106191-Aula1__MATERIAIS__Importancia_Historia

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Professor: Robério Paredes Moreira Filho
Instituto Federal de Educação, Ciência 
e Tecnologia da Paraíba 
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O que esperam da disciplina?
• os tipos de materiais: metálicos, cerâmicos e polímeros; 
• as principais propriedades dos materiais;
• aplicações dos materiais: possibilidades e limitações;
• Imperfeições em sólidos;
• Propriedades Mecânicas dos Materiais;
• Diagramas de Fase;
• FUNDAMENTOS DA TECNOLOGIA DA USINAGEM.
O que veremos na disciplina?
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• Introduzir conceitos básicos de ciência dos materiais
e proporcionar ao aluno conhecimentos relativos ao
processamento e caracterização dos materiais
metálicos.
• Introduzir os conceitos da teoria da usinagem dos
materiais metálicos.
Objetivos...
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MODOS E MEIOS DEAVALIAÇÃO DO ENSINO - APRENDIZAGEM
• Exercícios.
• Pesquisa.
• Seminário.
• Avaliações Escritas.
• Prova final.
Para que possamos entender a 
importância da nossa disciplina, vamos 
primeiro falar sobre a importância dos 
materiais e sua evolução ao longo da 
história.
Qual a importância dos 
materiais?
• Praticamente cada segmento da nossa vida 
cotidiana é influenciado em maior ou menor 
grau pelos materiais.
• Exemplos: transportes, nossas roupas, 
alimentação e construção civil.
Materiais
Materiais
• 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
Propriedades dos 
Materiais
Composição e Processo
de Fabricação
Microestrutura
O número de materiais cresceu muito 
nas últimas décadas e a tendência é 
de se proliferarem mais num futuro 
próximo
• Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos 
métodos de extração de materiais da natureza
• Modificação de materiais naturais
• Combinação de materiais conhecidos para a 
formação de novos materiais
Não é possível exibir esta imagem no momento.
QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ?
COMO ESCOLHER ??
Quais os critérios o profissional deve adotar 
para selecionar um material entre tantos 
outros?
• Em primeiro lugar, o engenheiro deve
caracterizar quais as condições de
operação que será submetido o referido
material e levantar as propriedades
requeridas para tal aplicação, saber como
esses valores foram determinados e quais as
limitações e restrições quanto ao uso dos
mesmos.
• A segunda consideração na escolha do material
refere-se ao levantamento sobre o tipo de
degradação que o material sofrerá em serviço.
• Por exemplo, elevadas temperaturas e
ambientes corrosivos diminuem
consideravelmente a resistência mecânica.
Quais os critérios o profissional deve adotar 
para selecionar um material entre tantos 
outros?
• Finalmente, a consideração talvez mais 
convincente é provavelmente a 
econômica: 
Qual o custo do produto acabado??? Um 
material pode reunir um conjunto ideal de 
propriedades, porém com custo 
elevadíssimo. 
Quais os critérios o profissional deve adotar 
para selecionar um material entre tantos 
outros?
Breve histórico dos materiais 
de construção
• Os primeiros seres humanos tiveram acesso a apenas um 
número limitado de materiais.
– Pedra, madeira, argila e peles.
Os materiais estão relacionados com o 
homem, surgiram com o seu aparecimento e 
deram nomes às eras da civilização. 
Ex: Idade da Pedra, Idade do Bronze.
Peças cerâmicas – Grécia Antiga
1050 AC
1100 AC
Peça primitiva, moldada na 
Idade das Trevas
Peças metálicas – Grécia Antiga
Século X AC
850 AC
Breve histórico dos materiais 
de construção
O que eram usados em 
construções?
• Pedra, madeira e barro.
• Os metais eram empregados em 
menor escala.
Grécia Antiga – 1350 AC
Casa de taipa
• Descoberta de técnicas para a produção de materiais com 
propriedades superiores às dos produtos naturais.
– Produtos cerâmicos queimados.
• Exemplo:
– Substituição da pedra pelo concreto e depois o concreto 
armado, material de confecção e moldagem mais fáceis.
• Descoberta de que as propriedades de um material 
poderiam ser alteradas pela adição de outras substâncias.
Breve histórico dos materiais 
de construção
• Nos últimos 60 anos → os cientistas compreenderam as 
relações entre os elementos estruturais dos materiais e as 
suas propriedades.
– Dezenas de milhares de materiais diferentes com características 
específicas que atendem as necessidades da nossa vida 
moderna.
Breve histórico dos materiais 
de construção
Os dias atuais
Desenvolvimento de 
tecnologias
Acessibilidade a 
materiais adequados
Vida 
confortável
Os dias 
atuais
Qual a importância dos materiais e da 
nossa disciplina?
“Não adianta somente calcular a viga; é preciso 
saber também dosar o concreto de modo a obter 
a resistência prevista, e depois saber controlar 
sua preparação durante a obra toda.” 
(Verçoza, 1975)
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Quais os tipos 
de materiais 
existentes?
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Materiais
Cerâmicos Poliméricos
Metálicos
Compósitos
DEFINIÇÃO E TIPOS DE MATERIAIS
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Excelentes 
condutores 
de 
eletricidade e 
calor, são 
resistentes 
porém 
conformáveis
Isolantes 
térmicos e 
elétricos, 
resistentes a 
altas 
temperaturas 
e ambientes 
corrosivos, 
são duros e 
frágeis
Baixa 
densidade, 
isolantes 
térmicos e 
elétricos, 
boa 
resistência à 
corrosão e 
baixa 
resistência 
ao calor
Projetado de 
modo a 
conjugar 
características 
desejáveis de 
dois ou mais 
materiais
•PROPRIEDADES DOS DIVERSOS TIPOS DE MATERIAIS
TIPOS DE MATERIAIS
Classificação dos materiais
• Metais
• Cerâmicos
• Polímeros
Um material é reconhecido e identificado por 
suas propriedades e pelo seu comportamento 
frente a agentes exteriores.
• Compósitos
• Semicondutores
• Biomateriais
• São geralmente uma combinação de elementos metálicos.
• São bons condutores de calor e eletricidade.
• Não são transparentes à luz visível.
• Têm aparência lustrosa quando polidos.• Geralmente são resistentes e deformáveis.
• São muito utilizados para aplicações estruturais.
Metais
� São geralmente uma combinação de elementos 
metálicos e não-metálicos.
� São geralmente isolantes de calor e eletricidade.
� São mais resistentes que metais e polímeros a altas 
temperaturas.
� Quanto às propriedades mecânicas, são duros, porém 
frágeis.
Cerâmicos
• Incluem plásticos e borrachas.
• São geralmente compostos orgânicos baseados em 
carbono, hidrogênio e outros elementos não-metálicos.
• São constituídos de moléculas muito grandes 
(macromoléculas).
• Tipicamente, esses materiais apresentam baixa 
densidade e podem ser extremamente flexíveis.
Polímeros
Compósitos
• São constituídos de mais de um tipo de material 
insolúveis entre si.
• São “desenhados” para apresentarem a combinação das 
melhores características de cada material constituinte.
• Muitos dos recentes desenvolvimentos em materiais 
envolvem materiais compósitos.
• Exemplo clássico: compósito de matriz polimérica com 
fibra de vidro; apresenta a resistência da fibra de vidro 
associado a flexibilidade do polímero.
Quais os critérios que devem ser adotados 
para selecionar um material entre tantos 
outros?
1. Conhecer as suas propriedades.
2. Condições de serviço (forças que 
atuam sobre ele).
3. Perda das propriedades (tipo de 
degradação que o material sofrerá em 
serviço).
Exemplo:
Elevadas temperaturas e ambientes corrosivos diminuem 
consideravelmente a resistência mecânica.
Quais os critérios que devem ser adotados 
para selecionar um material entre tantos 
outros?
4. O custo (consideração talvez mais 
convincente é provavelmente a 
econômica).
Qual o custo do produto acabado???
Um material pode reunir um conjunto ideal de
propriedades, porém com custo elevadíssimo. 
Quais os critérios que devem ser adotados 
para selecionar um material entre tantos 
outros?
Como definir qual o melhor 
material para a produção de um 
copo?
• Vidro
• Cerâmica
• Plástico
• Madeira
• Metal
• Papel
Depende
• Custo
• Tempo de vida
• Durabilidade
• Aparência
• Natureza do líquido
• Café – não podem ser 
usados copos de metal e 
papel.
� Qualquer projeto requer, para a 
sua viabilização, um vasto 
conhecimento das características, 
propriedades e comportamento dos 
materiais disponíveis.
Propriedades dos materiais
Classes Propriedades
Física Densidade, porosidade, teor de umidade
Química Alcalinidade, resistência à corrosão
Térmica Condutividade, expansão (dilatação)
Elétrica Condutividade
Ótica Cor, transmissão e reflexão de luz
Mecânica
Resistência: tração, compressão, cisalhamento e flexão.
Elasticidade, plasticidade, ductilidade, tenacidade e 
dureza.
