aula 6: Engenharia de Materiais

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Introdução à Caracterização 
Processamento e Obtenção de Materiais 
(ICPOM)
Prof. Rogério N C de Siqueira
rnavarro@puc-rio.br
Objetivos da aula
• Introdução à engenharia de materiais:
– Desempenho, propriedades e microestrutura.
• Processamento térmico, químico e mecânico.
– Relação entre micro-estutura e propriedades:
• Microscopia e ensaios.
• Tratamentos térmicos e otimização de propriedades:
– Diagramas de fases:
• Limites de solubilidade:
–Ligas com solubilidade plena (isomorfas).
• Instruções para a confecção dos trabalhos:
– Critério de avaliação e estrutura do manuscrito.
Obtenção de metais
• Extração da matéria – prima e separação física 
dos componentes visando à produção de 
precursores de alta pureza.
– Lavra e beneficiamento mineral:
• Concentrado (rico em MI).
• Processos químicos e ou físicos para a 
obtenção do material na pureza desejada.
– Metalurgia extrativa (Piro, Hidro, Eletro):
• Processos de síntese e refino:
–Metais e ligas.
Materiais e engenharia de materiais
• Material: sólido de natureza química diversa 
(metal, cerâmico, polímero) com propriedades 
que podem ser exploradas para fins específicos.
– A engenharia de materiais projeta materiais 
com propriedades otimizadas e formato 
adequado a cada tipo de aplicação.
• Construção de peças e ou dispositivos 
capazes de máximo desempenho.
Engenharia de materiais
Ciência dos materiais
• Estudo da microestrutura e correlação com 
propriedades físicas e químicas (ex. 
Temperatura de fusão, condutividade elétrica).
– Microestrutura => Microscopia (Óptica, MEV e 
MET).
– Propriedades => Ensaios de materiais 
(experimentos em laboratório).
• Termodinâmica, Mecânica dos meios 
contínuos, Mecânica quântica.
–Previsão de propriedades que poderiam 
ser observadas/medidas via ensaios.
Microestrutura
• Estrutura a nível microscópico de um material, 
cuja caracterização envolve a determinação:
– Tipo e composição química dos grãos.
– Forma tamanho e geometria dos grãos.
• Grão = cristal.
• Fronteira entre dois grãos é denominada 
contorno de grão.
– A microestrutura pode ser manipulada 
mediante processamento térmico e ou 
mecânico (conformação).
2nm
Tratamentos térmicos e microestrutura
• Aquecimento e subsequente resfriamento do 
material. Durante o tratamento, mudanças de fase 
podem ocorrer:
– Fase = conjunto de grãos de mesma natureza e 
com mesmas propriedades físicas e químicas).
• Previsões via diagramas de fases.
– Forma, tamanho e distribuição dos cristais 
(arranjo microestrutural).
• Controle via taxa de resfriamento.
–Cinética/velocidade das transformações de 
fase (mecanismos das transformações).
Diagramas de fases
• Mapa no espaço temperatura composição das 
condições de equilíbrio de um material:
– Quais fases (tipos de grão) se encontram 
presentes?
– Qual a composição química de cada grão?
– Qual o percentual mássico associado à cada 
fase?
• As propriedades de cada grão são função 
da sua composição química e natureza.
• As propriedades do material dependem da 
fração mássica de cada tipo de grão.
Soluções sólidas
• A rede cristalina característica do solvente “recebe” 
átomos do soluto.
• O soluto pode entrar:
– Posições da rede (substitucional) – Ex. Cr no Fe
– Vazios presentes na rede (intersticial) – Ex. C no 
Fe
• Depende do tamanho do soluto!
Limite de solubilidade
• Máxima concentração de soluto em uma 
solução em dada temperatura.
– Ultrapassando-se o limite de solubilidade uma 
outra fase (pura ou solução) se forma.
• Os limites de solubilidade determinam a forma 
do diagrama de fases.
– No que se refere aos limites para soluções 
sólidas, as ligas metálicas se dividem em:
• Ligas com solubilidade plena.
• Ligas com solubilidade parcial.
• Ligas com imiscibilidade plena.
–Diferença entre propriedades físicas e 
químicas dos metais constituintes.
Solubilidade plena
• Elementos se misturam em qualquer proporção:
– propriedades físicas similares (ex. Cu – Ni).
• Um tipo de grão – material monofásico.
