Aula 01 Apresentação da disciplina

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Conceitos
Fundamentais
sobre Materiais
Aula 01 
Ciências e Tecnologia dos Materiais
Temas abordados na Aula 01
1) Apresentação da Disciplina;
2) Conceituação de Ciência e Engenharia dos Materiais;
3) A importância dos materiais na evolução humana;
4) Novos desenvolvimentos dos Materiais;
5) Materiais de Interesse da Engenharia;
6) Exercícios Propostos.
1 - Apresentação da disciplina; Conceituação de ciência e engenharia de materiais;
A importância dos materiais na evolução da humanidade. A idade da pedra. A
idade do cobre. A idade do bronze. A idade do ferro. Novos desenvolvimentos de
materiais.
Plano de Ensino
2 - Átomos – estrutura atômica; Ligações químicas – iônicas, metálicas, covalentes e
secundárias;
Classificação dos materiais; Propriedades dos materiais e sua relação com as ligações
químicas;
3- Introdução às propriedades dos materiais: propriedades mecânicas, elétricas, térmicas, magnéticas, ópticas; 
Propriedades mecânicas – deformação elástica e deformação plástica. Conceitos de tensão e deformação; 
4 - Propriedades Mecânicas dos materiais metálicos; Ensaios de tração, dureza e fluência. Fratura em
materiais metálicos, ensaios de impacto e fadiga; Exemplos: naufrágio do Titanic, barra de direção do acidente
do Ayrton Senna.
5 - Propriedades Mecânicas dos materiais cerâmicos e poliméricos; Ensaios de compressão e flexão;
6 - Propriedades Elétricas: condutividade elétrica, resistividade elétrica;
7 - Propriedades Térmicas: a capacidade térmica, a expansão ou dilatação térmica,
a condutividade térmica, o choque térmico.
8 - Propriedades ópticas: Refração, reflexão, absorção e transmissão; 
9 - Propriedades Magnéticas: comportamento magnético dos materiais; 
10 - Resistência à corrosão, degradação e desgaste; 
11 - Classificação e aplicação dos materiais metálicos; Materiais ferrosos e não ferrosos; Exemplos
de aplicações: lata de refrigerante de alumínio, ligas aeronáuticas, fios condutores de eletricidade;
12 - Exemplos de aplicações de aços: ligas automotivas de alta resistência, cabos de sustentação de
pontes estaiadas, aços bake hardening no revestimento de automóveis; Sistema de classificação
segundo as normas ABNT;
13 - Classificação e Aplicação dos Materiais Cerâmicos; Exemplos de aplicação: vidros laminados e
vidros temperados, revestimento de ônibus espacial, fibra de carbono em bicicletas;
14 - Classificação e Aplicação dos Materiais poliméricos e compósitos; Exemplos de aplicação:
materiais aeronáuticos, raquetes de tênis;
15 - Classificação e Aplicação dos Materiais semicondutores e componentes 
eletrônicos; 
16 - Materiais Avançados, biomateriais, materiais biodegradáveis e recicláveis; 
17 - Nanotecnologia: propriedades, desenvolvimento e aplicações; 
Bibliografia
1) CALLISTER Júnior, William D. Ciência e engenharia de materiais : uma introdução. 8. ed. Rio de
Janeiro : Livros Técnicos e Científicos, c2013.
2) CALLISTER JÚNIOR, William D.; RETHWISCH, David G. Fundamentos da ciência e engenharia de
materiais : uma abordagem integrada. 4. ed. Rio de Janeiro : LTC, 2014.
3) VAN VLACK, Lawrence Hall. Princípios de ciência e tecnologia dos materiais. 4.th ed. Rio de Janeiro :
Campus, c2003.
4) PADILHA, Ângelo Fernando. Materiais de engenharia: microestrutura e propriedades. São Paulo:
Hemus, 2007.
