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SELEÇÃO DE MATERIAIS
Metodologia de Ashby
Introdução
Cabe ao engenheiro estudar a estrutura, as
propriedades, as aplicações, o processamento e o
desempenho de materiais novos ou já existentes.
Compete ao engenheiro atuar na fase de projeto, de
modo a escolher os materiais mais indicados para as
aplicações desejadas
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Materiais na Engenharia
Materiais são substâncias com propriedades que as
tornam úteis na construção de máquinas, estruturas,
dispositivos e produtos.
Os Materiais aos quais submetemos a processos de
seleção se subdividem a cinco classes reconhecidas
como: Materiais Metálicos; Materiais Cerâmicos; Materiais
Poliméricos; Materiais Compósitos e Materiais Naturais.
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Materiais na Engenharia
Materiais Metálicos
Metais e ligas metálicas, são normalmente
combinações de elementos metálicos. São bons
condutores de eletricidade e calor. Geralmente, os metais
apresentam boa ductilidade e resistência, daí o seu uso
extenso em aplicações estruturais.
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Materiais na Engenharia
Materiais Metálicos
• Ferrosos: tem o ferro como principal constituinte. É de ampla
utilização por ser abundante, por utilizar técnicas relativamente
econômicas para obtenção e por serem extremamente versáteis.
• Não Ferrosos: estas oferecem uma variedade enorme de
propriedades mecânicas e físicas. Servem de elementos de liga
para os materiais ferrosos.
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Materiais na Engenharia
Materiais Cerâmicos
Caracterizados pela combinação entre elementos
metálicos e não-metálicos. Destacam-se os óxidos, nitretos
e carbonetos. A esse grupo de materiais também
pertencem os argilo-minerais, o cimento e o vidro.
Possuem normalmente baixa condutividade térmica
e elétrica, consequentemente, são muito utilizados como
isolantes. Esses materiais são geralmente duros, mas
frágeis (quebradiços). Possuem excelente resistência a
altas temperaturas.
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Materiais na Engenharia
Materiais Cerâmicos
• Cerâmica Avançada: proporcionam alta resistência mecânica,
baixo peso e alta resistência à corrosão para aplicação em
condições extremas de temperatura e ambientes corrosivos.
• Cerâmica Comum: isolantes à passagem de eletricidade e de
calor, e são mais resistentes a altas temperaturas e ambientes
rudes do que metais e polímeros
• Vidros: Os vidros são um grupo de cerâmicos familiares. São
silicatos não cristalinos contendo outros óxidos.
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Materiais na Engenharia
Materiais Poliméricos
• Os polímeros são constituídos de macromoléculas
orgânicas sintéticas ou naturais.
• Os polímeros tem baixa condutividade térmica e elétrica.
Tem baixa resistência mecânica comparado a outros
materiais utilizados em Engenharia.
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Materiais na Engenharia
Materiais Poliméricos
• Polímeros termoplásticos: podem ser repetidamente
conformados mecanicamente desde que reaquecidos. (polietileno-
PE, cloreto de polivilina-PVC, polipropileno-PP e poliestireno-PS)
• Polímeros termofixos: são conformáveis plasticamente apenas
em um estágio intermediário de sua fabricação. O produto final é
duro e não amolece mais com o aumento da temperatura.
(baquelite, epóxi, poliésteres, poliuretanos)
• Elastômeros: capazes de recuperar-se, rápida e forçadamente, de
uma grande deformação (borracha natural, neopreno, borracha de
butila, borracha de nitrila, borracha de estireno)
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Materiais na Engenharia
Materiais Compósitos
São materiais projetados de modo a conjugar
características desejáveis de dois ou mais materiais. Com
os materiais compósitos é possível obter produtos com
diferentes propriedades.
Concreto e fibra de vidro com resina de poliéster
são típicos exemplos. Modernos meios de transporte aéreo
e veículos espaciais tem se utilizados de compósitos de
fibra de carbono.
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Materiais na Engenharia
Materiais Semicondutores
Tem propriedades elétricas intermediárias entre
condutores e isolantes. As características elétricas destes
materiais são extremamente sensíveis à presença de
pequenas concentrações de impurezas.
Os semicondutores tornaram possível o advento
dos circuitos integrados, que revolucionaram as indústrias
eletrônicas e de computadores nas últimas duas décadas.
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Materiais na Engenharia
Biomateriais
É definido como todo material utilizado para
substituir sistemas biológicos que se encontram doentes
ou danificados.