Solubilidade parcial
• Elementos formam soluções sólidas estáveis em 
faixas restritas de composição:
– Propriedades distintas (ex. Pb – Sn).
• Mais de um tipo de grão – material polifásico.
Ligas isomorfas
• Solubilidade plena no estado sólido:
– Similaridade físico-química (Ex. Cu – Ni, 
Ag – Au. Ta - Nb).
Interpretação dos diagramas
• Fases presentes:
– Para um ponto qualquer deve-se identificar o 
campo associado:
• Equilíbrio monofásico, bifásico etc.
• Composição de cada fase:
– Quantas fases estão presentes?
• Uma fase:
–Composição igual a composição global.
• Duas fases:
–Usa-se o método da linha de amarração.
Linha de amarração
• Intersecção entre a isoterma e as linhas que 
delimitam a região bifásica:
– Pontos de intersecção determinam as 
composições das fases no equilíbrio.
• Não dependem da composição global.
% das fases presentes
• Determinação das frações de cada fase:
– Uma fase => trivial => 100% da própria fase.
– Duas fases => Deve-se empregar a regra da 
alavanca.
Regra da alavanca e balanço de massa
• A regra da alavanca decorre do princípio de 
conservação da massa:
– Balanço de massa global:
– Balanço de massa para o componente A:
Evolução microestrutural
• Microestrutura final similar a um metal puro:
– Grãos de um mesmo tipo/natureza formados 
via nucleação e crescimento.
• A composição química de cada grão é igual 
à composição global da liga.
Propriedades de ligas isomorfas
• Composição química deve ser controlada:
– Embora se tenha um único tipo de grão, 
alterando-se a composição química, alteram-
se as propriedades.
• Taxa de resfriamento deve ser controlada:
– Taxas mais elevadas resultam em grãos 
menores.
• Mais núcleos se formam durante o 
processo.
–Pode ser revertido via revenido.
»Crescimento dos grãos em 
temperaturas elevadas.
Orientações para a confecção dos 
trabalhos
Informações gerais
• Tema livre:
– Sugiro me procurar para o ajuste do tema.
• Deve ter sido explorado na literatura.
–Portal periódicos CAPES e plataforma 
Maxwell (site das bibliotecas da PUC).
• Grupos:
– No máximo 5 alunos, sendo os grupos 
contendo alunos apenas da turma 3VC.
• Nota do trabalho:
– Nota referente à leitura do manuscrito.
• Entrega dia 23/11.
Estrutura do manuscrito
• Resumo (1,0).
• Introdução (2,0).
• Objetivos (1,0).
• Revisão bibliográfica (3,0).
• Conclusões (2,0).
• Referências bibliográficas (1,0).
– Toda informação que não for de autoria 
do grupo deve ser referenciada.
• Texto, figuras, tabelas.
–ABNT.
Dicas interessantes - I
• Objetividade e ordenamento lógico das ideias:
– Em um trabalho bem feito um tópico “puxa” o 
outro.
• Cuidado com a organização e referências:
– Tópicos e subtópicos numerados.
– Equações numeradas.
– Figuras e tabelas devem ser numeradas, 
conter uma legenda, e referenciadas.
• Devem aparecer no texto próximo da 
região onde o conteúdo é discutido.
– Referências ao longo do texto, quando 
informações da literatura são mencionadas.
Dicas interessantes - II
• Escolham bem as referências:
– Dar preferência para trabalhos publicados 
(livros, teses, artigos).
• Fica mais fácil escrever quando se dispõe de 
um material confiável.
– Todo dado ou informação que não tenham 
origem em reflexões do grupo devem ser 
referenciadas – figuras, tabelas e texto.
• Não deixem para última hora e não deixem de me 
procurar para que eu possa orientá-los.
– Os grupos que assim procederam tiveram 
sucesso.
	Slide 1
	Objetivos da aula
	Obtenção de metais
	Materiais e engenharia de materiais
	Engenharia de materiais
	Ciência dos materiais
	Microestrutura
	Tratamentostérmicos e microestrutura
	Diagramas de fases
	Soluções sólidas
	Limite de solubilidade
	Solubilidade plena
	Solubilidade parcial
	Ligas isomorfas
	Interpretação dos diagramas
	Linha de amarração
	% das fases presentes
	Regra da alavanca e balanço de massa
	Evolução microestrutural
	Propriedades de ligas isomorfas
	Slide 21
	Informações gerais
	Estrutura do manuscrito
	Dicas interessantes - I
	Dicas interessantes - II