MCM...2014....2ºSemestre....Aula I....Introdução.

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Materiais 
de 
 Construção Mecânica 
Aula I 
Prof. Délcio Fortes 
O que são materiais? 
 
• A palavra material provém do latim 
materiālis e diz respeito àquilo que 
pertence ou é relativo à matéria, 
opondo-se assim ao espiritual e ao moral. 
 
• Para a ciência, um material é qualquer 
conglomerado de matéria ou de massa. 
 
• Na engenharia, um material é uma 
substância (composto químico) com uma 
propriedade útil, podendo ser mecânica, 
elétrica, óptica, térmica ou magnética. 
 
 
 
Importância dos materiais 
Mas esta história é mais antiga que Noé.... 
HISTÓRICO 
IDADE DA PEDRA 
• Desde a antiguidade os materiais 
estão “entranhados” à cultura 
humana. 
• Na pré-história os primeiros 
humanos descobriram a 
importância da pedra 
inicialmente para a caça 
 e defesa contra as feras. 
• Iniciou-se há 2,5milhões de anos 
atrás na África. 
Foi esse interesse pelos materiais que fez com que o homem desenvolvesse sua inteligência 
e se sobressaísse sobre os demais animais viventes passando de “caçado” a caçador. 
HISTÓRICO 
IDADE DO BRONZE 
• Nesta, 
 a pedra já polida, 
foi substituída nas armas e 
ferramentas por esta liga 
 
• Esta transição ocorreu a 
partir de 3500 anos 
 AC. 
 
 
• O que é o bronze ? 
??? Quiz ??? 
 
• Bronze: Liga de cobre (Cu) 
e o estanho (Sn) com 
proporções variáveis de Zn, Al, Ni , 
etc... 
• O estanho como elemento 
imprescindível da liga tem a 
característica de aumentar a 
resistência mecânica e a 
dureza do cobre sem 
alterar a sua dutilidade ( ? ) 
Conceito de liga 
Fio de 
cobre 
Prato e jarra de 
estanho 
É a propriedade de metal/liga de 
estirar-se sem romper, 
transformando-se num fio 
quando sob a ação de uma força 
Terremotos moderados 
Atividades moderadas racham 
vidros e vidraças de janelas que 
são ........... 
materiais frágeis. 
Atividades moderadas como as que ocorrem aqui e na California , 
não conseguem rachar ou trincar estruturas mais fortes de aço, 
devido sua resistência e dutilidade. 
Alça Norte do Viaduto Guararapes em BH 
O bloco de 
sustentação deveria 
ter recebido mais 
ferragem 
na armação, 
que foi de 
apenas 1/10 
do necessário . 
HISTÓRICO 
IDADE DO FERRO 
 
• Refere-se ao período em que ocorreu a 
metalurgia do ferro 
 
• Este metal é superior ao bronze em 
relação à dureza e abundância 
 de jazidas. 
 
• Surgiu inicialmente através da emigração 
de tribos dos Celtas que a partir de 1000 
anos AC, começaram a chegar à Europa 
Ocidental. 
 
• O seu período vai até a época do Império 
Romano. 
 
• Na Escandinávia até a época dos Vikings( 
volta do ano 1.000 d.C). 
 
Materiais em um automóvel 
Ferro fundido/Aço/Alumínio/ 
vidro/plástico/borracha/ 
tecido/espuma/couro/ etc. 
Aço 
Aço carbono/aços liga/aços 
inoxidáveis/aço ao silício/aços 
ferramenta/aços refratários... 
Mais de 2000 tipos de aços! 
 
Uma das maiores habilidades 
requeridas a qualquer 
engenheiro 
particularmente o mecânico 
é a de conhecer e saber 
identificar e escolher 
o material, 
suas propriedades 
e seu comportamento 
nas condições em que 
vai ser utilizado. 
 
• O que deve ser levado 
em conta? 
 
• Quais os critérios a 
serem adotados para a 
escolha correta? 
Importância do conhecimento dos materiais pelos engenheiros 
 ? 
? 
 Para-choque de automóvel 
Fabricação : Dúctil suficiente para ser moldado 
Aplicação: Tenaz para suportar os choques 
 
• Resistência mecânica 
• Densidade 
• Aparência 
• Conformabilidade 
• Condutividade térmica ou elétrica 
• Usinabilidade 
• Tenacidade 
• Dutilidade 
• Corrosibilidade 
• Custo 
• Disponibilidade 
 
Praticamente para cada aplicação tenho que obter um conjunto de propriedades 
Concorde 
Avião comercial supersônico( 2200km/h) 
(1976 – 2003) 
• TURBINAS DO CONCORDE 
• Requer NOVOS DESENVOLVIMENTOS de processos 
( Fundição em cera) 
Crash at 25/07/2000 
Finalidades da disciplina 
SELEÇÃO 
( conhecimento) 
MATERIAIS DO FUTURO 
( “antenado”) 
• Freqüentemente o engenheiro 
( civil, metalúrgico, mecânico, elétrico ) 
depara-se com a necessidade 
de especificar ou escolher um 
determinado material. 
 
