classificação materiais

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ENG06638-Introdução à engenharia metalúrgica 
Nestor Cezar Heck / UFRGS – DEMET 
 
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1 - Materiais 
 
Define-se material como sendo aquilo que empregamos na confecção de bens materiais tais 
como: habitações, veículos, máquinas e equipamentos, utensílios, etc. 
 
1-1. Classificações 
Os materiais são classificados tecnicamente em três classes principais independentes e uma 
composta (ver Figura 1-1), denominadas, respectivamente: polímeros, cerâmicas, metais e compósitos. 
Os materiais metálicos compõem o tema central da metalurgia. 
 
 
Figura 1-1: Classificação técnica dos materiais 
 
Dentro dessa ótica, J.W. Bullard (http://www.mse.uiuc.edu/info/mse182/t41.html), da 
Universidade de Illinois, EUA, apresenta as principais subclasses dessa classificação: 
 
Classe Subclasse 
Metais A. Ferro e aço; 
B. Ligas não-ferrosas e superligas (aplicações aeroespaciais) 
C. Compostos intermetálicos (materiais estruturais de alta temperatura) 
Cerâmicas A. Cerâmicas estruturais (materiais estruturais de alta temperatura) 
B. Refratários (materiais resistentes à corrosão, isolantes térmicos) 
C. Cerâmica branca (porcelanas) 
D. Vidros 
E. Cerâmicas para aplicações elétricas (capacitores, isolantes, transdutores, etc.) 
F. Cerâmicas ligadas quimicamente (cimento e concreto) 
Polímeros A. Plásticos 
B. Cristais líquidos 
C. Adesivos 
Compósitos A. Compósitos particulados (pequenas partículas dispersas em um material diferente) 
B. Compósitos laminados (tacos de golfe, raquetes de tênis) 
C. Compósitos reinforçados com fibras (fibra de vidro, fibra de carbono) 
Tabela 1-I: Principais subclasses de materiais (adaptado) 
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A maioria das classificações dos materiais nasceu num tempo em que as propriedades 
mecânicas estavam em primeiro plano. Assim, a primeira associação de materiais é feita tendo-se em 
vista normalmente uma determinada propriedade mecânica ou estrutural: dureza, resistência, 
fragilidade, etc. Outras classificações podem ser feitas como, por exemplo, com base na Química 
(Tabela 1-II). 
 
 Ligação Menor partícula Estrutura 
Metais metálica átomo cristalina 
Semicondutores covalente, (iônica) átomo cristalina (raram. amorfa) 
Cerâmicos covalente, iônica molécula cristalina 
Vidros covalente, iônica molécula amorfa 
Polímeros covalente, lig. secundárias cadeia de moléculas amorfa (raram. cristalina) 
Tabela 1-II: Classificação química dos materiais 
 
Uma classificação moderna e muito interessante dos materiais é aquela onde eles são 
divididos em apenas dois grandes grupos: 
ƒ materiais estruturais: que são todos os materiais para os quais as propriedades mecânicas 
têm um papel fundamental; e 
ƒ materiais funcionais: que servem para cumprir um grupo de funções como, por exemplo, 
materiais ‘semicondutores’, materiais magnéticos, materiais condutores de eletricidade, 
luz, etc. 
Lembre-se, contudo, que a natureza é refratária às classificações e que uma classificação 
totalmente isenta de exceções é virtualmente inexistente. 
1-2. Propriedades 
Os materiais são usados por causa de suas boas propriedades. Usamos vidro nas vidraças 
porque é transparente à luz visível, aço nos automóveis por causa da sua boa resistência mecânica, 
cobre nos condutores elétricos por causa da sua boa condutividade elétrica. 
Naturalmente o valor de uma propriedade varia mesmo entre os materiais de uma mesma 
classe, contudo, é possível observar-se certo grau de correlação entre as classes de materiais e as 
propriedades. A magnitude de algumas propriedades (mecânicas) interessantes, para as quatro 
diferentes classes de materiais, pode ser vista na Tabela 1-III. 
 
