Resumo EXAME

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PROVA 01
1) Ciência e energia dos materiais
• Seis classificações diferentes das propriedades dos materiais: mecânica, térmica, óptica,
elétrica, magnética e de deterioração;
• Relação entre as estruturas e as propriedades dos materiais: 
◦ Estrutura: maneira como os componentes internos do material estão organizados
(arranjados);
◦ Elementos estruturais: subatômicos, atômicos, microscópicos e macroscópicos;
• Projeto, produção e utilização dos materiais: processamento → propriedades (função das
estruturas) → estrutura (como foi processado) → desempenho (depende das propriedades);
• Critérios para a seleção dos materiais: 
◦ Condições às quais o material será submetido;
◦ Deterioração das propriedades dos materiais durante a operação;
◦ Aspectos econômicos ou custo da peça do fabricante;
• Classificação dos materiais: metais, polímeros (chonps), cerâmicas, compósitos;
2) Estrutura atômica e as ligações entre atomicas
• Em alguns casos, o tipo de ligação pode explicar as propriedades de um material;
• Estrutura atômica: 
◦ cada átomo possui um núcleo composto de prótons (+) e nêutrons e envolvido por
elétrons (-);
◦ número atômico (Z): número de prótons no núcleo;
◦ massa atômica (A): soma das massas dos prótons e nêutrons no núcleo;
◦ quando há variação de prótons → isótopos;
◦ unidade de massa atômica: 1 u.m.a. = 1/12 Carbono 12
• Elétrons nos átomos
◦ Modelo atômico de Bohr: elétrons são partículas que orbitam o núcleo em trajetórias
distintas;
◦ Macânica ondulatória: elétrons orbitam o núclleo de forma semelhante as ondas e sua
posição é tratada em termos de probabilidade;
◦ As energias dos elétrons são quantizadas (valores de energias específicos);
◦ Quatro números quânticos são n, l, m1 e m2. Cada um deles especifica uma
característica distinta do elétron;
◦ De acordo com Pauli (princípio de exclusão), cada estado eletrônico pode acomodar no
máximo 2 elétrons, que devem possuir spins (notações) opostas;
• Forças e energias de ligação estão relacionadas uma à outra;
◦ As energias atrativa, repulsiva e resultante para dois átomos ou íons dependem da
separação interatômica;
◦ Separação interatômica VERSUS a força para dois átomos/íons, a separação de
equilíbrio corresponde a Força=0
◦ Separação interatômica VERSUS energia potencial, a energia de ligação correponde ao
valor de energia no ponto mínimo da curva;
• Ligações atômicas primárias:
◦ IÔNICA: íons carregados eletricamente são formados pela transferência de elétrons de
valência de um tipo de átomo para outro. Ligação encontrada nos materiais cerâmicos; 
◦ COVALENTE: existe um compartilhamento de elétrons de valência entre átomos
adjacentes. Ocorrem nos polímeros e alguns cerâmicos;
◦ METÁLICA: Elétrons de valência formam um “mar de elétrons” que está
uniformemente disperso ao redor dos núcleos dos íons metálicos e que atua como um
tipo de cola para eles. Ocorre nos materiais metálicos;
• Ligações secundárias:
◦ Van der waals: ligações fracas, resultam de forças atrativas entre dipolos elétricos, os
quais podem ser induzidos ou permanente;
◦ Hidrogênio: Formadas por moléculas altamente polares quando o hidrogênio se liga
covalentemente a um elemento não metálico, como o flúor.
• Processamento/estrutura/propriedades/desempenho: a configuração eletrônica de um átomo
influencia os tipos de ligações formados com os outros átomos e o tipo de ligação também
afetam outros elementos estruturais.
3) Estrutura dos sólidos cristalinos
• Os átomos nos sólidos cristalinos estão posicionados segundo padrões ordenados e
repetidos, que constrastam com a distribuição atômica aleatória e desordenada encontrada
nos materiais não cristalinos ou amorfos;
• As células cristalinas são específicadas em termos de células unitárias, com a forma de
paralelepípedo, as quais são caracterizadas por sua geometria e pelas posições dos átomos
no seu interior;
◦ são definidas como o menor agrupamento de átomos representativo de uma determinada
estrutura cristalina específica;
• A maioria dos metais comuns existe em pelo menos uma de três estruturas cristalinas
relativamente simples:
◦ Cúbica de faces centradas (CFC)
◦ Cúbica de corpo centrado (CCC)
◦ Hexagonal compacta (HC)
◦ O comprimento da aresta da célula unitária e o raio atômico estão relacionados de
diferentes formas para as diferentes estruturas;
• Número de coordenação: número de átomos vizinhos mais próximos;
• Fator de empacotamento atômico: fração do volume de uma célula unitária ocupada por
esferas sólidas;
• Polimorfismo: um material específico pode apresentar mais que uma estrutura cristalina;
• Alotropia: polimorfismo para sólidos elementares;
• Sistemas cristalinos: conceito empregado para classificar as estruturas cristalinas com base
na geometria da célula unitária. Existem 07 sistemas cristalinos: cúbico, hexagonal, trigonal,
tetragonal, ortoclínico, monoclínico, triclínico;
• Densidade linear: número de átomos por unidade de comprimento;
• Densidade planar: número de átomos por unidade de área;
• CFC e HC podem ser gerados pelo empilhamento de planos compactos de átomos, uns sobre
os outros;
• Materiais policristalinos
◦ monocristais: ordem atômica se estende sem interrupções por toda a extensão da
amostra, sob algumas circunstâncias, no entanto, os monocristais podem ter faces planas
e formas geométricas regulares;
◦ policristais: maioria nos sólidos. Composto por muitos pequenos cristais ou grãos que
possuem diferentes orientações cristalográficas;
• CONTORNO DE GRÃO: é a região de fronteira que separa dois grãos, onde existe algum
desajuste atômico;
• Anisotropia: é a dependência das propriedades em relação à direção. Nos isotrópicos as
propriedades independem da direção da mediação;
• Sólidos não cristalinos: carecem de um arranjo sistemático e regular dos átomos ou íons ao
longo de distâncias relativamente grandes (em uma escala atômica).
