AULA 02 MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES ELEMENTOS DE MÁQUINAS rev01

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Disciplina: Elementos 
de Máquinas 
Professor: Teofilo Alves 
AULA 02: MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES 
Elementos de Máquinas 
Materiais: 
Substâncias com propriedades úteis para construirmos 
máquinas, estruturas, dispositivos e produtos. 
 
Elementos de Máquinas - História 
História: 
A importância dos materiais na vida dos homens foi tanta que as 
“eras” são divididas por materiais característicos da época. 
 Idade da pedra (~9.000 A.C.) 
 Idade do bronze (~3.200 A.C.) 
 Idade do ferro (~1.200 A.C.) 
 Aço, polímeros, silício: dias atuais. 
Elementos de Máquinas - História 
História: 
 Polímeros naturais – tendões, madeira, fibra (? – 50000 A.C.) 
 Cerâmicas – vasos e urnas de argila (20.000 – 6.000 A.C.); pontas 
de flexas de sílex: 6.000 A.C – 2.500 A.C.) pisos e azulejos (2.000 
A.C.) 
 Metais – lâminas, equipamentos bélicos (Idade do bronze: 3.000 
– 500 A.C.; Idade do ferro: 1.000 A.C. – 1.000 D.C) 
 Polímeros sintéticos – borracha vulcanizada (1870), baquelite 
(1895), poliamida (1930), polipropileno (1954). 
 Nanotecnologia – nanotubos de carbono (1990), nanocompósitos 
argila – polipropileno (1994), ligas metálicas nanocristalinas. 
Elementos de Máquinas - História 
História: 
 
Elementos de Máquinas – 
Composição e Estrutura 
Composição e Estrutura 
 
Elementos de Máquinas - 
Composição e Estrutura 
Composição: 
 Natureza química dos materiais 
 
Estrutura: 
 Associação ao arranjo dos componentes do material em 
estudo; 
 Pode (e deve) ser analisada em diferentes ESCALAS. 
 Estrutura em escala atômica (menos ou igual a ηm = 10-9m); 
 Nanoestrutura (da ordem de ηm); 
 Sólidos amorfos (alguns ηm) e Sólidos Cristalinos (< 100 ηm); 
 Microestrutura (alguns μm = 10-6m até mm); 
 Macroestrutura (normalmente igual ou maior que mm). 
Elementos de Máquinas - 
Composição e Estrutura 
Escalas 
Elementos de Máquinas - 
Composição e Estrutura 
Escalas 
Elementos de Máquinas - 
Composição e Estrutura 
Propriedades: 
 Tipo e intensidade da resposta a um estímulo que é imposto 
ao material. 
 
As principais propriedades dos materiais podem ser 
agrupadas em: 
 Mecânicas; 
 Elétricas; 
 Térmicas 
 Magnéticas; 
 Ópticas; 
 Químicas; 
 de Degradação (corrosão, oxidação, desgaste). 
Elementos de Máquinas - 
Composição e Estrutura 
Processamento e Desempenho 
 
Processamento: conjunto de técnicas para obtenção de 
materiais com formas e propriedades específicas. 
 
Desempenho: resposta do material a um estímulo 
externo, presente nas condições reais de utilização. 
 
 
Exemplo: Três amostras de 
óxido de alumínio (Al2O3) 
processadas por diferentes 
rotas. 
Elementos de Máquinas - 
Composição e Estrutura 
Nanotecnologia 
Aproveita as vantagens da escala “nano” para construir 
dispositivos e materiais. 
 Altíssima área superficial. Ex: nanocompósitos, sistemas catalíticos, 
sistemas de liberação de medicamentos, sistemas de armazenamento 
de energia. 
 Efeitos da física quântica. Ex: propriedades especiais 
eletromagnéticas, ópticas, térmicas. 
 É a escala das estruturas biológicas. 
Ex: integração de sistemas 
artificiais e biológicos, projetos 
de estruturas artificiais baseadas 
em biológicas. 
 
Elementos de Máquinas - 
Composição e Estrutura 
Nanotecnologia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://www.youtube.com/watch?v=GtBVnlhHheg 
 
 
Elementos de Máquinas - 
Propriedades 
Quantos tipos de diferentes materiais você acha que 
são usados na fabricação de um automóvel, por 
exemplo? 
Elementos de Máquinas - 
Propriedades 
Automóvel médio Americano 
Elementos de Máquinas - 
Propriedades 
1. Propriedades Químicas. 
 São as que se manifestam quando o material entra em 
contato com outros materiais ou com o ambiente. Elas se 
apresentam sob forma de presença ou ausência de resistência à 
corrosão, aos ácidos, às soluções salinas. 
 O alumínio por exemplo, é um material que, em contato 
com o ambiente, resiste bem a corrosão. O ferro na mesma 
condição, por sua vez enferruja... 
Elementos de Máquinas - 
Propriedades 
2. Propriedades Físicas. 
 