Sistema de Avaliação
AV01 – a prova será dividida em 2 partes:
Parte 01 – valor: 4,0 pontos relativos à avaliação + 1,0 ponto relativo à lista de 
exercícios;
Parte 02 – valor: 4,0 pontos relativos à avaliação + 1,0 ponto relativo à lista de 
exercícios;
AV02 – A ser definida pela coordenação.
Avaliação Substitutiva
A avaliação perdida pelo aluno será realizada mediante a apresentação de documento (atestado
médico junto ao protocolo fornecido pela secretaria) que comprove a ausência, sendo a mesma,
realizada no final do semestre.
Observação: o aluno tem 48 horas a partir do término do afastamento, para
apresentar o comprovante de afastamento na secretaria de modo a poder
requerer o protocolo que comprove seu afastamento.
1 – Os Materiais de Engenharia e Tecnologia
Devemos compreender quais são os tipos de materiais, suas estruturas,
suas propriedades e desempenhos em relação ao uso que terão na
indústria de transformação.
Primeiramente, devemos entender quais são as propriedades a serem analisadas nos
materiais, essas que farão distinção entre eles. Então, quais são essas propriedades?
i) mecânica – desempenho à choques mecânicos, deformação, dureza, torção, etc;
ii) elétrica – condutividade e resistividade elétricas;
iii) térmica – condução térmica e resistência ao calor;
iv) magnética – ferromagnetismo, paramagnetismo e diamagnetismo;
v) óptica – opacidade, translucidez e transparência;
vi) deteriorativa – resistência química à agentes externos, tais como gases,
radiação e líquidos.
O que é a Ciência e Tecnologia dos Materiais?
É a ciência que trata da produção, caracterização, conformação e melhoria de
materiais de interesse do homem. Na engenharia, utilizasse de processos que
visam melhorar as propriedades do material, de modo a produzir objetos com alto
rendimento.
Histórico
O homem primitivo (hominídeos) era um caçador e, devido à essa atividade, tiveram que construir
instrumentos para conseguir caçar e ter seus alimentos. Até o domínio da terra, os hominídeos
tinham a necessidade de demarcar território e garantir sua segurança, dessa forma, o uso de
artefatos bélicos se tornou ainda mais necessário, caracterizando sua força em sua tribo.
A medida que passa a viver em comunidade, há a
necessidade de cobrir seus corpos, garantindo-os
sobrevivência em situações climáticas adversas, sendo
ainda mais necessário o desenvolvimento de ferramentas
mais aprimoradas. Dessa forma, devido à simplicidade na
fabricação, as pedras são os primeiros materiais que o
homem teve contato.
Ferramentas feitas à base de pedra.
Entre 5000 e 3000 a.C., ou seja, dois milênios após a introdução da agricultura,
surgem várias invenções importantes. Uma das mais importantes, foi o
desenvolvimento pelo homem, do forno de “alta temperatura”, que permitiu a ele a
fundição dos metais e a empregá-los para dominar os animais. Dessa forma, ele
inventou o arado, a carroça, as embarcações, a vela e a escrita. Essa evolução no
tratamento dos materiais seguiu-se até o início da era cristã, em que o homem
passa a conhecer sete metais: cobre, ouro, prata, chumbo, estanho, ferro e
mercúrio.
Cronologia do uso de materiais pelo homem.
De um modo geral, os materiais sólidos são frequentemente classificados em três grupos principais:
materiais metálicos, materiais cerâmicos e materiais poliméricos ou plásticos. Esta classificação é
baseada na estrutura atômica e nas ligações químicas pressentes em cada grupo. Um quarto grupo,
que foi incorporado nesta classificação nas últimas décadas, é o grupo dos materiais compósitos.
Também, há as materiais semi condutores e os novos materiais que surgiram na idade
Contemporânea. Em seguida, descreveremos brevemente os 5 grupos acima mencionados.