4) Imperfeições nos sólidos
• Defeitos pontuais: associados a uma ou duas posições atômicas; esses incluem lacunas (ou
sítios vagos na rede cristalina) e auto intersticiais (átomos hospedeiros que ocupam sítios
intersticiais);
• Liga: substância metálica composta por dois ou mais elementos;
• Solução sólida: pode formar-se quando átomos de impureza são adicionados a um sólido
(nesse caso, a estrutura cristalina original é mantida e nenhuma nova fase é formada);
• Soluções sólidas substitucionais: átomos de impureza substituem átomos hospedeiros;
• Soluções sólidas intersticiais: formam-se para átomos de impureza pequenos que ocupam
sítios intersticiais entre átomos hospedeiros;
• Discordâncias: defeitos cristalinos unidimensionais;
• Defeitos interfaciais: na vizinhança de um contorno de grãos existe algum desajuste atômico
entre dois grãos adjacentes, que possuem orientações cristalográficas diferentes. Para um
contorno de grãos de alto ângulo, o ângulo de desalinhamento dos grãos é grande… esse
ângulo é pequeno quando o contorno de grãos possui baixo ângulo;
• Microscopia:
◦ Microestrutura: defeitos e elementos estruturais que possuem dimensões microscópicas;
◦ Microscopia: observação da microestrutura usando algum tipo de microscópio;
◦ Para cada tipo de microscópio são possíveis as modalidades de transmissão e de
reflexão; a preferência é dada pela natureza da amostra, defeito a ser examinado e
elemento estrutural;
• Determinação de tamanho de grão:
◦ Interseção: série de linhas são desenhadas sobre uma fotomicrografia. O comprimento da
linha é dividido pelo número médio de interseções de grãos por linha. O diâmetro médio
do grão é o resultado divididopela ampliação da foto micrografia;
◦ Comparação da fotomicrografia: realizada com quadros padrão pela ASTM
◦ O númeromédio de grãos/polegada² sob ampliação de 100x é relacionado com o
tamanho de grão.
5) Discordâncias e aumento de resistência
• Em um nível microscópico, a deformação plástica corresponde ao movimento de
discordâncias em resposta à ampliação de uma tensão cisalhante externa. Uma discordância
aresta se move pela sucessiva e repetida quebra de ligações atômicas e o deslocamento por
distâncias interatômicas dos semiplanos dos átomos;
• Discordâncias aresta: movimento da linha de discordância é PARALELO à direção de
tensão-cisalhamento; tração, compressão e cisalhante na vizinhança;
• Discordâncias espirais: movimento da linha de discordância é PERPENDICULAR à direção
de tensão-cisalhamento; cisalhamento na rede;
• Escorregamento: movimento de discordâncias em resposta à aplicação de uma tensão
cisalhante externa; Ocorre em planos cristalográficos específicos (e somente em certas
direções);
• Escorregamento em monocristais (tracionados): pequenos degraus se formam sobre a
superfície, os quais são paralelos e circundam a amostra;
• Deformação plástica (policristalinos): o escorregamento ocorre dentro de cada grão, ao
longo dos sistemas de escorregamento que estiverem mais favoravelmente orientados em
relação à tensão aplicada. Durante a deformação, os grãos mudam de forma e se alongam
nas direções onde ocorrem a deformação plástica;
• Deformação por maclação: pode ocorrer nos metais CCC e HC. A aplicação de uma força
cisalhante produz pequenos deslocamentos atômicos, tais que em um dos lados do plano os
átomos estão localizados em posições de imagem em espelho dos átomos no outro lado;
• Deformação plástica → mobilidade das discordâncias
• Aumento da resistência pela redução do contorno de grãos: o contorno de grãos dificultam a
mobilidade das discordâncias, já que, ao cruzar com o grão a direção de movimento de uma
discordância deve mudar e existe uma descontinuidade dos planos de escorregamento na
vizinhança. Um metal que possua grãos pequenos será mais resistente que um com grãos
maiores porque o primeiro possui maior área de contorno de grãos e assim, mais barreiras ao
movimento de discordâncias;
• A resistencia e dureza de um metal aumentam com o aumento da concentração de átomos de
impureza que formam uma solução sólida;
• Encruamento: aumento da resistência de um material conforme ele é deformado
plasticamente. Durante a deformação plastica, a densidade de discordância aumenta, a
distância média entre discordâncias adjacentes diminui e a mobilidade das discordâncias fica
mais restrita.