Esses materiais não devem produzir substâncias
tóxicas e devem ser compatíveis com os tecidos do corpo.
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Materiais na Engenharia
Materiais Naturais
Podem ser considerados materiais naturais, todos
utilizados “in natura”.
Os materiais naturais tem sido muito pesquisados
ultimamente como alternativas para diversas aplicações,
isto por serem recicláveis, biodegradáveis e por
apresentarem baixa toxidade.
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Materiais na Engenharia
Materiais Naturais
• Fibras: tem alta resistência à tração (ao longo de uma 
relativamente grande faixa de temperatura) e um alto módulo de 
elasticidade, bem como boa resistência à abrasão
• Madeiras: consistem de fibras de celulose fortes e flexíveis 
circundadas e mantidas juntas por um material mais rígido 
denominado lignina, pode ser considerada como um compósito 
natural.
• Minerais: Minerais são substâncias sólidas, inorgânicas e 
homogêneas, que possuem composição química definida e 
estrutura atômica característica. 
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Panorama Evolutivo dos Materiais
DATA
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Critérios de Seleção
 Considerações 
dimensionais;
 Considerações de forma;
 Considerações de peso;
 Considerações de 
resistência mecânica;
 Resistência ao desgaste;
 Conhecimento das 
variáveis de operação;
 Facilidade de fabricação;
 Requisitos de 
durabilidade;
 Número de unidades;
 Disponibilidade de 
material;
 Custo;
 Existência de 
especificações e códigos;
 Viabilidade de reciclagem;
 Valor de sucata;
 Grau de normalização;
 Tipo de carregamento.
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Propriedades dos Materiais
• Propriedades Mecânicas
• Propriedades Térmicas
• Propriedades Físicas
• Propriedades Elétricas
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Disponibilidade e Custo
O preço e a disponibilidade dos materiais são
fatores importantes e muitas vezes decisivos na seleção
de materiais para determinado serviço.
Ao selecionar os materiais para um determinado
produto acabado, além das exigências em termos de
propriedades, o engenheiro tem que levar em conta o
preço e facilidade do material no mercado.
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Recursos de Seleção
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Recursos de Seleção
Existem diversos critérios com base nas quais uma
decisão final é atingida.
Na busca de ferramentas que facilitem o processo
de Seleção de Materiais o projetista necessita investigar
bancos de dados. O conceito importante neste caso é:
• ÍNDICE DE MÉRITO
• MAPAS DE PROPRIEDADES DE MATERIAIS
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Índices de Mérito (IM)
São fórmulas algébricas que combinam
propriedades dos materiais e que, quando maximizadas,
aperfeiçoam algum aspecto de desempenho.
Sua fórmula algébrica expressa um compromisso
entre duas característicasou propriedades. Em sua forma
mais simples um IM é geralmente uma fração, tendo no
numerador a propriedade que se quer maximizar e no
denominador a que se deseja minimizar.
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Índices de Mérito (IM)
Para se deduzir o IM devem ser seguidas algumas
etapas:
• Estabelecimento da função do produto ou componente:
normalmente realizada por simples inspeção do objeto.
• Estabelecimento do objetivo principal: expressa o requisito
imposto àquela etapa de seleção.
• Identificação da restrição: identificada com o desempenho e com
a propriedade que o controla, no contexto do objetivo desejado.
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Mapas de Propriedades de Materiais
(MPM)
A essência desse conceito de Seleção de Materiais
encontra-se nos Mapas de Propriedades desenvolvidos
por Ashby.
Eles procuram agrupar todas as famílias de
materiais em gráficos cujas coordenadas compõe, sempre
que possível, índices de mérito utilizados em cálculos de
dimensionamento e seleção.
O conceito fundamental dos MPM é que os pares de
propriedades sempre correspondem aos componentes de
um IM, que por sua vez são integráveis nos mapas.
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Mapas de Propriedades de Materiais
(MPM)
Os gráficos resumem as propriedades dos
materiais, cada área dos mapas tem espaços ocupados
por cada classe de material. Que podem ser utilizados de
duas maneiras:
1) para obter valores aproximados de propriedades
materiais;
2) para selecionar materiais que tenham perfis prescritos.
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Módulo de Young x Densidade
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Resistência x Densidade
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Tenacidade à Fratura x Densidade
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Módulo de Young x Resistência
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Tenacidade à Fratura x Resistência
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Resistência x Temperatura
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