A) Metais
Materiais metálicos são normalmente combinações de elementos
metálicos. Eles têm grande número de elétrons não localizados, isto é,
estes elétrons não estão amarrados a particulares átomos. Muitas
propriedades de metais são diretamente atribuíveis a estes elétrons, tais
como:
i) Bons condutores de eletricidade;
ii) Bons condutores térmicos;
iii) Não transparentes à luz visível;
iv) Alta resistência mecânica, deformáveis elástica e plasticamente.
Vergalhões de Aço
Fios de Cobre Chapas de liga de alumínio
B) Cerâmicas
Cerâmicas são compostos entre elementos metálicos e não-metálicos:
eles são muito frequentemente óxidos, nitretose carbetos. A larga faixa
de materiais que caem dentro desta classificação inclui cerâmicas que
são compostas de minerais de argilas, cimento e vidro. Dentre as
propriedades, destacam-se:
i) Isolantes térmicos;
ii) Isolantes elétricos;
iii) Baixa resistência mecânica, ou seja, materiais duros;
iv) Apresentam transparência e translucidez.
Cristal de Quartzo Objetos feitos de material cerâmica
Panela de Cerâmica
3) Polímeros
Polímeros incluem os materiais tais como o plástico e a borracha. Muitos
deles são compostos orgânicos que são quimicamente baseados em
carbono, hidrogênio, e outros elementos não metálicos. Dentre as
propriedades, destacam-se:
i) Grandes estruturas moleculares;
ii) Alta flexibilidade;
iii) Baixa resistência Mecânica;
iv) Baixo ponto de fusão comparado à metais e à cerâmicas.
Colete feito de Kevlar®
Filme de PP
Grânulos de PS coloridos
Os polímeros mais comuns são os artificiais, ou seja, àqueles derivados de
um modo geral, do nafta do petróleo. Entretanto, há também os polímeros
naturais, como a borracha, o amido e a celulose.
A borracha é um exemplo de um polímero natural.
Objetos produzidos por polímeros artificiais.
Pesquise: Com base em pesquisa, encontre o significado das
siglas PE, PC, PET, ABS, PEAD, PEBD, TEFLON® (PTFE).
Pesquise: Qual a diferença entre plásticos de
engenharia e plásticos commodities?
A indústria de polímeros se desenvolveu a partir do final do século XIX,
quando objetos antes produzido a partir de metais e cerâmicas, foram
substituídos por materiais poliméricos.
Dessa forma, vamos discutir alguns polímeros:
1) Vulcanização da Borracha: o que é? Quem o criou? Qual a melhoria na borracha natural?
2) PET: o que é? Por que foi desenvolvida?
3) NYLON ou poliamida: o que é? Quem a criou? Por que foi desenvolvida?
Wallace Hume Carothers, em 1835. O acrônimo Nylon mais famoso é
Now You’ve lost, Old Nippon.
Materiais compósitos são aqueles constituídos por mais de um tipo de
material. Essa união de dois ou mais tipos de materiais é devido à
necessidades de combinar propriedades, geralmente as características
de cada material constituinte.
Podemos citar como exemplos de materiais compósitos:
4) Compósitos
i) Fibra de vidro ou fiberglass – compósito formado por cerâmica (vidro) e polímero, de modo a
adquirir a resistência mecânica do vidro e a flexibilidade do polímero, sendo bons isolantes
térmicos;
ii) Concreto armado – compósito formado por cerâmica, no caso o concreto (areia, cascalho e
cimento) e metal (aço), de modo a ter a dureza e resistência química do concreto e a resistência
mecânica do metal.
Fibra de Vidro
Concreto Armado
Fibra de Carbono
Semicondutores têm propriedades elétricas que são intermediárias entre
os condutores elétricos e os isolantes. Além disso, as características
elétricas destes materiais são extremamente sensíveis à presença de
pequenas concentrações de átomos, denominadas impurezas, cujas
concentrações podem ser controladas ao longo de pequenas regiões de
sua estrutura. Suas principais propriedades são:
5) Semicondutores
i) Condutividade Elétrica à certas intensidades de corrente;
ii) Resistência térmica;
iii) Dureza;
iv) Resistência Química.
