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CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Prof. Dr. Ranyere Lucena de Souza Aracaju, 2017 PROGRAMA C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Plano de ensino e aprendizagem Identificar o conteúdo da disciplina. Identificar a bibliografia a ser utilizada. Identificar a metodologia de ensino e formas de avaliação. C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Ementa: Introdução à Ciência dos Materiais; Classificação dos Materiais; Estruturas dos Materiais; Propriedades dos Materiais; Utilização dos Materiais; Novos Materiais. Competências e Habilidades: Ao final da disciplina o aluno será capaz de relacionar composição química, microestrutura e propriedades dos materiais, assim como, o processamento, degradação e reciclagem dos mateais para seu uso em projetos de engenharia. . PROGRAMA C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT U N ID A D E I 1.1. Introdução Histórica: - Perspectiva histórica - Ciência e tecnologia dos materiais CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 1.2. Materiais, energia e meio ambiente: - Impacto ambiental dos materiais - Sustentabilidade - Inovação tecnológicaC iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT CONTEÚDO PROGRAMÁTICO U N ID A D E I1.5. Classificação dos Materiais: - Metais - Cerâmicas - Polímeros - Compósitos - Materiais avançados 1.3. Estrutura Atômica - Conceitos fundamentais - Elétrons dos átomos 1.4. Ligações Interatômicas - Ligações primária e secundárias C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT 1.6 Estrutura Cristalina e Moleculares: - Conceitos fundamentais - Células unitárias - Polimorfismo e alotropia - Sistemas cristalinos - Pontos, direções e planos cristalográficos. 1.7 Materiais Cristalinos e Não Cristalinos: - Monocristais - Materiais policristalinos - Anisotropia - Difração de raios-x: Determinação das estruturas cristalinas - Sólidos não cristalinos CONTEÚDO PROGRAMÁTICO U N ID A D E I C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT 1.8 Imperfeições nos Sólidos: - Defeitos pontuais - Defeitos lineares - Defeitos interfaciais - Defeitos volumétricos ou de massa CONTEÚDO PROGRAMÁTICO U N ID A D E I C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za 1.9. Propriedades Físicas dos Materiais: - Propriedades mecânicas - Propriedades térmicas - Propriedades elétricas - Propriedades magnéticas - Propriedades ópticas C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT CONTEÚDO PROGRAMÁTICO U N ID A D E II C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za 2.1 Fases: - Definições e conceitos básicos - Diagrama de fases 2.2 Deformação e Ruptura: - Fratura - Fadiga - Fluência CONTEÚDO PROGRAMÁTICO C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT U N ID A D E II C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za 2.3 Corrosão e Degradação dos Materiais: - Corrosão de metais - Corrosão de materiais cerâmicos e polímeros - Reciclagem dos materiais 2.4 Aplicações de Ligas Metálicas: - Conceitos - Processamento - Aplicações C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT CONTEÚDO PROGRAMÁTICO U N ID A D E II C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za 2.5 Aplicação e Classificação dos Cerâmicos e Polímeros: - Corrosão de metais - Corrosão de materiais cerâmicos e polímeros - Reciclagem dos materiais 2.7 Reciclagem dos Materiais: 2.8 Questões Econômicas, Ambientais e Sociais na Ciência e Tecnologia de Materiais: BIBLIOGRAFIA C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT CALLISTER JR., William D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012. C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za VAN VLACK, Lawrence Hall. Princípios de ciência dos materiais. 20. reimpr. São Paulo, SP: E. Blücher, 2014 ASKELAND, Donald R., Ciência e Engenharia dos Materiais, 3 ed. cengage learning, 2015 E-BOOK SMITH, William F.; HASHEMI, Javad. Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais, 5ª Edição, 2012. Minha Biblioteca. Web. 09 August 2013. Bibliografia Complementar GARCIA, Amauri; SPIM, Jaime Alvares; SANTOS, Carlos Alexandre dos. Ensaios dos materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2000. RIBEIRO, Carmen Couto; PINTO, Joana Darc da Silva; STARLING, Tadeu. Materiais de construção civil. 3. ed. Belo Horizonte, MG: UFMG, 2011. BEER, Ferdinando P.; JOHNSTON, E. Russell. Resistência dos materiais. São Paulo: McGraw-Hill, c1982. BOTELHO, Manoel Henrique Campos. Resistencia dos Materiais Para Entender e Gostar: Um Texto Curricular. São Paulo: Studio Nobel, 1998. BIBLIOGRAFIA C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Nota da 1ª unidade programática (UP): Prova contextualizada (7,0 pontos). Participação em sala de aula, lista de exercícios (1,0 ponto) Mesa Experimental (2,0 ponto) Nota da 2ª unidade programática (UP): Prova contextualizada (7,0 pontos). Participação em sala de aula, lista de exercícios (1,0 ponto) Avaliação dos seminários (2,0 pontos) Data da Prova da Unidade I - Data da Prova da Unidade II – (21/11) C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o sM at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za (19/09) CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT 2ª Chamada: Prova contextualizada (10,0 pontos). Final Prova contextualizada (10,0 pontos). Data da Prova - Data da Prova (12/12) C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za (05/12) CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Mesa Experimental (2,0 ponto) Data: C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za (a definir) 1. Seleção de propriedades dos materiais (Sorteio). 2. Escolha do experimento a ser realizado de acordo com a propriedade escolhida. 3. Do experimento selecionado abordar os seguintes tópicos: Conceitos; Detalhamento da parte experimental; Discussão dos resultados encontrados; Associar o experimento realizado com uma pesquisa científica atual (Artigo científico). Mapa mental (Experimento e artigo) (Realizar em cartolina). Critérios de avaliação 1. Conceito 2. Nível de dificuldade do projeto 3. Organização 4. Participação da equipe 5. Associação do conceito com o artigo científico 6. Tempo de apresentação: 15 a 20 minutos 7. Postura de apresentação CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Seminário(2,0 ponto) Data: C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za (a definir) 1. Seleção da classe do material (Sorteio). 2. Escolher um material especifico da classe selecionada anteriormente. 3. Desenvolver um projeto pelo qual o material é o protagonista 4. Motivação do projeto (comparar com outros materiais) 5. Abordar seguintes os aspectos obrigatórios (no mínimo): Propriedades; Imperfeições; Falhas; Remediar as imperfeições (medidas de controle ou manutenção das possíveis falhas); Custo; CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Seminário (2,0 ponto) Data: C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za (a definir) Síntese (Como ele é sintetizado?); Impactos ambientais; Corrosão e degradação; 1. Seminário e projeto escrito. 2. Projeto (Modelo de projeto) Critérios de avaliação 1. Relevância do projeto 2. Nível de dificuldade do projeto 3. Aspectos obrigatórios 4. Organização 5. Participação da equipe 6. Tempo de apresentação: 15 a 20 minutos 7. Postura de apresentação 8. Material escrito CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Média igual ou superior a 6,0 A Média Final (MF) da disciplina é obtida pela equação: MF = [(UP1 x 4) + (UP2 x 6)] /10 Freqüência : 75% da carga horária Considera-se aprovado o aluno que obtenha: C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Perspectiva Histórica C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za PERSPECTIVA HISTÓRICA C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Idade da Pedra (2,5 milhões de anos atrás) Idade do Bronze (2000 até 1000 a.C.) - Base da metalurgia Idade do Ferro (1000 até 1 a.C.) - Substituição das ligas de bronze As civilizações antigas (pré-história) foram designadas de acordo com seu nível de desenvolvimento em relação aos materiais: C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za PERSPECTIVA HISTÓRICA C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Figura 1: Evolução histórica da ciência e tecnologia de materiais C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za PERSPECTIVA HISTÓRICA CIÊNCIA DOS MATERIAIS C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT O que são materiais ? Ciência e Tecnologia dos Materiais É a área da atividade humana associada com a geração e com a aplicação de conhecimentos que relacionem composição, estrutura e processamento dos materiais às suas propriedades e aplicações. Uma parte da matéria no universo; São as substâncias cujas propriedades as tornam utilizáveis em estruturas, máquinas, dispositivos ou produtos consumíveis. C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Ciência dos Materiais: Visa essencialmente a descoberta de conhecimentos fundamentais sobre os materiais; Trata dos fundamentos da estrutura e classificação dos mesmos. Engenharia dos Materiais: Se dedica principalmente à aplicação desses conceitos. Há, por