• A correta seleção envolve uma 
solução de compromisso 
entre: 
• - processo de fabricação. 
• - condições de serviço 
• - deterioração(corrosão) 
• - custo 
• Nos últimos 100 anos 
dezenas de milhares 
de materiais foram 
desenvolvidos. 
 
• Só de aço temos mais de 
2000 tipos. 
 
• A vida moderna, 
confortável, tecnológica 
está amparada no 
desenvolvimento de 
novos materiais. 
• O que é o aço? 
QUIZ 
O ferro difere do 
aço porque tem um 
percentual maior de 
carbono na liga 
( 2,10 < C < 6,67% ) 
Qual a diferença 
entre o 
ferro e o aço? 
 
 
Tipos de materiais sólidos 
• Metais: Ferro;Alumínio;Cobre;Titânio;Ouro. 
• Ceramicos e vidros: Al2O3(abrasivos e refratarios) : duro e frágil 
(Pto de fusão 2000ºC contra 600ºC do Al metálico que é muito ductil) 
 Vidros são silicatos( Compostos de SiO2+Na20+CaO) 
• Polímeros: .São cadeias muito longas de hidrocarbonetos ou “meros”(C2H4). 
 Exemplo: (C2H4)n = polietileno. 
• Compósitos: fibra de vidro, madeira, osso, concreto. 
• Semicondutores: não são nem bons condutores como os 
metais nem bons isolantes como os cerâmicos: têm 
propriedades intermediárias. 
 Silício(Si) e o Germanio( Ge)são semicondutores elementares. 
 ( Vale do Silício na California: empresas de circuitos eletronicos, informática ). 
 
 
 
Metais 
? 
 • Alguns metais são encontrados no estado natural, 
na forma praticamente pura, por exemplo: ouro . 
 
• Normalmente os metais são encontrados na forma 
combinada com outros elementos, constituindo 
assim os minerais . 
 
• Minerais são compostos químicos como óxidos, 
hidróxidos, sulfetos, carbonatos , como por exemplo 
hematita (Fe2O3),encontrados na superfície da 
terra e/ou em determinadas profundidades. 
Características dos Metais 
??? 
• Os metais possuem características próprias como 
brilho, opacidade , boa condução de calor e 
eletricidade devido à grande quantidade de 
elétrons livres. 
 
• Formam com outros elementos ligas metálicas que 
são mistura homogêneas em que pelo menos um 
dos elementos é um metal. 
 
• A plasticidade desses materiais associada à boa 
resistência permite grandes aplicações estruturais. 
Polímeros 
? 
• Polímeros são compostos de hidrogênio e carbono 
(hidrocarbonetos) com ligações covalentes. 
 
• As proteínas, as enzimas, os amidos e a celulose são 
 outros exemplos de polímeros naturais. 
 
. Assim , a lã, a madeira, o couro, a seda, a borracha e 
o algodão são exemplos de materiais derivados de 
polímeros naturais. 
 
Plásticos segundo Chiaverini.... 
 
• (...) os plásticos são definidos como “um grupo 
arbitrário”de materiais artificiais, geralmente de 
origem orgânica sintética, que em algum estágio de 
sua fabricação adquiriram a condição plástica 
durante a qual foram moldados, com aplicação de 
pressão e calor. (CHIAVERINI, 1986c, p.324). 
A matéria-prima dos plásticos é o petróleo. 
Cerâmicas 
? 
 
• A tradicional advém da argila como a louça, a 
porcelana, os tijolos, as telhas e os azulejos. 
• Já a cerâmica avançada produz cimentos, 
abrasivos, refratários e os vidros . 
• Possuem estrutura cristalina, porém mais complexa 
do que a dos metais. 
• Como o número de elétrons livres é pequeno 
dificultam a condutividade elétrica, por isso são 
bons isolantes. 
Exemplo: Vidro 
 
É um silicato não cristalino que também contém 
outros óxidos, originado pela fusão de sílica (SiO2). 
 
O vidro é cada vez mais difundido pela abundancia de 
matéria prima e pela facilidade de fabricação. 
(silício e o oxigênio que são os elementos mais abundantes na natureza) 
 
Micro-dureza( Knoops) dos cerâmicos 
• Vidro – 550 
• Quartzo – 800 
• Óxido de alumínio (Al2O3) – 2100 
• Carboneto de tungstênio (WC) – 2100 
• Carboneto de boro (B4C) – 2800 
• Diamante – 7000 
 
Dureza 
é uma das propriedades mais úteis das cerâmicas 
(são os materiais mais duros conhecidos), 
permitindo o uso em situações em que há uma grande ação abrasiva. 
Em compensação são frágeis e pouco resistentes à tração. 
Construção mecânica 
• O termo vem do latim : mechanìca, ou arte de 
construir uma máquina, ou construir para fins 
mecanicos, ou ainda construir usando materiais com 
propriedades úteis de cunho mecanico (como o aço 
que tem grande resistencia mecanica por exemplo). 
 
• O segmento da construção mecânica abrange 
fabricação e construção de equipamentos e 
estruturas, utilizando materiais metálicos, tais como 
aço carbono, inox e outras ligas metálicas especiais.