Fita de LED
Placa Integrada
Qual dessas embalagens, é a melhor para
acondicionar a coca – cola?
Um modelo conveniente para representar a Ciência e
Engenharia de Materiais é apresentado na figura ao lado.
Ele utiliza um tetraedro, no qual os quatro vértices
representam: síntese e processamento, estrutura e
composição, propriedades e desempenho.
Tetraedro dos Materiais
Exercícios – Materiais de Engenharia
1) De acordo com a imagem das embalagens de Coca-Cola, pesquisado em sites
para embasar sua resposta, não se esquecendo de citar a fonte bibliográfica. Qual
dessas embalagens leva a bebida a ter um sabor mais agradável? Explique quais as
razões do melhor sabor.
2)Explique porque se deve conhecer bem o material e suas propriedades para a escolher o tipo de
processamento que esse material deve sofrer para chegar à indústria, como matéria prima.
3) Se você fosse construir um circuito integrado, quais materiais descritos na aula vocês usaria? Justifique
sua resposta.
4) O concreto armado, como comentado na aula de apresentação, é um material compósito, pois alia o
desempenho do concreto (material cerâmico) com o metal (vergalhões de aço) para obter melhor
desempenho. No caso do concreto, temos a dureza de sua estrutura, assim como sua resistência química,
mas essa dureza leva à fragilidade devido às vibrações, problema resolvido com a união com o metal, que
além de absorver vibrações, auxilia o concreto na resistência mecânica, tornando o concreto armado, o
material mais usado no mundo na construção civil. Também, na aula texto, foi falado da fibra de vidro
(Fiberglass). Nessas condições, cite um material compósito, descrevendo os materiais que o compõe,
falando do desempenho que cada material traz para a composição.
5) Na reciclagem de plásticos, todo profissional da engenharia deve ter
conhecimento quanto à simbologia dos plásticos recicláveis. Nessas condições,
faça a associação correta.
( ) Outros ( ) PP ( ) PEAD
( ) PVC ( ) PEBD
( ) OS ( ) PET
6) Por que há dificuldades na reciclagem de materiais de interesse da engenharia? Dê exemplos desses materiais.
7) Por que os materiais compósitos estão cada vez mais sendo utilizados na fabricação de produtos? Dê
exemplos de 3 materiais compósitos.
A – o produto deve apresentar alta capacidade de se deformar elasticamente, sendo
transparente e apresentando baixa resistência mecânica. Também, deve ser resistente à
corrosão devido ação de gases atmosféricos.
B – o produto deve apresentar capacidade de se deformar elasticamente, sendo
translúcido e apresentando ótima condutividade elétrica e térmica.
C – o produto deve apresentar baixa densidade e ao mesmo tempo alta resistência
mecânica, boa resistência à corrosão, sendo translúcido, bom condutor térmico e
elétrico.
D – o material deve apresentar condutividade elétrica e ao mesmo tempo, aquecer
pouco devido à essa condutividade, sendo resistente à corrosão. Também, deve
apresentar baixa resistência à deformação elástica e plástica.
E – o produto deve ser rígido, apresentando alta resistência química, baixa 
condutividade térmica e baixa resistência à deformação elástica e plástica
1 – Metal
2 – Cerâmica
3 – Polímero
4 – Compósito
5 – Semicondutor
8) De acordo com a aula 01 – Ciências dos Materiais, apresentada de modo
presencial no dia da apresentação do professor à turma, discutimos sobre a
importância de escolher o material adequado, dependendo da finalidade em que se
busca em suas propriedades. Dessa forma, associe cada material às propriedades
exigidas no desenvolvimento de um produto: