Tipos de Materiais

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TIPOS DE MATERIAIS
CIÊNCIA E TECNOLOGIA 
DOS MATERIAIS
Prof. Dr. Ranyere Lucena de Souza
Aracaju, 2017
 Materiais de origem mineral
rochas, cerâmica, cimento e vidro.
 Materiais de origem vegetal
madeira (incluindo os seus transformados), cortiça e fibras 
vegetais.
 Materiais de origem animal
couro e fibras animais.
 Metais e suas ligas
 Materiais poliméricos naturais
artificiais e sintéticos (elastómeros, elastómeros 
termoplásticos, plásticos, couro sintético, fibras).
 Materiais compósitos
 Nanomateriais 
50.000 
diferentes 
materiais
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TIPOS DE MATERIAIS
Qual o material correto à ser aplicado em 
um processo de engenharia ?
Condições de serviço
Propriedades 
necessárias do material 
Deterioração das 
propriedades
Aspecto econômico
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Qual o material correto à ser aplicado em um processo de 
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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.
• Temperatura
• Pressão
• Umidade
• Velocidade do ar
• Tempo de trabalho
• Esforço de trabalho...
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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.
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Qual o material correto à ser aplicado em um processo de 
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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. 
Materiais sólidos têm sido convenientemente agrupados em 3 classificações básicas:
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 Metais;
 Cerâmicas;
 Polímeros
 Compósitos 
 Combinações de dois ou mais materiais diferentes
 Semicondurotes
 Biomaterias
Baseado principalmente
na constituição química e
estrutura atômica
Materiais avançados –
utilizados em aplicações
de alta tecnologia
TIPOS DE MATERIAIS
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IT METAIS
TIPOS DE MATERIAIS
Materiais metálicos são normalmente uma 
combinação de elementos metálicos;
Possuem elétrons livres;
Bons condutores de eletricidade e calor;
Não transparentes;
Muito resistentes;
 Facilmente deformáveis (moldáveis).
Em relação às cerâmicas e aos 
polímeros são relativamente:
> Densos (estrutura)
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Carbono, Nitrogênio e Oxigênio
Boa resistentes
Excelente ductilidade
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METAIS
TIPOS DE MATERIAIS
Liga metálica ??
Refere-se a uma substância metálica que é 
composta por dois ou mais elementos 
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IT - Ligas Metálicas
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METAIS
Aço
• Componentes: Fe (≈98,5%), C (0,5 a 1,7%), Si, S e O (traços);
• Propriedades principais: alto ponto de fusão (próximo de 1300ºC), densidade 7,7 g/cm3 e é
mais resistente à tração do que o ferro puro;
• Principais aplicações: fabricação de peças metálicas que sofrem elevada tração,
principalmente estruturas metálicas.
•Componentes: Aço (74%), Cr (18%) e Ni (8%);
•Propriedades principais: é praticamente inoxidável;
•Principais aplicações: talheres, peças de carro, brocas, utensílios de cozinha e decoração.
•Componentes: Au (75%), Cu e Ag;
•Propriedades principais: liga que apresenta dureza adequada para a joia, que mantém o
brilho e a durabilidade do ouro; e tem a vantagem de que o ouro puro é um metal macio, que
pode ser facilmente riscado;
•Principais aplicações: na manufatura de joias e peças ornamentais.
Aço Inox
Ouro 18 
quilates
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- Ligas Metálicas
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METAIS
Bronze
Latão
• Componentes: Cu (67%) e Sn (33%);
• Propriedades principais: elevada resistência ao desgaste por fricção;
• Principais aplicações: produção de sinos, medalhas, moedas e estátuas.
• Componentes: Cu (95 a 55%) e Zn (5 a 45%);
• Propriedades principais: fácil de moldar, flexibilidade e boa aparência;
• Principais aplicações: peças de máquinas, instrumentos de sopro, produção de tubos,
armas e torneiras.
• Componentes: Ag (70%), Sn (18%), Cu (10%) e Hg (2%);
• Propriedades principais: baixo coeficiente de dilatação, resistência à oxidação e alta
maleabilidade;
• Principais aplicações: obturações dentárias.