certo, muitos cientistas e engenheiros que são especialistas em materiais (Metalurgistas, ceramistas e químicos especializados em polímeros/cerâmicas/metais/etc..) – inteiramente envolvidos com a Ciência e Engenharia de Materiais. Um importante registro assinala que a cadaseis horas do trabalho profissional de qualquer outro tipo de engenheiro, pelo menos uma hora ele lida diretamente com materiais e sua utilização. Para físicos e químicos as frações são bem mais altas. CIÊNCIA DOS MATERIAIS C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Ciência dos materiais faz parte do conhecimento básico para todas as engenharias. As propriedades dos materiais definem: O desempenho de um determinado componente e o processo de fabricação do mesmo. CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT CONCEITOS IMPORTANTES Estrutura Refere-se, em geral, ao arranjo dos seus componentes internos. CIÊNCIA DOS MATERIAIS C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za ESTRUTURA Geralmente relacionada ao arranjo de seus componentes internos. • ESTRUTURA SUB-ATÔMICA: envolve elétrons no interior dos átomos individuais e as interações com seus núcleos; • ESTRUTURA ATÔMICA: engloba a organização dos átomos ou moléculas em relação uns aos outros; • ESTRUTURA MICROSCÓPICA: contém grandes grupos de átomos normalmente conglomerados; • ESTRUTURA MACROSCÓPICA: pode ser vista a olho nu. C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CIÊNCIA DOS MATERIAIS C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT CONCEITOS IMPORTANTES Propriedades É uma característica de um dado material, em termos de tipo e da magnitude de sua resposta a um estímulo específico. As definições das propriedades são feitas de maneira independente da forma e do tamanho do material. C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CIÊNCIA DOS MATERIAIS C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT PROPRIEDADES É uma característica de um dado material, em termos de tipo e da magnitude de sua resposta a um estímulo específico. • MECÂNICA • ELÉTRICA • TÉRMICA • MAGNÉTICA • ÓTICA • DETERIORATIVA C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CONCEITOS IMPORTANTES CIÊNCIA DOS MATERIAIS C iê n ci a e Te cn o lo gi a d o s M at er ia is - U N IT Propriedades Mecânicas Força → Deformação (Módulo de elasticidade, resistência) Elétricas Campo elétrico → Corrente (condutividade, constante dielétrica) Térmicas Calor → Aquecimento (Condutividade, calor específico) C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CONCEITOS IMPORTANTES CIÊNCIA DOS MATERIAIS Propriedades Magnéticas Campo magnético→Magnetização (permeabilidade, susceptibilidade) Ópticas Radiação Eletromagnética→Reflexão (índice de refração, refletividade) Deteriorativas Ambiente→ Reatividade químicaCiê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CONCEITOS IMPORTANTES CIÊNCIA DOS MATERIAIS Processamento Estrutura Propriedades Desempenho C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CIÊNCIA e TECNOLOOGIA DOS MATERIAIS Síntese Produção a partir de componentes naturais ou não. C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CONCEITOS IMPORTANTES CIÊNCIA e TECNOLOOGIA DOS MATERIAIS Processamento Maneiras de moldar ou modificar. C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CIÊNCIA e TECNOLOOGIA DOS MATERIAIS Exemplo: Aço Processamento Maneiras de moldar ou modificar. C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CONCEITOS IMPORTANTES CIÊNCIA e TECNOLOOGIA DOS MATERIAIS Processamento, Síntese ↓ Estrutura ↓ Propriedades ↓ Desempenho $!!! C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CIÊNCIA e TECNOLOOGIA DOS MATERIAIS Porque estudar materiais? Seleção: - condições de aplicação (resistência x ductibilidade) - deterioração (resistência x temperatura) - custo (bom x caro) Conhecimento melhor escolhaC iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CIÊNCIA e TECNOLOOGIA DOS MATERIAIS A: Composição •Ferro? •Alumínio? •Ligas? •Em quais quantidades? C: Síntese •Como controlar o processo para produzir aço com alta resistência e conformabilidade? •Como produzir um chassis aerodinâmico? B: Microestrutura •Quais características da estrutura limitam a resistência e a conformabilidade? •O que controla a resistência? •Qual a relação peso/resistência? •Qual o efeito sobre a segurança do veiculo? •Qual o custo de fabricação? Desempenho Custo C iê n ci a e T e cn o lo gi a d o s M at e ri ai s – U N IT P ro f. R an ye re L u ce n a d e S o u za CIÊNCIA e TECNOLOOGIA DOS MATERIAIS
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