PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS - UNIDADE 1

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS - UNIDADE 1


DisciplinaFundamentos de Ciências dos Materiais2.989 materiais49.784 seguidores
Pré-visualização2 páginas
CCE 0291
Lourdes Martins
Unidade 1
\uf07d Ciência dos materiais faz parte do
conhecimento básico para todas as
engenharias.
\uf07d As propriedades dos materiais definem o
desempenho de um determinado
componente e o processo de fabricação do
mesmo
3
Evolução do uso dos 
Materiais
>10.000 a.C.
Pele de animais e madeira
4
Evolução do uso dos 
Materiais
10.000 a.C. 5.000 a.C. 2.000 a.C.
Lança de pedra Cerâmica Bronze
5
Evolução do uso dos 
Materiais
1.000 a.C. Séc XIX
Aço Alumínio Titânio
Séc XIX
6
Evolução do uso dos 
Materiais
Séc XX
Super ligas de Ni
Séc XX
Cerâmicas 
de Engenharia
Séc XXI
Nanotecnologia
7
Disponibilidade dos 
Materiais
Fonte: PADILHA, F. Materiais de Engenharia: Microestrutura e propriedades, Hemmus: Curitiba (2000)
8
Elementos 
químicos 
presentes na 
crosta terrestre
Disponibilidade dos 
Materiais
\uf07d Ciência dos materiais: Envolve a investigação das
relações que existem entre as estruturas e as
propriedades dos materiais.
\uf07d Engenharia de Materiais: Consiste, na escolha e uso
da estrutura de um material para produzir uma
série de propriedades pré - determinadas.
\uf07d A estrutura de um material está geralmente
relacionada ao arranjo de seus componentes
internos.
\uf07d Propriedade é uma peculiaridade do material em
termos do tipo e da intensidade da resposta a um
estímulo específico que lhe é imposto.
\uf07d Virtualmente, todas as propriedades importantes
dos materiais sólidos podem ser agrupadas em
seis categorias diferentes: mecânica \u2013 elétrica \u2013
térmica \u2013 magnética \u2013 ótica e deteriorativa.
\uf07d Mecânicas \u2013 relacionam deformações com uma
carga ou força aplicada. Ex. módulo de
elasticidade e a resistência.
\uf07d Elétricas: O estímulo é um campo elétrico.
Ex.condutividade elétrica e a constante dielétrica.
\uf07d Térmica - O comportamento térmico de um
sólido pode ser representado em termos da
capacidade calorífica e da condutividade térmica.
\uf07d Magnéticas \u2013 demonstram a resposta de um
material à aplicação de um campo magnético.
\uf07d Óticas \u2013 o estímulo é a radiação
eletromagnética ou luminosa. Ex. índice de
refração e a refletividade.
\uf07d Deteriorativas - indicam a reatividade
química dos materiais.
\uf07d Além da estrutura e propriedade, dois outros
componentes importantes estão envolvidos na
ciência e na engenharia dos materiais, quais
sejam, processamento e desempenho.
\uf07d Com respeito às relações destes quatro
componentes, a estrutura de um material irá
depender da maneira como ele é processado.
\uf07d O desempenho de um material será uma função
das suas propriedades.
\uf07d Processamento\u2192 Estrutura\u2192 Propriedade\u2192 Desempenho
Propriedades dos 
Materiais
Composição e Processo
de Fabricação
Microestrutura
E
N
G
E
N
H
A
R 
I 
A
Figura copiada do material do Prof. Sidnei Paciornik do
Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio
O número de materiais cresceu muito nas últimas
décadas e a tendência é de se proliferarem mais
num futuro próximo
\uf07d Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos 
métodos de extração de materiais da natureza
\uf07d Modificação de materiais naturais
\uf07d Combinação de materiais conhecidos para a 
formação de novos materiais
QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ?
COMO ESCOLHER ??
\uf07d Vidro
\uf07d Cerâmica
\uf07d Plástico
\uf07d Madeira
\uf07d Metal
\uf07d Papel
\uf07d Custo
\uf07d Tempo de vida ou 
Durabilidade
\uf07d Aparência
\uf07d Finalidade: Natureza do
líquido (ex: copo de
metal e papel não pode
ser usado para café,
suco de laranja não
pode ser armazenado
numa taça antiga de
porque remove o Pb da
liga)
Depende
\uf07d 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.
\uf07d A segunda consideração na escolha do material
refere-se ao levantamento sobre o tipo de
degradação que o material sofrerá em serviço.