Amálgama
Metal wood
(liga de 
Bismuto)
• Componentes: Bi (50%), Pb (27%), Sn (13%) e Cd (10%);
• Propriedades principais: baixa temperatura de fusão (em torno de68ºC);
• Principais aplicações: em fusíveis elétricos que se fundem e se quebram, interrompendo a
passagem de corrente elétrica.
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IT CERÂMICAS
TIPOS DE MATERIAIS
Composição de elementos metálicos e não metálicos;
Óxidos, nitretos e carbetos;
Argilas, cimento e vidro;
Normalmente isolantes;
Duros e quebradiços (frágeis);
Resistente a altas temperaturas
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CERÂMICAS
TIPOS DE MATERIAIS
Óxido de Alumínio (Al2O3) vs Alumínio Metálico
 Quimicamente estável;
 Ponto de fusão = 2020 ºC;
 Refratário (resistente a alta temperatura).
 Oxidado;
 Ponto de fusão = 660 ºC
Outros exemplos: 
 Óxido de magnésio (MgO)
 Sílica (SiO2);
 À base de minerais argilosos;
 Cimento;
 Nitreto de silício (Si3N4).
Estruturalmente 
Metais e Cerâmicas possuem uma 
característica semelhante na escala 
atômica: são cristalinos
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ALUMINA
Em ambientes severos
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IT POLÍMEROS 
TIPOS DE MATERIAIS
 Plásticos, borrachas e adesivos;
Compostos orgânicos baseados em
carbono, hidrogênio e outros elementos
não metálicos;
Produzidos pela criação de grandes
estruturas moleculares a partir de
moléculas orgânicas;
Baixa condutividade elétrica;
Baixa resistência à temperatura.
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IT POLÍMEROS 
TIPOS DE MATERIAIS
Estruturalmente 
Grandes e com átomos de carbono
Etileno (C2H4)n – n pode variar 100 
até 1000.
 Ductilidade;
 Leves;
 Baixo custo;
 Ponto de fusão baixo;
 Quimicamente inertes *
 Decomposição.
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Oxigênio (ex. acrílico))
Nitrogênio (náilons), 
Flúor (fluoroplásticos, PTFE)
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POLÍMEROS 
TIPOS DE MATERIAIS
 Plásticos
Borrachas
 Fibras
Aplicações
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COMPÓSITOS
TIPOS DE MATERIAIS
 Formados por dois ou mais tipos de materiais individuais
(metais, cerâmicos e/ou polímeros);
Atingir uma combinação de propriedades que não é
exibida por qualquer material isoladamente.
EX: Madeira ? Osso ?
Existem outras categorias de importância que consistem na combinação 
destes tipos de materiais visto anteriormente...
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Aplicações
TIPOS DE MATERIAIS
Fibras de Carbono 
Compósitos de fibras reforçadas (fibras de carbono
em matriz polimérica) utilizados na estrutura de
bicicletas.
Alta resistência das fibras de vidro + ductilidade dos polímeros 
Polímero reforçado com fibra de carbono: material de baixa
combustão e mais resistente.
• elevada resistência a tração
• alto módulo de elasticidade
• rapidez na aplicação
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Aplicações
TIPOS DE MATERIAIS
Fibras de Carbono 
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A elevada resistência a tração
- Aumento da capacidade de suporte das vigas e lajes bem como de
pilares em condições especiais, tais como:
- Aumento de sobrecarga de estrutura existente para novos
equipamentos ou mudança de utilização.
- Recomposição para a carga de projeto prevista inicialmente em
caso de erros de projetos e/ou execução.
- Reforços em áreas que não se pode alterar o pé direito da
construção pois as sua dimensões são mínimas (menos de 1 cm).
- Reforços em tanques e caixas d’águas circulares.
- Reforços em ponte e viadutos.
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IT COMPÓSITOS
TIPOS DE MATERIAIS
Compósito agregado
– Tanto a brita como
a areia reforçam uma
complexa matriz
cimento-sílica.
Ligas de titânio reforçadas
com fibras de carboneto de
silício.
Compósitos de carbono-
carbono: escudo de proteção
térmica.
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IT SEMICONDUTORES
TIPOS DE MATERIAIS
 Apresentam propriedades elétricas que são intermediárias
entre metais e isolantes;
 As características elétricas são extremamente sensíveis à
presença de pequenas quantidades de impurezas, cuja
concentração pode ser controlada em pequenas regiões do
material;
 os semicondutores tornaram possível o advento do circuito
integrado que revolucionou as indústrias de eletrônica e
computadores.
