Aula 1 Materiais metálicos

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Materiais de construção 2
Aula 2, 3 e 4 - Materiais metálicos
Universidade Federal Rural de Pernambuco
Unidade acadêmica do Cabo de Santo
Agostinho
Profa. Simone Galvão
Simone.galvao@ufrpe.br
Os metais
 Os materiais metálicos são constituidos por um ou mais
elementos metálicos.
◦ Ex: Fe, Al, Cu, Ti, Au, Ni;
 E com frequência por outros elementos não metálicos: C, N,
O, em quantidades pequenas.
Características Estruturais
 Material cristalino
Conceitos Gerais
 Cristalino  é aquele em que os átomos estão situados em 
arranjos que se repete, ou periódico, ao longo de grandes 
distâncias atômicas.
◦ Ordem de longo alcance.
◦ Na solidificação, os átomos se posicionam em um padrão 
tridimensional repetitivo.
◦ Célula unitária - representa a simetria da estrutura 
cristalina.
Três estruturas cristalinas relativamente simples são
encontradas na maioria dos metais mais comuns:
Cúbica de Corpo Centrado (CCC);
Cúbica de Face Centrada (CFC);
Hexagonal Compacta (HC).
Estrutura dos Metais - Geometria 
Estrutura cristalina
HC
CFC
CCC
 FEA - é um índice que varia de 0 a 1 e representa a fração do
volume de uma célula unitária que corresponde a esferas sólidas,
assumindo o modelo da esfera atômica rígida
 Vol. dos átomos=Vol. Esfera= 4πR3/3
 Vol. Da célula=Vol. Cubo= a3
 FEA = (n de átomos x V. atomos)/V cel unitaria
 O Número de Coordenação de um átomo é o número de átomos
vizinhos em contacto com esse mesmo átomo. ou: é o número de
átomos a tocar num átomo especifico.
Cúbico de Corpo Centrado 
(CCC)
Metais que apresentam estrutura 
CCC: Cromo, Ferro, Tungstênio.
𝑎 =
4𝑅
3
Número de Coordenação : 8
FEA = 0,68
r2 r2
Cúbico de Face Centrado (CFC)
 Sistema mais comum encontrado nos metais;
 Os átomos estão localizados em cada um dos vértices 
e nos centros de todas as faces do cubo; 
 Cada átomo em um vértice é compartilhado por oito 
células unitárias; 
 Um átomo localizado no centro de uma face pertence 
a apenas duas células unitárias; 
Cúbico de Face Centrada (CFC)
Metais que apresentam estrutura 
CFC: Cobre, Alumínio, Prata e 
Ouro.
𝑎 = 2R 2
4 átomos associados à essa célula unitária
Número de Coordenação : 12
FEA = 0,74
Hexagonal Compacta (HC)
 São estruturas compostas por duas faces
superiores (compostas por 6 átomos nos vértices
cada) e um plano intermediário (com 3 átomos na
face).
 Cada átomo do vértice é compartilhado por 6
células unitárias;
 Cada átomo do centro das faces é compartilhado
por 2 células unitárias.
 Os três átomos do plano intermediário da célula
são de uma única célula unitária.
Hexagonal Compacta (HC)
Metais que apresentam estrutura HC:
Cádmio, Magnésio, Titânio e Mercúrio. 
Número de Coordenação : 12
FEA = 0,74
 Estrutura cristalina + ligações químicas
Propriedades dos materiais
Características mecânicas
 Rígidos
 Resistentes
 Dúcteis
Aplicações Estruturais
Natureza das cargas
Natureza das cargas
 Principais propriedades mecânicas 
analisadas nos materiais metálicos
 O que acontece com o material durante o teste de tração ?
A aplicação de uma força (tensão)
provoca a deformação (variação
dimensional) do material até a sua
ruptura.
Tensão (σ) x Deformação (ε)
 σ = F/ A (MPa, Kgf/cm2, Kgf/mm2, N/ mm2)
 ε = (li - l0)/l0 = ∆l/l0 (m/m; cm/cm; %) 
ε = deformação
l0 = comprimento inicial da amostra 
li = comprimento instantâneo
Dentro de certos limites, a deformação é proporcional à 
tensão (a lei de Hooke é obedecida) 
 σ = E x ε
 M = limite de resistência à tração (corresponde à tensão
máxima (ponto M) aplicada ao material antes da ruptura)
 F = fratura do material
 E = módulo de elasticidade (módulo de Young)
T
e
n
s
ã
o
Deformação
Deformação Elástica
 Precede a deformação plástica.
 A deformação não é permanente (reversível)  o
material retorna à posição inicial após retirada a força.
 A Tensão é proporcional à deformação (Lei de Hooke )
 Ponto “P”: até este ponto vale a Lei de Hooke,
Corresponde à máxima tensão que o material suporta
sem sofrer deformação permanente.
 Está relacionado com a rigidez do material
 Está relacionado diretamente com as forças das ligações
interatômicas, decorrente do deslocamento de átomos
(ou moléculas) para novas posições na estrutura do
metal.