Propriedade Unidade Metais Cerâmicas Polímeros Compósitos* 
Densidade Mg**/m3 2-10 1-5 1-2 1,5-2,0 
Mód. de Young GPa 50-200 10-1000 0,01-10 10-200 
Res. à tração MPa 50-2000 1-800 5-100 100-1000 
* com matriz polimérica 
** Mg = megagrama ou tonelada (métrica) 
 
Tabela 1-III: Faixas de algumas propriedades, por classe de material 
 Fonte: Ashby e Jones, Eng. Mat.2, p.376 
 
Duas propriedades mecânicas citadas acima estão relacionadas com o nível de tensão (que 
possui as unidades da pressão): o módulo de Young e a resistência mecânica à tração. Elas 
exemplificam a grande relevância que a tensão tem no estudo dos materiais. 
 
 
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1-3. Materiais metálicos: características e aplicações 
Bullard (http://www.mse.uiuc.edu/info/mse182/t41.html) sintetizou as principais características, 
aplicações e exemplos dos materiais da classe dos metais (adaptado): 
 
Características básicas: 
 
ƒ átomos organizados numa estrutura repetitiva regular (cristal); 
ƒ relativamente resistente (propriedade mecânica); 
ƒ denso; 
ƒ maleável ou dúctil: alta plasticidade; 
ƒ resistente à fratura: alta tenacidade; 
ƒ excelente condutor de eletricidade e calor; 
ƒ opaco à luz visível; 
ƒ aparência com (o assim chamado) brilho metálico. 
 
Aplicações: 
 
ƒ condução de eletricidade: fiação elétrica; 
ƒ estruturas: construção civil, pontes, pavilhões industriais, etc.; 
ƒ automóveis: corpo, chassis, molas, bloco do motor, etc.; 
ƒ aeroplanos: componentes do motor, fuselagem, conjuntos de trem de pouso, etc.; 
ƒ trens: trilhos, componentes do motor, corpo, rodas; 
ƒ máquinas e ferramenta: brocas, martelos, chaves-de-fenda, lâminas de serra, etc.; 
ƒ materiais com memória de forma: próteses dentárias corretoras de mau posicionamento; 
ƒ magnetos; 
ƒ catalisadores. 
 
Exemplos de metais e ligas empregados freqüentemente: 
 
ƒ elementos metálicos ‘puros’: Cu, Zn, Al, etc.; 
ƒ ligas: Cu-Sn (bronze), Cu-Zn (latão), Fe-C (aço), Pb-Sn (solda), NiTi (Nitinol); 
ƒ compostos intermetálicos: WC (‘widia’). 
 
1-4. Principais razões para a aplicação dos materiais metálicos 
 
Natureza da 
propriedade 
Exemplos: 
Propriedades 
físicas 
Condutividade elétrica e térmica, refratariedade, cor, brilho, densidade; 
Propriedades 
mecânicas 
Resistência em alta e baixa temperatura, conformabilidade, tenacidade, ductilidade, 
dureza; 
Propriedades 
químicas 
Susceptibilidade à corrosão (aquosa e oxidação em alta temperatura); 
Formação de ligas com outros metais e soldagem; 
Conhecimento 
científico 
De como conformar, como tratar (dar propriedades interssantes), etc.; 
Fatores de 
produção 
Abundância e oferta confiável de matérias primas; suprimento garantido; métodos 
extrativos conhecidos; e, processos de produção não-poluentes; 
Mercado confiável para "produtos metálicos" 
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Fatores 
ambientais 
Durabilidade; 
Reciclabilidade do material; 
Degradação rápida e sem perigos; 
Produtos da decomposição conhecidos. 
Fatores de custo De produção da mercadoria metálica; 
De manutenção 
De reposição 
 
 
1-5. A competição entre os materiais e os casos mais difíceis 
Materiais de diferentes classes (ou, mesmo, da mesma classe) competem entre si nas 
diferentes aplicações que lhes podemos dar em utensílios, mecanismos, habitações, móveis, meios de 
transporte, etc. 
Fora dessa região de franca competição, há duas áreas, em campos opostos, onde existem 
dificuldades em se aplicar materiais; elas são: (i) a região das aplicações sem materiais sucedâneos e, 
(ii) a das aplicações ainda sem materiais ‘ideais’ ou eficientes. Um exemplo do primeiro é dado pelo 
tungstênio em filamentos de lâmpadas incandescentes e, do segundo, é dado pelo vidro em janelas 
blindadas!