\uf07d Por exemplo, elevadas temperaturas e ambientes
corrosivos diminuem consideravelmente a
resistência mecânica.
\uf07d 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. 
\uf07d Em raras ocasiões um material reúne uma
combinação ideal de propriedades, ou seja,
muitas vezes é necessário reduzir uma em
benefício da outra.
\uf07d Um exemplo clássico são resistência e
ductilidade, geralmente um material de alta
resistência apresenta ductilidade limitada. Este
tipo de circunstância exige que se estabeleça
um compromisso razoável entre duas ou mais
propriedades.
SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR 
ÍNDICE DE MÉRITO
\uf0aeEx. Resistência:
Material Aço-liga Ti Al PRFC
(alta resist.) (AA7074)
Resist. (MPa) 1000 800 500 700
à tração
PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono
SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR 
ÍNDICE DE MÉRITO
\uf0aeEx. Custo p/Kg/US$:
Material Aço-liga Ti Al PRFC
(alta resist.) (AA7074)
0,75 15 3 20
PROPRIEDADES
Propriedades 
mecânicas gerais
Propriedades 
gerais não-
mecânicas
Propriedades de 
superfície
Preço e 
disponibilidade
Propriedades de 
produção \u2013
facilidade de 
fabricação, união 
e acabamento
Propriedades 
estéticas \u2013
aparência, 
textura, sensação 
táctil
PROJETO
INDÚSTRIA DE PONTA PRODUÇÃO EM MASSA
TIPOS DE INDÚSTRIA - INFLUÊNCIA DOS MATERIAIS
SELEÇÃO CUIDADOSA
(FATOR CUSTO SECUNDÁRIO)
SELEÇÃO CUIDADOSA
(FATOR CUSTO PRIMORDIAL)
\u2022 Grande exigência 
tecnológica
\u2022 Utilização dos mate-
riais nos limites
\u2022 Produtos não
diferenciados
\u2022 Utilização de materiais 
abaixo dos limites
Novas Idéias Projeto Seleção de Materiais
Novos Materiais Materiais existentes
Manufatura
Aplicações finais
Engenharia de Materiais e as 
Novas Tecnologias
Composição, tipo de ligação química, 
estrutura cristalina e microestrutura -
definem as propriedades do material
\uf07d A classificação tradicional dos materiais é
geralmente baseada na estrutura atômica e
química destes.
\uf07d Metais
\uf07d Cerâmicas
\uf07d Polímeros
\uf07d Compósitos
\uf07d Semicondutores
\uf07d Biomateriais (Mat. Biocompatíveis)
Classificação tradicional
Metais \uf07d Materiais metálicos sãogeralmente uma combinação
de elementos metálicos.
\uf07d Os elétrons não estão ligados
a nenhum átomo em particular
e por isso são bons condutores
de calor e eletricidade.
\uf07d Não são transparentes à luz
visível.
\uf07d Têm aparência lustrosa
quando polidos.
\uf07d Geralmente são resistentes e
deformáveis.
\uf07d São muito utilizados para
aplicações estruturais.
32
Materiais Metálicos
Características Gerais
\u2022 Possuem brilho
\u2022 Boa condutividade térmica e 
elétrica
\u2022 Boa maleabilidade
\u2022 Ponto de fusão médio
\u2022 Dureza média
\u2022 Boa tenacidade
\u2022 Em geral, resistência à 
corrosão é ruim
\u2022 Em geral, densidade alta
33
Materiais Metálicos
Tipos
\u2022 Metais Ferrosos
\u2022 Metais leves
\u2022 Metais de baixo ponto de 
fusão
\u2022 Metais nobres
\u2022 Metais refratários
\u2022 Metais resistêntes à corrosão
Exemplos
\u2022 Aço, Ferro fundido
\u2022 Alumínio, Titânio, Berílio
\u2022 Chumbo, Estanho, Zinco
\u2022 Ouro, Prata, Platina
\u2022 Tungstênio, Molibdênio
\u2022 Cobre, Latão, Bronze, Níquel
Quando ocorre o processo de solidificação, os
átomos se posicionam de acordo com um padrão
tridimensional repetitivo, onde cada átomo está
ligado aos seus vizinhos mais próximos,
estabelecendo uma configuração bem ordenada.
Essa configuração é chamada de REDE CRISTALINA
ou CRISTAL.
ESTRUTURA CRISTALINA
Refere-se ao arranjo dos seus componentes internos.
Cerâmicas \uf07d Materiais cerâmicos sãogeralmente uma combinação