Aula 01 - Introdução Ciências dos Materiais

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Ciência dos Materiais 
Prof ͣ MSc. Larisse Maria de O. M de Cunto 
Engenharia Civil 
PLANO DE ENSINO 
I. Objetivos da disciplina 
II. Ementa 
III. Estratégias Didáticas 
IV. Bibliografia 
V. Avaliação 
 
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I. OBJETIVOS DA DISCIPLINA 
 Apresentar os fundamentos básicos sobre materiais e 
suas propriedades. 
 Conhecer as propriedades dos materiais do ponto de 
vista de suas aplicações em engenharia. 
 Discutir e compreender as relações entre processo, 
estrutura, propriedades e desempenho nas várias 
classes de materiais 
 Capacitar o aluno para a análise da correlação estrutura, 
propriedades, processamento e desempenho dos 
materiais utilizados na engenharia. 
 
 
II. EMENTA 
 Tedraedro dos materiais. 
 Ligações químicas e classificação dos materiais. 
 Estruturas dos materiais cerâmicos, metálicos e 
poliméricos. 
 Compósitos. 
 Defeitos da Estrutura Cristalina. 
 Difusão estrutura amorfa. 
 Mecanismos de difusão, de deformação plástica e de 
endurecimento. 
 Diagramas de fase. 
 
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III. ESTRATÉGIAS DIDÁTICAS 
 Aulas expositivas dialogadas 
 
 Exercícios de fixação 
 
 Trabalho em equipe e/ou individual 
 
 
IV.BIBLIOGRAFIA 
 Básica: 
 CALLISTER, W. D. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma 
Introdução. 5 ed., São Paulo: LTC, 2002. 589p. 
 
 PADILHA, A. F. Materiais de Engenharia: Microestrutura e 
Propriedades. São Paulo: Hemus, 1997. 352p. 
 
 Complementar: 
 
 HIGGINS, R. A. Propriedades e estruturas dos materiais em 
engenharia. Tradução de Joel Regueira Teodosio; São Paulo: 
Difel, 1982. 471p. 
 
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• Diversificada 01 
– Prova 
– Participação em sala de aula, exercícios 
• Diversificada 02 
– Prova 
– Participação em sala de aula, exercícios 
• Avaliação oficial 
– 16 de Junho 
– Prova: 100% da nota 
• Prova Substitutiva e Vista de Prova 
– 21 de Junho 
• Exame Final 
– 23 de Junho 
V. AVALIAÇÃO 
Ciência dos Materiais 
Prof ͣ MSc. Larisse Maria de O. M de Cunto 
Engenharia Civil 
Aula 01 – Introdução e 
Tetraedro dos materiais 
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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 
INTRODUÇÃO 
• Os materiais estão inseridos em nosso cotidiano 
Materiais 
Transporte 
Habitação 
Recreação 
Comunicação 
Alimentos 
Vestuário 
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HISTÓRICO 
• Historicamente, o desenvolvimento e o avanço das 
sociedades têm estado intimamente ligados às 
habilidades dos seus membros em produzir e manipular 
materiais para satisfazer as suas necessidades. 
Idade da Pedra 
6000 à 2500 a.C 
Idade do Bronze 
3300 a.C 
HISTÓRICO 
• Evolução do conhecimento Humano 
• Coleta e adaptação – Inorgânicos e derivados de 
orgânicos (polímeros - madeira, couro – “ossos e outros 
materiais provenientes de animais”) 
• Processamento simples - Idade da Pedra 
• Processamento Intermediário – Alimentos – Materiais 
Cerâmicos – Argila – Adesivos – Tecidos e Papel 
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HISTÓRICO 
• Processamento complexo de materiais existentes - Metais 
– Idade do cobre, bronze, ferro etc, compósitos, tecidos 
complexos, polímeros. 
• Processamento dedicado a novos materiais não 
encontrados ou muito dificilmente encontrados na 
natureza – Tratamentos a vácuo e a plasma, materiais 
nanoestruturados, materiais compósitos, polímeros 
específicos, novas ligas metálicas etc… 
INTRODUÇÃO 
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 
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Quantos materiais 
existem diferentes? 
 
 
 
 
 
Entre 40000 e 80000 
diferentes, contando as variantes 
de tratamento térmico e composição 
 de cada material 
COMO ESCOLHER? 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
Tetraedro dos Materiais 
 
Esses fatores estão 
interligados. 
 
 Cada alteração 
realizada nos fatores da 
base do tetraedro 
(estrutura, composição e 
processamento) irão 
alterar as propriedades 
dos materiais. 
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Como definir qual o melhor material para 
um determinado fim? 
Exemplo: copo 
Vidro 
Cerâmica 
Plástico 
Madeira 
Metal 
Papel 
Custo 
Tempo de vida ou Durabilidade 
Aparência 
Finalidade: Natureza do líquido 
(ex: copo de metal e papel não 
pode ser usado para café, 
suco de laranja não pode ser 
armazenado numa taça antiga 
de peltre porque remove o Pb 
da liga) 
Depende 
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 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. 
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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. 
 
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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) 
 
 133 170 180 390 
 
SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR 
ÍNDICE DE MÉRITO 
PRFC= Polímero reforçado com 
fibra de carbono 
Exemplo: avião, carro de F1, helicóptero, etc 
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Ex. Custo/Kg (US$): 
 
Material Aço-liga Ti Al PRFC 
 (alta resist.) (AA7074) 
 
 0,75 15 3 20 
 
SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR 
ÍNDICE DE MÉRITO 
TIPO DE INDÚSTRIA E INFLUÊNCIA 
DOS MATERIAS 
INDÚSTRIA DE PONTA 
- Grande exigência tecnológica 
- Utilização dos materiais nos limites 
Seleção cuidadosa/ baixo fator de 
segurança 
(Fator custo secundário) 
PRODUÇÃO EM MASSA 
- Produtos não diferenciados 
- Utilização de materiais abaixo dos limites 
Seleção cuidadosa/ fator de 
segurança maior 
(Fator custo primordial) 
Material oriundo da: 
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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 vezesé 
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. Ex: cerâmico 
 A classificação tradicional dos materiais é geralmente 
baseada na estrutura atômica e química destes. 
 
 Três principais tipos de materiais: 
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
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• Metais 
 
• 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 
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
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• 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
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais 
OS MATERIAS CERÂMICOS NA TABELA PERIÓDICA 
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• Polímeros 
 
 
• Materiais poliméricos 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 
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
OS MATERIAS POLÍMEROS NA TABELA PERIÓDICA 
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• 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 
 
CONSIDERAÇÕES SOBRE A NECESSIDADE DE 
MATERIAIS MODERNOS 
1- Determine abaixo os quatros pontos que correspondem ao 
tetraedro dos materiais e correlacione os quatro fatores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 – Quais os três grandes grupos de materiais existentes? 
Descreva as características gerais de cada um deles. 
 
 
EXERCÍCIOS