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IT BIOMATERIAIS
TIPOS DE MATERIAIS
 São empregados em componentes para implantes de
partes em seres humanos;
 Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e
devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não
deve causar rejeição);
 Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros
podem ser usados como biomateriais.
Válvula mitral de Ti
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IT NANOMATERIAIS
TIPOS DE MATERIAIS
 São diferenciados em função do seu tamanho;
 Prefixo nano (10-9 m);
 Eletrônica, Biomedicina, esportes, produção de 
energia, etc... 
Estes materiais são geralmente materiais
tradicionais cujas propriedadessão
optimizadas ou materiais novos de alto 
desempenho
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
INDÚSTRIA DE PONTA PRODUÇÃO EM MASSA
TIPOS DE INDÚSTRIA - INFLUÊNCIA DOS MATERIAIS
SELEÇÃO CUIDADOSA
(FATOR CUSTO SECUNDÁRIO)
SELEÇÃO CUIDADOSA
(FATOR CUSTO PRIMORDIAL)
• Grande exigência 
tecnológica
• Utilização dos mate-
riais nos limites
• Produtos não
diferenciados
• Utilização de materiais 
abaixo dos limitesC
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
Inter-relação: Material/Processamento/Propriedades
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FUNÇÃO
MATERIAL FORMA
PROCESSO
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
Existem várias propriedades que devem ser levadas em consideração no
desenvolvimento de materiais e/ou alternativas de processo e aplicações:
• Mecânicas 
• Microestruturais 
• Físicas e Químicas
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• Econômicas 
• Superficiais 
• Fabricação 
• Estéticas
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
PROPRIEDADES MECÂNICAS
• Resistência 
• Dureza 
• Ruptura
• Fadiga
• Escoamento (início da deformação plástica) 
• Fluência (processo lento de deformação, depende da 
temperatura e tempo) 
• Desgaste, etc
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
PROPRIEDADES MICROESTRUTURAIS
• Tipo (cristalina, cadeias, amorfa)
• Cristalização (CFC, CCC, HC, ...)
• Defeitos (discordâncias, vazios)
• Fases
• Solubilidade
• Tratamentos TérmicoC
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICA
• Elétricas (resistência e termoeletricidade)
• Magnéticas
• Óticas (cor, transparência, refração, absorção)
• Térmicas
• Durabilidade Química
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
• Preço;
• Custos Financeiros; 
• Valor de Mercado;
• Incentivos Fiscais;
• Disponibilidade;
PROPRIEDADES ECONÔMICAS
• Fornecedores Alternativos; 
• Materiais com Propriedades Equivalentes;
• Atualização Tecnológica;
Ciência e Tecnologia Evoluem Rapidamente! 
Necessário Estudo Permanente.
Qual o custo do produto acabado??? Um material
pode reunir um conjunto ideal de propriedades
porém com custo elevadíssimo.
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
PROPRIEDADES DE FABRICÇÃO 
• Usinagem 
• Soldagem 
• Colagem 
• Fundição 
• Conformação 
• Acabamento
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
PROPRIEDADES SUPERFICIAIS 
• Corrosão 
• Desgaste 
• Abrasão 
• Adesão 
• Erosão 
• RevestimentoCi
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
PROPRIEDADES ESTÉTICAS
São propriedades que variam muito com o tempo e são difíceis
de quantificar, mas têm grande valor econômico.
• Aparência
•Textura
•Tato
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
Como decidir qual material deve ser utilizado para
determinada aplicação?
Figura: Densidade à temperatura ambiente para vários materiais
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
Como decidir qual material deve ser utilizado para
determinada aplicação?
Figura: Rigidez à temperatura ambiente para vários materiais.
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
Como decidir qual material deve ser utilizado para
determinada aplicação?
Figura: Resistência à fratura à temperatura ambiente para vários materiais.
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PROPRIEDADE vs PRODUÇÃO
Como decidir qual material deve ser utilizado para
determinada aplicação?
Figura: Condutividade elétrica à temperatura ambiente para vários materiais.
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