Esse grupo de propriedades determina o comportamento do 
material em todas as circunstâncias do processo de fabricação e 
de utilização. Nele, você tem as propriedades: 
 
2.1. Propriedades Mecânicas 
2.2. Propriedades Térmicas 
2.3. Propriedades elétricas 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.1. Propriedades Mecânicas 
Aparecem quando o material está sujeito a esforços de natureza 
mecânica. Isso quer dizer que essas propriedades determinam a 
maior ou menor capacidade que o material tem para transmitir ou 
resistir aos esforços que lhe são aplicados. 
 Resistência mecânica: Essa propriedade permite que o material 
seja capaz de resistir à ação de determinados tipos de esforços, 
como a tração e a compressão. 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.1. Propriedades Mecânicas 
 Elasticidade: Capacidade que o material deve ter de se 
deformar, quando submetido a um esforço, e de voltar à forma 
original quando o esforço termina. 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.1. Propriedades Mecânicas 
 Plasticidade: Capacidade do material se deformar quando 
submetido a um esforço, e manter uma parcela da deformação 
quando retirado o esforço. 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.1. Propriedades Mecânicas 
 Maleabilidade: É a propriedade que o aço apresenta de poder 
ser laminado, forjado ou estampado 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.1. Propriedades Mecânicas 
 
 Ductilidade: Capacidade de 
um material deformar plasticamente 
sem sofrer fratura. 
 
 
 
 Tenacidade: Quantidade de energia 
necessária para romper um material. 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.1. Propriedades Mecânicas 
 
 Resiliência: Resistência a cargas dinâmicas, a choques, 
pancadas, vibrações, golpes, impactos. 
 
 
 Dureza: é a resistência à penetração de um material duro no 
outro, pois esta é uma característica que pode ser facilmente 
medida 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.1. Propriedades Mecânicas 
 Soldabilidade: A boa soldabilidade de um aço é associada à 
pouca transformação da estrutura cristalina na execução da 
solda. 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.1. Propriedades Mecânicas 
 Densidade: Se colocar-mos dois cubos maciços do mesmo 
tamanho, sendo um de chumbo e um de plástico, em uma 
balança de dois pratos, o que vai acontecer? 
 
 
 
 
 
 Certamente, o prato com o cubo de chumbo descerá muito 
mais do que o prato com o cubo de plástico. Isso acontece porque 
o chumbo é mais denso que o plástico. 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
Densidade, ou massa específica é a relação entre a massa (m) de 
um corpo e o seu respectivo volume (v); 
 
 
 
 
 
Nas regiões polares, é comum a presença de grandes blocos de 
gelo (água pura), os icebergs, flutuando na água do mar (água e 
outros materiais). 
Isso ocorre porque a densidade do gelo (0,92 g/cm³) é menor que 
a densidade da água do mar (1,03 g/cm³) 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.2. Propriedades Térmicas 
Determinam o comportamento dos materiais quando são 
submetidos a variações de temperatura. 
Isso acontece tanto no processamento do material quanto na sua 
utilização, é um dado muito importante, por exemplo, na 
fabricação de ferramentas de corte... 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.2. Propriedades Térmicas 
a) Ponto de fusão: é à temperatura em que o material passa do estado 
sólido para o estado líquido. Dentreos materiais metálicos, o ponto de 
fusão é uma propriedade muito importante para determinar sua 
utilização. 
 
 
 
Exemplo do ponto de fusão de alguns materiais: 
Aço ................... 1538°C 
Cobre ................ 1084°C 
Alumínio .............. 660°C 
Chumbo ............... 327°C 
Estanho ............... 230°C 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.2. Propriedades Térmicas 
b) Ponto de ebulição: é a temperatura em que o material passa do 
estado líquido para o estado gasoso. 
O exemplo mais conhecido de ponto de ebulição é o da água que 
se transforma em vapor a 100ºC. 
 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.2. Propriedades Térmicas 
c) Dilatação térmica: Essa propriedade faz com que os materiais, 
em geral, aumentem de tamanho quando a temperatura sobe. 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
Dilatação térmica 
É a mudança de dimensão, isto é, de tamanho, que todos os materiais 
apresentam quando submetidos ao aumento da temperatura. 
Por causa dela, as grandes estruturas de concreto, como prédios, 
pontes e viadutos, são construídas com pequenos vãos, ou folgas, entre as 
lajes, para que elas possam se acomodar nos dias de muito calor. 
Por que isso acontece? Porque, com o aumento da temperatura, os 
átomos que formam a estrutura dos materiais começam a se agitar mais e, 
por isso, ocupam mais espaço físico. 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.2. Propriedades Térmicas 
d) Condutividade térmica: que é a capacidade que determinados 
materiais têm de conduzir calor. 
Todos os metais, são bons condutores. 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.3. Propriedades Elétricas 
a) Condutividade elétrica: é uma das propriedades que os metais 
têm. Os fios elétricos usados em nossas casas são de cobre, um 
metal que é um excelente condutor de eletricidade. 
Elementos de Máquinas – 
Propriedades 
2.3. Propriedades Elétricas 
 
b) Resistividade: é a resistência que o material oferece à passagem 
da corrente elétrica. Essa propriedade também está presente nos 
materiais que são maus condutores de eletricidade. 
Elementos de Máquinas – 
Classificação dos Materiais 
Classificação dos materiais sólidos (composição): 
 Metais (ex.: aço, cobre, bronze e etc.; 
 Cerâmicos (ex.: tijolo, azulejo, porcelanas); 
 Polímeros (ex.: polipropileno, borracha natural); 
 Compósitos (ex.: fibra de vidro). 
Material 
compósito 
Material 
metálico 
Material 
Cerâmico 
Material 
polimérico 
Elementos de Máquinas – 
Classificação dos Materiais 
Metais: 
 
Combinações de elementos metálicos; 
Características e aplicações: 
 Bons condutores de eletricidade e calor; 
 Não são transparentes a luz visível; 
 Resistência mecânica de alta a moderada; 
 Moderada plasticidade; 
 Alta tenacidade. 
Elementos de Máquinas – 
Classificação dos Materiais 
Cerâmicos: 
 
Combinações de elementos metálicos e não metálicos (carbetos, 
óxidos nitretos); 
Características e aplicações: 
 Isolantes a passagem de eletricidades e calor; 
 Mais resistente a altas temperaturas do que os metais e polímeros; 
 Duras e quebradiças. 
Elementos de Máquinas – 
Classificação dos Materiais 
Polímeros: 
 
Incluem os materiais comuns de plástico e borracha (polipropileno, 
borracha natural, PVC e etc.); 
Características e aplicações: 
 Baixa densidade; 
 Extremamente flexíveis; 
 Boa tenacidade; 
 Pouco resistente a altas temperaturas. 
 
Exemplo: kevlar 
Elementos de Máquinas – 
Classificação dos Materiais 
Compositos: 
 
Combinações de dois ou mais materiais diferentes (materiais 
conjugados); 
Envolve as melhores características de cada material; 
 Exemplo: Fibra de vidro, Incluem fibras de um material 
cerâmico (vidro) imersa numa matriz polimérica; 
 
Combinações de resistências: fibra de vidro 
(resistência do vidro e flexibilidade do polímero); 
 Exemplo: fibra de vidro ou de carbono (utilizado em carros de 
fórmula1) 
Elementos de Máquinas – 
Classificação dos Materiais 
Semicondutores: 
 
Propriedades elétricas intermediárias entre condutores elétricos e 
isolantes; 
Revolucionaram a indústria de eletrônicos e computadores 
(circuitos integrados); 
 Exemplo de materiais: silício e germânio (puros) ou InSb 
(compostos); 
Aplicação: componentes eletrônicos, microprocessadores. 
Elementos de Máquinas – 
Classificação dos Materiais 
Biomateriais: 
 
Materiais implantados no interior do corpo humano; 
Não podem reagir (gerar substâncias tóxicas); 
Devem ser compatíveis com os tecidos do corpo humano (não 
podem causar reações biológicas adversas); 
Podem ser usados todos os tipos de materiais: metais, polímeros, 
cerâmicos, compósitos e semicondutores. 
Elementos de Máquinas – 
Classificação dos Materiais 
Materiais avançados: 
 
Materiais utilizados em aplicações de alta tecnologia 
(equipamentos eletrônicos, computadores, aeronaves); 
São utilizados materiais tradicionais com propriedades 
aprimoradas; 
Materiais de alto custo. 
Elementos de Máquinas – 
Classificação dos Materiais 
Materiais do futuro: 
 
Materiais inteligentes: conseguem sentir mudanças no ambiente e 
reagir segundo tais mudanças utilizados em aplicações de alta 
tecnologia (equipamentos eletrônicos, computadores, aeronaves); 
Nanotecnologia: manipulação de átomos e moléculas formando 
novas estruturas e aprimorando as propriedades dos materiais 
Disciplina: Elementos 
de Máquinas 
Professor: Teofilo Alves 
AULA 02: MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES 
 
Engº Teofilo Alves 
teofiloalves@yahoo.com.br 
(82) 9 8701-1942