00 AULA 1 15 08 2019 2 Novos Materiais de Engenharia__Propriedades e Aplicações Industriais

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METALAB Análise de Materiais Ltda. 
Centro Tecnológico de Engenharia de Materiais 
 
Desde 1999 
Novos Materiais de Engenharia 
 
- Propriedades e Aplicações Industriais - 
Júlio F. Baumgarten, Mestre Eng. de Materiais & Processos Avançados 
1. Introdução aos Novos Materiais de Engenharia 
 
Desde os primórdios, os homens se preocupam com a evolução dos 
materiais, quer seja através o uso de materiais naturais, como pedras, 
madeiras, ossos de animais, etc., quer seja desenvolvendo novos materiais 
através do uso de tecnologia. Um aspecto importante, é que o “Domínio da 
Área de Materiais” sempre representou domínio de um Povo sobre o outro, 
isto é, aquele que possuía as Melhores Armas era o Vencedor! 
 
A comprovação da importância dos Materiais sobre a Humanidade está 
inclusive na forma de separar as diferentes “Eras da Humanidade” onde 
encontramos a Idade do Cobre (6.000 AC), Idade do Bronze (5.000 AC), Idade 
do Ferro (4.000 AC), sendo que os mais importantes desenvolvimentos 
tecnológicos ocorreram a partir do ano 1.700 DC. 
Descoberta dos Metais ao longo do Tempo 
A partir de 1.750 houve um aumento significativo na descoberta 
dos (novos) elementos químicos. 
“O domínio e o conhecimento dos materiais 
 
sempre representou poder para o Homem” 
MATERIAIS DE ENGENHARIA 
Baixo Carbono 
Alto Carbono 
AÇOS Baixa Liga 
Média Liga 
Alta Liga 
FERROSOS 
 Cinzento 
Nodular 
FERRO FUND. Branco METÁLICOS 
Maleável 
Vermicular 
 Alumínio CRISTALINO 
 Cobre 
Ñ FERROSOS Níquel 
 Zinco 
 Titânio 
SÓLIDOS 
 Polímeros de Engenharia 
MATERIAIS LÍQUIDOS 
Ñ. METÁLICOS Cerâmica Avançada 
 Vidros Cristal 
GASOSOS 
Cermets 
COMPÓSITOS Matriz Metálica 
Glass 
Cerâmica Avançada 
Plásticos de Engenharia Polímeros 
ORGÂNICOS Elastômeros Madeiras 
AMORFO 
 Vidros 
INORGÂNICOS Metal Amorfo 
 Cerâmica Avançada 
2. Classificação dos Materiais 
Classes dos Materiais de Engenharia 
Os Materiais de Engenharia estão separados em 4 Classes, como 
função de sua Natureza Físico – química e Microestrutura. 
 
Num Projeto podemos utilizar: 
 
- Metais e Ligas 
- Polímeros de Engenharia 
- Cerâmica Avançada 
- Materiais Compósitos 
 
Os Materiais Compósitos são ainda classificados em função da 
sua Matriz Estrutural em: CMM, CMP e CMC. 
Evolução dos Materiais ao longo do Tempo 
EXEMPLO DE COMPÓSITOS - FIBRA DE CARBONO 
Extra - 300 
Bordo de Ataque da Asa 
Caracterização dos Novos Materiais 
Em qualquer Projeto onde se utilizam Novos Materiais, a principal 
preocupação será garantir as Propriedades deste. 
 
