01 SLIDES Clasificacao dos Materias

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CIÊNCIAS DOS MATERIAIS
Profa. MsC. Eng Metalurgista 
Fernanda Bordin
ASSUNTO
1. Introdução à ciência e 
engenharia dos materiais e 
classificação dos materiais
PROGRAMA DISCIPLINA
AULAS TEÓRICAS
1. Introdução à ciência e engenharia dos
materiais e classificação dos materiais
2. Ligação química nos sólidos
- Energias e forças de ligações
- Ligações interatômicas primárias
- Ligação de Van der Waals
3. Materiais cristalinos
-Estrutura cristalina: conceitos fundamentais,
célula unitária,
- Sistemas cristalinos,
- Polimorfismo e alotropia
- Direções e planos cristalográficos, anisotropia,
- Determinação das estruturas cristalinas por difração de raios-x.
PROGRAMA DISCIPLINA
AULAS TEÓRICAS
4. Imperfeições cristalinas
- Defeitos pontuais
- Defeitos de linha (discordâncias)
- Defeitos de interface (grão e maclas)
- Defeitos volumétricos (inclusões, precipitados)
5.Mecanismos de movimento atômico
(difusão)
- Mecanismo da difusão
- Fatores que influem na difusão
- Difusão no estado estacionário
- Difusão no estado não-estacionário
6. Propriedades Mecânicas dos Metais
- Deformação elástica e deformação plástica
- Coeficiente de Poisson
PROGRAMA DISCIPLINA
AULAS TEÓRICAS
7. Discordâncias e Mecanismos de
Aumento de Resistência
- Conceitos básicos: características das discordâncias,
sistemas de escorregamento
- Aumento da resistência por diminuição do tamanho de grão
- Aumento da resistência por solução sólida
- Encruamento, recuperação, recristalização e crescimento
de grão
8. Falha nos metais
- Fratura dúctil, fratura frágil
- Fluência nos metais
- Fadiga nos metais
PROGRAMA DISCIPLINA
AULAS TEÓRICAS
9. Diagramas de fase em condições de
equilíbrio
- Definições e conceitos básicos: identificação das fases,
limite de solubilidade, microestrutura das fases
- Diagramas de equilíbrio binários isomorfos e eutéticos
- Reações eutetóides e peritéticas
- Sistema Fe-C e microestruturas que se formam no
resfriamento lento
10. Transformações de fases em metais
e microestruturas
- Conceitos básicos
- Alterações microestruturais das ligas Fe-C e propriedades
(curvas Temperatura-Tempo-Transformação).
PROGRAMA DISCIPLINA
CONTEÚDOS EXTRAS
11-PROPRIEDADES ELÉTRICAS E 
MAGNÉTICAS
12- CORROSÃO E DEGRADAÇÃO DOS 
MATERIAIS
BIBLIOGRAFIA
• 1-Van Vlack L.H., Princípios de Ciência dos 
Materiais, Ed. Edgard Blücher, S.P.
• 2- William D. Callister Jr., Introdução à Ciência 
e Engenharia de Materiais, Ed. LTC, 2000.
• 3- Chiaverini V., Tecnologia Mecânica, Vol. I e 
III Ed. McGraw – Hill S.P
INTRODUÇÃO
• 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
E
N
G
E
N
H
A
R 
I 
A
Figura 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
• 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
QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ?
COMO ESCOLHER ??
Como definir qual o melhor material para um 
determinado fim?
• Vidro
• Cerâmica
• Plástico
• Madeira
• Metal
• Papel
• Custo
• Tempo de vida ou 
Durabilidade
• Aparência
• Finalidade: Natureza do 
líquido
Ex: copo de madeira, metal e 
papel não pode ser usado 
para café, suco de laranja...
Porquê? ???????????????
As bebidas não podem ser 
armazenado numa taça 
antiga de peltre.
Porque ?Remove o Pb da liga
Depende
Exemplo: Copo
Quais os critérios que um engenheiro 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
• Levantar as propriedades requeridas para tal
aplicação,
• Saber como esses valores foram determinados e
quais as limitações e restrições quanto ao uso dos
mesmos.
Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para 
selecionar um material entre tantos outros?
• 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 que um engenheiro 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. 