Deformação plática – limite de 
escoamento
 Convenção: o limite de escoamento corresponde à tensão
necessária para promover uma deformação permanente de
0,2% (denominada de “tensão limite de escoamento” - σ e ).
O valor de σe corresponde à interseção entre
uma linha reta, construída paralela a porção
elástica, e a curva de tensão x deformação
Deformação Plástica
 Uma tensão maior faz com que se deformem pelo estado plástico,
devido a escorregamento de um plano cristalino. Ocorre um
deslocamento permanente; a retirada da tensão não implica no
retorno dos planos cristalinos às suas posições originais
Ocorre uma ruptura das ligações atômicas originais, seguida de uma 
recomposição com o átomo seguinte. 
Diagrama tensão e deformação do Aço Carbono
Figura 1 - Diagrama Tensão x Deformação convencional
Redução da área da seção 
transversal de um corpo de 
prova, sujeito a tração.
Diagrama Tensão x Deformação convencional
Ex.:Aços para concreto armado CA60
Aparênca da Fratura
José de A. Freitas Jr. Aço: Material de aula. Materiais de 
Construção.UFPR.
Ductilidade
 Representa uma medida do grau de deformação plástica
que o material suportou quando de sua fratura. É a medida
da extensão da deformação que ocorre até a fratura.
Importância Ductilidade
Materiais dúcteis e frágeis
Materiais frágeis: são considerados, de maneira
aproximada, como sendo aqueles que possuem uma
deformação de fratura que é inferior a ≈ 5%
Tenacidade – é a capacidade de o material absorver energia 
mecânica até a fratura  Área sob a curva 
Exercícios de revisão
 1) O que define o material metálico? (em termos de
ligação química, propriedades e estrutura cristalina)
 2) Quanto as propriedades, conceitue:
◦ Dúctil e fragil
◦ Tenaz
◦ Dureza
 3) Explique o comportamento apresentado pelo aço a
partir do diagrama tensão e deformação.
 Materiais Metálicos
◦ Ferrosos
◦ Não Ferrosos
METAIS - Classificação
 Metais ferrosos: Apresentam o metal ferro como
principal componente (aço para construção civil).
◦ Desvantagens:
 densidade relativamente alta
 susceptibilidade à corrosão em alguns ambientes
usuais
 Metais não ferrosos: Não apresentam ferro na sua
composição.
◦ Ex: alumínio, zinco, chumbo,
 ligas - latão, bronze
Ligas Metálicas
 É uma solução sólida há mistura completa dos átomos
de 2 metais, que acontece durante a fusão, quando eles
estão no estado líquido. Permanece firme, mesmo depois
que o metal passa para o estado sólido.
 Formação da solução sólida
◦ Substituição do metal base por outro, de raio semelhante
◦ Ou por outro átomo bem pequeno, que fica nos vazios do átomo do
metal base
 Forma liga – tamanho dos átomos parecidos, propriedades
eletroquímicas parecidas
 Metais Ferrosos
AÇOS
 Ferro FundidoTeor de Carbono entre 2,04% e 6,75%
 Aços Toda liga Fe-C, com teor de C de no máximo 2,04 %
(ABNT).Classificação (ABNT):
Aços doces 0,3 %C
Aços meio-doces 0,3 a 0,4 %C
Aços meio-duros 0,4 a 0,6 %C
Aços duros de 0,6 a 0,7 %C
Aços muito duros 0,7 a 0,85 %C
Aços extra-duros mais de 0,85 %C
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Influência das ligas no Aço estrutural
 Carbono(C):
◦ aumento do teor de carbono
 obtenção da resistência mecânica nos aços (limite de
resistência).
 Prejudica a ductilidade (em especial o dobramento) e
a tenacidade.
 comprometem a soldabilidade e diminuem a
resistência à corrosão atmosférica
 O teor de carbono nos aços estruturais é limitado
em +-0,5%
 O teor de Carbono dos fios para concreto
protendido +-0,7%
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Influência das ligas no Aço estrutural
 Teor de carbono: propriedades e microestrutura
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Nomenclatura - ABNT
Nomenclatura - ABNT
CP 190 RB EP
Engraxado plastificado
Baixa relaxação
R escoamento
CP 210 RB EP
D = 12.7, 15.2 MM
Requisitos para o aço utilizado na construção
civil para concreto armado
 Ductilidade e homogeneidade;
 Valor elevado da relação entre limite de resistência e
limite de escoamento;
 Soldabilidade;
 Boa resistência à corrosão;
 As nervuras e os entalhes nas barras têm como função
aumentar a aderência da barra ao concreto,
proporcionando melhor atuação conjunta do aço e do
concreto.
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 CALLISTER JR., W.D.; RETHWISCH, D. G. Fundamentos
da ciência e engenharia de materiais: uma abordagem
integrada . 4. ed. Rio de Janeiro: LTC Ed., 2014. 805 p
 http://wwwo.metalica.com.br/construcoes-metalicas-o-uso-
do-aco-na-construcao-civil
 Freitas Jr, J. de A. Aço: Material de aula. Materiais de
Construção.UFPR.
 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO. Escola de
Minas – DECIV. Engenharia Civil Materiais de Construção II
.