Ensaios mecânicos
Propriedades mecânicas
Conhecimento da resistência que 
cada material pode oferecer a 
esforços mecânicos.
Fundamental importância para os cálculos 
estruturais e, portanto, para o estudo da 
usinabilidade dos materiais.
Tração
 
 
Compressão
 
Cisalhamento
• A força ou a tensão de cisalhamento tende a cortar o material.
Torção
• Exercício de uma chave de parafusos ou uma chave inglesa.
Flexão
• Vigas bi ou multiapoiadas.
Elasticidade
• Propriedade do material segundo a qual a 
deformação que ocorre em função da aplicação 
de tensão desaparece quando a tensão é 
retirada. 
• Metais, cerâmicos e polímeros. 
Plasticidade
• Capacidade de o material sofrer 
deformação permanente sem se romper.
• Metais e polímeros.
Ductilidade
• Representa a medida do grau de deformação 
suportada antes da fratura do material.
• Materiais cerâmicos ⇒ frágeis
• Materiais metálicos e poliméricos ⇒ dúcteis
Tenacidade 
• Reflete a energia total necessária para 
provocar a fratura do material ou a 
capacidade que o material apresenta de 
absorver energia até a fratura.
• Material dúctil – tenaz ⇒ metais.
• Material frágil – não tenaz ⇒ cerâmicos.
Dureza
• Medida da resistência que um material 
apresenta ao ser pressionado por outro.
• Primeiros ensaios 
– Habilidade de um material em riscar um 
outro mais macio.
– Varia de 1 para o talco até 10 para o 
diamante.
• Plásticos são macios.
• Metais são duros.
• Cerâmicos possuem maior dureza.
Resistência mecânica
Material Resistência sob tração (MPa)
Cerâmica 100 a 1000
Polímero 1 a 70
Metal 100 a 1700
Fonte: Callister, 1997.
Deformação
Material Deformação (%)
Cerâmica -
Polímero 1 a 1400
Metal 1 a 60
Fonte: Callister, 1997.
Classe Componentes típicos Propriedades características
Cerâmicos Compostos por óxidos como
a sílica (SiO2 ).
São duros, porém muito
quebradiços.
São isolantes à passagem de
eletricidade e calor.
Metálicos Combinações de elementos
metálicos, como o ferro
(Fe).
São resistentes (duros) e ainda
assim deformáveis (dúcteis).
São condutores elétricos e
térmicos.
Polímeros São compostos orgânicos e
possuem longas cadeias.
São geralmente moles e flexíveis.
Compósitos Dois ou mais materiais. Propriedades específicas.
Resumo
Como conhecer as propriedades e o 
comportamento dos materiais sob 
condições de esforços? 
• Realização de ensaios de laboratório e de campo.
• Normas técnicas
– Estabelecem uma linguagem comum entre fornecedores 
e usuários dos materiais, além de garantir a 
reprodutibilidade dos resultados.
• Métodos de ensaios
– Metodologia utilizada para a realização dos ensaios.
• Especificações técnicas 
– Especificam as propriedades mínimas exigidas dos 
materiais.
Finalidade dos ensaios dos materiais
• Obter informações rotineiras do produto 
(ensaios de controle).
• Obter novas ou melhores informações sobre 
os materiais.
Vantagens da normatização dos 
materiais e métodos de ensaios
• Tornar a qualidade do produto mais uniforme.
• Reduzir os tipos similares de materiais.
• Orientar os projetistas na escolha do material 
adequado.
• Permitir a comparação de resultados obtidos em 
diferentes laboratórios.
• Reduzir desentendimentos entre produtor e 
consumidor.
Normas técnicas
• ASTM - American Society for Testing and 
Materials
• ABNT - Associação Brasileira de Normas 
Técnicas
Substituição associada à evolução
• Embalagens de refrigerante em vidro, plástico e 
metal.
• Peças de automóveis (pára-choque, painéis, 
retrovisores).
• Portas e esquadrias de madeira e de plástico.
• Divisórias.
• Assoalho (madeira x compósito – HDF, MDF).
• Tubulações.
Piscina de PVC
O PVC possibilita a personalização das 
piscinas. Elas podem ser montadas em 
qualquer tamanho, formato ou 
profundidade dando asas à criatividade 
dos arquitetos. Além disso, o custo é 
mais acessível, a execução é rápida, o 
material evita vazamentos e não requer 
impermeabilizações. 
Menor custo e menor 
tempo em obra. 
Casa de PVC
Até a próxima 
aula...
e-mail: roberioparedes@gmail.com