESTRUTURAS CRISTALINAS
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
PROCESSAMENTO E DESEMPENHO DOS 
MATERIAIS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Conteúdo Programático
Conteúdo Programático
Bibliografia Básica:
•1. ASKELAND, Donald R; WRIGHT, Wendelin J. Ciência e
engenharia dos materiais. 3. ed. São PauLo: CENGAGE Learning,
2016. 648 p.
•2. SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e 
ciência dos materiais. 5. ed. Porto Alegre: AMGH, 2012. 734 p
•3. NEWELL, James; ALMEIDA, José Roberto Moraes; Fundamentos 
da moderna engenharia e ciência dos materiais. Rio de Janeiro: 
LTC, 2015. 288 p..
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Bibliografia complementar:
•CALLISTER Jr., William D. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais, 2ª edição Local: Grupo GEN Rio de 
Janeiro 2006-09-01.
•MELCONIAN, Sarkis. Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais. São Paulo: Editora Saraiva, 2012. ISBN 
9788536505282. Disponível em: 
<http://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536505282/pages/104658486>. Acesso em: 9 jul 2015.
•PHILPOT, Timothy A. Mecânica dos Materiais: Um Sistema Integrado de Ensino. 2. ed. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 
2013. ISBN 978-85-216-2319-9. Disponível em: <http://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2319-
9/pages/71302576>. Acesso em: 9 jul 2015.
•BEER, Ferdinand P.; JOHNSTON JR,.E. Russel; MAZUREK, David F.; EISENBERG, Elliot R..Mecânica Vetorial 
para Engenheiros: Estática, 9ª Edição.Porto Alegre:Grupo A,2012. ISBN 9788580550481. Disponível em: 
<http://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580550481/pages/59744501>. Acesso em: 9 jul 2015.
•BEER, Ferdinand P. ; JOHNSTON JR., E. Russel ; DeWOLF, John T. ; MAZUREK, David F..Mecânica dos 
Materiais, 5ª edição.Porto Alegre:Grupo A,2010. ISBN 9788580550085. Disponível em: 
<http://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580554991/pages/239187567>. Acesso em: 9 jul 2015.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
CALENDÁRIO – ENGENHARIAS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Estruturas cristalinas
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
As propriedades exibidas pelos materiais é resultado
da combinação entre características atômicas :
Composição
Ligação interatômica
Estrutura cristalina
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Estrutura cristalina:
Arranjos que os átomos podem assumir quando os
materiais estão no estado sólido
Descreve uma estrutura altamente ordenada devido à
natureza dos seus constituintes em formar padrões
simétricos
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Os constituintes de um sólido podem ser dispostos de
duas maneiras:
1º - quando formam um padrão tridimensional
repetitivo de longo alcance denominado rede
cristalina, produzindo, assim, um sólido
cristalino e
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Figura 3.1 (a) Rede espacial de um sólido cristalino ideal. (b) Célula unitária e seus 
respectivos parâmetros de rede.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Figura 3.1 (a) Rede espacial de um sólido cristalino ideal. (b) Célula unitária e seus 
respectivos parâmetros de rede.
Unit Cell
Space Lattice
Os constituintes de um sólido podem ser dispostos de
duas maneiras:
2º - quando não há um padrão tridimensional
repetitivo de longo alcance formando assim um
sólido amorfo, do grego amorphos, que significa
"sem forma”
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
-
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Tabela 3.1 Classificação das redes espaciais por sistemas cristalográficos.
-
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
(W.G. Moffatt, G.W. Pearsall and J. Wulff, “The Struture and Properties of Material”, vol I: “Structure”: Wiley, 1964, p. 47)
* A célula unitária é representada por linhas cheias.
Figura 3.2 Células unitárias convencionais das 14 redes de Bravais, agrupadas por 
sistemas Cristalográficos. Os círculos indicam os nós da rede que uma vez localizados em 
faces ou em vértices, são partilhados por outras células unitárias idênticas.
22
Cubic Unit Cell
a = b = c
α = β = γ = 900
Tetragonal
a =b ≠ c
α = β = γ = 900
Simple Body Centered
Face centered
Simple Body Centered
Figure 3.2
23
Orthorhombic
 a ≠ b ≠ c
 α = β = γ = 900
Rhombohedral
 a =b = c
 α = β = γ ≠ 900
Simple Base Centered
Face Centered
Body Centered
Simple
Figure 3.2
24
Hexagonal
 a ≠ b ≠ c
 α = β = γ = 900
Monoclinic
 a ≠ b ≠ c
 α = β = γ = 900
Triclinic
 a ≠ b ≠ c
 α = β = γ = 900
Simple
Simple
Simple
Base
Centered
Figure 3.2
25
Principal Metallic Crystal Structures
90% of the metals have either Body Centered Cubic (BCC), 
Face Centered Cubic (FCC) or 
Hexagonal Close Packed (HCP) crystal structure.
HCP is denser version of simple hexagonal crystal structure.
BCC Structure FCC Structure HCP Structure
Figura 3.3 Células unitárias das principais estruturas cristalinas dos metais: (a) cúbica de 
corpo centrado, (b) cúbica de faces centradas, (c) hexagonal compacta (a célula unitária é 
apresentada com linhas grossas).
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
9,10,14,15,18,19,20,21,22
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Tabela 3.2 Alguns metais com estrutura cristalina CCC, à temperatura ambiente (20 ºC), 
e respectivos parâmetros de rede e raios atômicos.
-
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Tabela 3.3 Alguns metais com estrutura cristalina CFC, à temperatura ambiente (20 ºC), 
e respectivos parâmetros de rede e raios atômicos.
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CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Tabela 3.4 Alguns metais com estrutura cristalina HC, à temperatura ambiente (20 ºC), e 
respectivos parâmetros de rede e raios atômicos, e razão c/a.
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CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Figura 3.4 Células unitárias: (a) posições atômicas na célula unitária, (b) célula unitária 
com esferas rígidas, e (c) célula unitária isolada.
-
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Figura 3.5 Célula unitária mostrando a relação entre o parâmetro de rede a e o raio 
atômico R.
-
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Figura 3.6 Células unitárias CFC: (a) posições atômicas na célula unitária, (b) célula 
unitária com esferas rígidas, e (c) célula unitária isolada.
-
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Figura 3.7 Célula unitária CFC mostrando a relação entre o parâmetro de rede a e o raio 
atômico R. Desde que os átomos se tocam segundo as diagonais das faces, S12a 4R.
Determine a aresta da estrutura em função do raio:
a(R)
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Determine a aresta da estrutura em função do raio
a(R) = 2R√2
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Determine o volume da célula unitária:
Vc
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Determine o volume da célula unitária:
Vc = a³ = (2R√2)³
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Determine o volume da célula unitária:
Vc = a³ = (2R√2)³=16R³√2
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
-
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Tabela 3.3 Alguns metais com estrutura cristalina CFC, à temperatura ambiente (20 ºC), 
e respectivos parâmetros de rede e raios atômicos.
Determine o volume da célula unitária:
Vc = a³ = (2R√2)³=16R³√2
Fator de empacotamento atômico (FEA):Índice que varia de 0 a 1 e representa a fração do
volume de uma célula unitária que corresponde a
esferas sólidas, assumindo o modelo da esfera
atômica rígida
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Não existem estruturas cristalinas cujo FEA é igual a 1 e igual a Zero
𝐹𝐸𝐴 =
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜𝑠 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑛𝑎 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑎 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Fator de empacotamento atômico (FEA):
Índice que varia de 0 a 1 e representa a fração do
volume de uma célula unitária que corresponde a
esferas sólidas, assumindo o modelo da esfera
atômica rígida
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Não existem estruturas cristalinas cujo FEA é igual a 1 e igual a Zero
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CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Determine o FEA (CCC)
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
𝐹𝐸𝐴 =
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜𝑠 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑛𝑎 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑎 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜𝑠 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑛𝑎 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎 = 2 ×
4
3
𝜋𝑅³
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑎 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎 = 𝑎³
𝑎 =
4𝑅
3
FEA (CCC)
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
𝐹𝐸𝐴 =
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜𝑠 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑛𝑎 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑎 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜𝑠 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑛𝑎 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎 = 2 ×
4
3
𝜋𝑅³
𝑎 =
4𝑅
3
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑎 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎 = 𝑎³
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑎 𝑐é𝑙𝑢𝑙𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎 = 𝑎3 = 12,32𝑅³
𝐹𝐸𝐴 =
8,373𝑅³
12,32𝑅³
= 0,68
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Atomic Packing Factor (APF)
APF defines the amount of the unit cell occupied by atoms rather than void 
space
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CIÊNCIA DOS MATERIAIS
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CIÊNCIA DOS MATERIAIS