SELEÇÃO DOS MATERIAIS 
POR ÍNDICE DE MÉRITO
Ex. 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
Ex. Resistência/peso:
Material Aço-liga Ti Al PRFC
(alta resist.) (AA7074)
133 170 185 390
SELEÇÃO DOS MATERIAIS 
POR ÍNDICE DE MÉRITO
Ex. Custo p/Kg/US$:
Material Aço-liga Ti Al PRFC
(alta resist.) (AA7074)
0,75 15 3 20
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 limites
Mmaterial do Prof. Arlindo Silva do Instituto 
Superior Técnico da Universidade de Portugal
Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para 
selecionar um material entre tantos outros?
• Em raras ocasiões um material reúne uma 
combinação ideal de propriedades, ou seja, muitas 
vezes é necessário reduzir uma em benefício da 
outra. 
• 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.
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
• A classificação tradicional dos materiais é 
geralmente baseada na estrutura atômica 
e química destes.
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
• 1.Metais
• 2.Cerâmicas
• 3.Polímeros
• 4.Compósitos
• 5.Semicondutores
• 6.Biomateriais (Mat. Biocompatíveis)
Classificação tradicional
• Materiais metálicos são
geralmente uma combinação
de elementos metálicos.
• Os elétrons não estão ligados a 
nenhum átomo em particular e 
por isso 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
Cerâmicas
• Materiais cerâmicos são
geralmente uma combinação de 
elementos metálicos e não-
metálicos.
• Geralmente são óxidos, nitretos
e carbetos
• São geralmente isolantes de calor
e eletricidade
• São mais resistêntes à altas
temperaturas e à ambientes
severos que metais e polímeros
• Com relação às propriedades
mecânicas as cerâmicas são
duras, porém frágeis
• Em geral são leves
ALUMINA
OS MATERIAS CERÂMICOS NA TABELA PERIÓDICA
Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais
Polímeros
• Materiaispoliméricos são 
geralmente compostos 
orgânicos baseados em 
carbono, hidrogênio e outros 
elementos não-metálicos.
• São constituídos de moléculas 
muito grandes (macro-
moléculas)
• Tipicamente, esses materiais 
apresentam baixa densidade e 
podem ser extremamente 
flexíveis
• Materiais poliméricos incluem 
plásticos e borrachas
Compósitos
• Materiais compósitos são 
constituídos de mais de um tipo de 
material insolúveis entre si.
• Os compósitos são “desenhados” 
para apresentarem a combinação 
das melhores características de cada 
material constituinte
• Muitos dos recentes 
desenvolvimento em materiais 
envolvem materiais compósitos
• Um exemplo classico é o compósito 
de matriz polimérica com fibra de 
vidro. O material compósito 
apresenta a resistência da fibra de 
vidro associado a flexibilidade do 
polímero
Semicondutores
• Materiais semicondutores 
apresentam propriedades elétricas 
que são intermediárias entre metais 
e isolantes
• Além disso, as características 
elétricas são extremamente 
sensíveis à presença de pequenas 
quantidades de impurezas, cuja 
concentração pode ser controlada 
em pequenas regiões do material 
(para formar as junções p-n)
• Os semicondutores tornaram 
possível o advento do circuito 
integrado que revolucionou as 
indústrias de eletrônica e 
computadores
• Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe..
InP
Biomateriais
• Biomateriais 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.
EVOLUÇÃO DA UTLIZAÇÃO DOS MATERIAIS
Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto 
Superior Técnico da Universidade de Portugal
MATERIAIS AVANÇADOS
– São materiais utilizados em aplicações de tecnologia de 
ponta, ou seja, são materias utilizados para a fabricação 
de dispositivos ou componentes que funcionam ou 
operam usando princípios sofiscados
– Exemplos destas aplicações incluem: equipamentos 
eletrônicos (VCRs, CD players, DVDs), computadores, 
sistemas de fibra óptica, foguetes e mísseis militares, 
detectores, lasers, displays de cristal líquido, indústria 
aeroespacial, etc. 
– Estes materiais são geralmente materiais tradicionais 
cujas propriedades são optimizadas ou materiais novos 
de alto desempenho.
ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE A NECESSIDADE DE 
MATERIAIS MODERNOS
• Materias que apresentem:
- Alto desempenho
- Baixo peso e alta resistência
- Resistência à altas temperaturas
- Desenvolvimento de materiais que sejam
menos danosos ao meio ambiente e mais
fáceis de serem reciclados ou regenerados