Num Projeto devemos ter cuidados com: 
 
- Microestrutura do Material 
- Processamento 
- Condição de Aplicação 
- Propriedades Intrínsecas 
 
* Para avaliar o Componente, analisamos suas características. 
 “UMA PROPRIEDADE É UMA QUALIDADE QUE O MATERIAL 
 APRESENTA QUANDO SOLICITADO, INDEPENDENTE DAS 
 CONDIÇÕES EM QUE O MESMO ESTEJA , ISTO É , A 
 PROPRIEDADE É UMA QUALIDADE INTRÍNSECA DO MATERIAL” 
3. Definição de Propriedade dos Materiais 
Classificação das Propriedades dos Materiais 
 - Tração 
 - Torção 
 Estática - Compressão 
 - Cizalhamento 
 - Flexão 
RESIST. MECÂNICA 
 - Fadiga (esforço cíclico) 
 Dinâmica - Tenacidade ( resist. ao impacto) 
- Fluência (escoamento a quente) 
 - Resistência Mecânica ( Creep) 
 - Capacidade de Absorção de Calor 
PROP. TÉRMICAS - Condutibilidade Térmica 
 - Dilatação Térmica 
 - Resistência ao Calor 
 - Condutibilidade Luminosa 
PROP. ÓTICAS - Refração 
 - Difração 
 - Resistência à Oxidação 
PROP. QUÍMICAS - Reação com outros materiais 
 - Resistência à Corrosão 
 - Ferromagnetismo 
PROP. MAGNÉTICAS - Paramagnetismo 
 - Diamagnetismo 
 - Condutividade 
PROP. ELÉTRICAS - Semicondutividade 
 - Isolamento 
 - Estanqueidade 
 - Densidade ( Peso Específico ) 
 - Resis. ao Desgaste ( Tribologia ) 
PROP. FUNCIONAIS - Acabamento Superficial 
 - Amortecimento de Vibrações 
 - Elasticidade 
 - Permeabilidade ( Tubulações / Tanques ) 
 - Cor e Tonalidade 
Classificação das Propriedades dos Materiais 
Atender com Segurança as condições de serviço, com o menor custo, 
levando em conta as propriedades mecânicas, resistência à corrosão, 
facilidade de fabricação e manutenção. Portanto, a primeira etapa 
para a escolha de um Novo Material, é uma Avaliação Criteriosa dos 
seguintes parâmetros de seleção: 
 
- Propriedades Mecânicas 
- Condições de Serviço 
- Disponibilidade no Mercado 
- Custo (material & fabricação) 
- Segurança e Meio Ambiente 
4. CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE NOVOS MATERIAIS 
 
 - Limite de Resistência 
 
 - Limite de Escoamento 
 
 - Alongamento 
 
 - Limite de Fadiga 
 
 - Tenacidade à Fratura 
 
 - Dureza (superfície & núcleo) 
 
 - Resistência ao Desgaste 
 
 - Resistência à Corrosão 
 Propriedades Mecânicas dos Materiais 
 Condições de Serviço dos Componentes 
 - Temperatura de Operação 
 - Fluido de Serviço: 
 . composição química 
 . concentração 
 . pH 
 . impurezas 
 . sólidos em suspensão 
 . ponto de fulgor 
 . toxidez , etc. 
 - Pressão de Operação 
 - Velocidade do Fluido 
 - Nível e Natureza de Tensões no material 
5. O ESTADO DA ARTE DOS MATERIAIS DE ENGENHARIA 
 
Atualmente, o desenvolvimento de Novos Materiais está voltado 
para a obtenção de Produtos cada vez mais resistentes, 
econômicos e menos poluentes. 
 
Os principais objetivos nas pesquisas dos Novos Materiais são: 
 
- Metais: Ligas com maior Resistência Específica e Tenacidade. 
- Polímeros: Blendas com melhor Desempenho Mecânico e 
Térmico, com menores custos de processamento. 
- Cerâmicos: Melhoria na Tenacidade e Aumento da Resistência 
Mecânica, com menores custos de processamento. 
- Compósitos: Materiais mais Resistentes Mecanicamente e 
Termicamente, com menores custos de processamento. 
5.1 - O ESTADO DA ARTE DOS MATERIAIS METÁLICOS 
 
Com o desenvolvimento de Novos Materiais Metálicos, o mercado 
mundial tem a oferecer: 
 
- Aços: Materiais Microligados, Chapas de Ultraplasticidade, Ligas 
de Soldabilidade Melhorada, Superligas (Ultraresistência). 
- Alumínio: Ligas especiais, principalmente contendo Lítio, Titânio 
e Vanádio, Ligas para Tratamentos Térmicos T6, Ligas com 
Forjamento Melhorado (rodas & componentes aeronáuticos). 
- Magnésio: Ligas Especiais de Elevada Tenacidade e Resistência 
Mecânica (componentes esportivos & aeronáuticos). 
- Inoxidáveis: Ligas P.H. (precipitating hardening), Ligas 
Biocompatíveis, Ligas de alta Resistência ao Desgaste. 
- Ligas Refratárias: Hastelloy, Monel, Inconel. 
Ligas Metálicas Especiais 
ESTRUTURA DO CHASSI DO FORD GT 
ESTRUTURA FORD GT - SUPER CAR 2012 
5.2 - O ESTADO DA ARTE DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS 
 
Com o desenvolvimento de Novos Materiais Poliméricos, o 
mercado mundial tem a oferecer: 
 
- Polímeros de Alto Desempenho: Poliimidas, Polisulfonas, 
Polieterimida, Polietersulfona, Polietér-eter-cetona, Poliacrilato, 
Fluorpolímeros, Polímero de Cristal Líquido, Polisulfeto de 
Fenileno, Poliftalamida, Poliamida 12.6, Náilon de Alta 
Temperatura, Policetona e outros. 
 
- Polímeros de Engenharia: Policarbonato, Blendas de Polisulfona, 
Polietileno Tereftalato, PolibutilenoTereftalato, Polióxido de 
Fenileno, Poliacetal, Poliamida 6.6, Polietileno de Ultra-alta 
Densidade, Polimetilmetacrilato e outros. 
Blendas Poliméricas Especiais 
5.3 - O ESTADO DA ARTE DOS MATERIAIS CERÂMICOS 
 
Com o desenvolvimento de Novos Materiais Cerâmicos (Al2O3 / 
ZrO2 / SiC / Si3N4), o mercado mundial tem a oferecer: 
 
- Componentes para Alta Temperatura: Turbinas, rotores, 
suportes para fornos, tubeiras de foguetes, anéis de vedação, 
ponteiras de solda, tubos queimadores para fornos, suporte 
para catalizadores, molas para altas temperaturas, etc.. 
 
- Componentes para Alta Resistência ao Desgaste: Rolamentos, 
fieiras de trefilação, ferramentas de usinagem, peças de 
motores de combustão, placas de desgaste, selos mecânicos, 
próteses, equipamentos esportivos, ferramentas de perfuração, 
equipamentos bélicos, etc.. 
Materiais Cerâmicos Especiais 
5.4 - O ESTADO DA ARTE DOS MATERIAIS COMPÓSITOS 
 
Com o desenvolvimento de Novos Materiais Compósitos (CMM / 
CMC / CMP), o mercado mundial tem a oferecer: 
 
- Indústria de Transporte: Componentes aeronáuticos (aeronaves 
e helicópteros), indústria automotiva, indústria de ônibus e 
veículos rodoviários, indústria ferroviária, indústria naval e de 
submarinos, componentes de motores e turbinas, etc.. 
 
- Outras Aplicações: Fórmula 1, indústria de materiais esportivos, 
indústria bélica (armas, roupas e equipamentos), indústria 
aeroespacial & satélites, construção civil, indústria química, 
indústria de máquinas e equipamentos, indústria eólica, 
materiais ortopédicos, etc.. 
Materiais Compósitos Especiais 
6. Propriedades a serem Controladas nos Novos Materiais 
 
Para a garantia da qualidade na aplicação dos Novos Materiais destinados ao 
mercado mundial, as Normas Internacionais especificam uma série de 
requisitos (propriedades) que deverão ser atendidas pelos Componentes. 
 
- Composição Química do Material 
- Macroestrutura do Material 
- Microestrutura (com tratamento) 
- Dureza (superfície e núcleo) 
- Microdureza das Fases 
- Propriedades Mecânicas Monotônicas 
- Propriedades Mecânicas Dinâmicas Metalografia Quantitativa Digital 
6.1 - Ensaios para Análise de Novos Materiais 
 
A partir dos Testes Especificados em Normas, são realizados os seguintes 
Ensaios Técnicos objetivando o Controle do Processo de Fabricação. 
 
- Espectrometria de Emissão Ótica (Análise Química) 
- Macrografia Digital da Microestrutura da Matéria Prima 
- Metalografia Quantitativa Digital para determinação da Matriz, Tamanho 
de Grão, Nível de Inclusões Não Metálicas, Porosidades, Wiskers, etc.. 
- Ensaios de Dureza Brinell HBW / Rockwell C / Shore A - D 
- Ensaios de Microdureza Vickers ou Knoop (fases e camadas superficiais) 
- Ensaio de Tração (Tensão de Ruptura, Lim. Escoamento, Alongamento) 
- Ensaio de Impacto Charpy (Sub-zero -18C / -73C / -101C) 
 
 
 
 
 Ensaio de Microdureza Vickers Metalografia Quantitativa 
 Espectrometria de Emissão Ótica Ensaio de Impacto Charpy Digital 
Laboratórios de Ensaios 
 
 
 
 
 Ensaio de Prova de Carga em Super - Porcas 
Laboratórios de Ensaios 
 Dispositivo de Compressão - ASTM A 194M : 12 
 Máquina Universal de Ensaios Mecânicos 
 
Carga 100 Toneladas 
 65 Toneladas 
 20 segundos 
Laboratórios de Ensaios 
6.2 - Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 
MEV – Hitachi TM 3000 
É o mais avançado equipamento utilizado na pesquisa de materiais. 
Um feixe elétrons primários “varre” a superfície da amostra, 
retirando elétrons secundários que serão capturados por um 
detector especial que processa o 
sinal eletrônico e gera a imagem 
observada no sistema. 
 
Normalmente se utiliza ampliação 
entre 50 x a 30.000 x de aumento. 
 
Sua principal vantagem é a elevada 
profundidade de foco, permitindo 
análise de superfícies de fratura. 
Laboratórios de Ensaios 
6.3 - Microanálise Química (EDS) 
EDS – Quantax 70 
É um equipamento fundamental utilizado na pesquisa dos novos 
materiais. A microanálise química permite determinar a composi- 
ção de fases existentes no material, avaliando a concentração dos 
elementos químicos entre o Boro (B) 
e Urânio (U). 
 
Está acoplado junto ao Microscópio 
Eletrônico de Varredura permitindo 
realizar o mapeamento e o line - 
scanning dos elementos presentes 
no material. 
7. Análise Conclusiva 
 
 
Com o exposto, concluímos que os Novos Materiais de Engenharia são de 
fundamental importância para o dia-a-dia da humanidade, sendo que 
podemos afirmar que o Status Atual da Tecnologia está baseado no 
Desenvolvimento dos Materiais oferecidos para o Mercado Mundial. 
 
O Desenvolvimento dos Novos Materiais garantem: 
 
- Fabricação de Equipamentos e Máquinas com maior desempenho 
- Desenvolvimento de Sistemas Eletrônicos mais velozes 
- Sistemas de menor consumo de energia 
- Componentes com Vida útil maior e maior Segurança 
- Produtos cada vez mais baratos 
- Sistemas mais Ecológicos (menor agressão ao meio ambiente) 
METALAB Análise de Materiais Ltda. 
Centro Tecnológico de Engenharia de Materiais 
Joinville / SC - Fone: (47) 3205 6700 
 
Júlio F. Baumgarten, Mestre Eng. de Materiais & Processos Avançados 
Para Download da Palestra: www.metalab.com.br/downloads/ 
 
Novos Materiais de Engenharia 
 
- Propriedades e Aplicações Industriais -