6) Estrutura de Polímeros
• A maioria dos materiais poliméricos é composta por cadeias moleculares muito grandes com
grupos laterais formados por vários átomos ou grupos orgânicos;
• Essas macromoléculas são compostas por unidades repetidas, que são entidades estruturais
menores que se repetem ao longo da cadeia;
• Forma molecular: emaranhados moleculares ocorrem quando as cadeias assumem formas
torcidas, espiraladas ou retorcidas em consequência de rotações das ligações nas cadeias. A
flexibilidade à rotação é reduzida quando ligações duplas estão presentes na cadeia e
também quando grupos laterais volumosos fazem parte da unidade repetida;
• Estrutura: linear (unidades repetidas, longas cadeias), ramificada (cadeias de ramificação
ligadas à cadeias principais), com ligações cruzadas (cadeias lineares ligadas
covalentemente umas à outras) e em rede (com três ou mais ligações covalentes ativas);
• Polímeros termoplásticos: estruturas lineares e ramificadas; quando estão sob elevadas
temperaturas amolecem e quando baixas temperaturas, endurecem;
• Polímeros termofixos: estruturas com ligações cruzadas e em rede. Uma vez endurecidos,
esses polímeros não amolecerão quando aquecidos.
• Cristalinidade dos polímeros: quando as cadeias moleculares estão alinhadas e compactadas
em um arranjo atômico ordenado, diz-se que existe uma condição de cristalinidade. Podem
existir polímeros amorfos (desalinhados). Graves variáveis de cristalinidade são as regiões
cristalinas dispersas no interior de áreas amorfas;
• Cristais poliméricos: as regiões cristalinas têm forma de plaquetas e uma estrutura com
cadeias dobradas. Muitos polímeros semicristalinos formam esferolitas;
• Defeitos em polímeros: lacunas, átomos interesticiais e átomos/íons de impureza e grupos de
átomos/íons como intersticiais nas regiões cristalinas. Extremidade das cadeias, cadeias
pendentes e cadeias frouxas e discordâncias; 
• Difusão: pequenas moléculas de substâncias externas difundem-se entre cadeias moleculares
por um mecanismo do tipo intersticial, de um vazio para um vazio adjacente.
PROVA 02
1) Propriedades Mecânicas dos Metais
• Ensaios de tração: uma amostra é deformada, geralmente até a sua ruptura, por uma carga
que é aumentada gradativamente e é aplicada uniaxialmente ao longo de um corpo de
provas. O C.P. é preso pelas suas extremidades e a máquina de tração o alonga em uma taxa
constante (medindo a carga instantânea que está sendo aplicada e os alongamentos);
• Ensaios de compressão: como o de tração, mas a força é compressiva e o corpo de prova se
contrai;
• Ensaios de cisalhamento: ensaios realizados sob uma força cisalhante pura, ou seja, forças
que provocam um deslocamento em planos diferentes, mentendo volume constante;
• Ensaios de tração: um elemento estrutural é torcido, produzindo um movimento de rotação
em torno do eixo longidinal de uma das extremidades à outra;
• Escoamento: início da deformação plástica ou permanente;
◦ Limite de escoamento: indicativo da tensão na qual a deformação plástica tem início;
◦ Limite de resistência a tração: tensão de tração máxima que pode ser suportada por um
corpo de provas;
• Ductilidade: grau de deformação plástica do material no momento que ocorre a fratura;
• Resiliência: energia de deformação por unidade de volume de material necessário para
tensionar um material até o ponto de escoamento;
• Dureza: medida de resistência de um material a uma deformação plástica localizada;
• ROCKWELL: endentear o material sob teste com um CONE DE DIAMANTE ou edentador
de ESFERA EM AÇO ENDURECIDO; o endentador é pressionado contra a superfície do
corpo de prova com uma pré-carga (usualmente 10KgF); quando o equilibrio é atingido, um
dispositivo indicativo que segue os movimentos do endentador e responde às variações da
profundidade de penetração é ajustado para a posição 0; ainda com a pré-carga aplicada,
uma segunda carga é introduzida, aumentando a penetração; atingindo novamente o
equilíbrio a carga é removida, mantendo-se a pré-carga; a remoção da carga provoca uma
recuperação parcial, reduzindo a profundidade da penetração; o aumento permanente da
profundidade da penetração resultante da aplicação e remoção da carga é usado para calcular
o valor da dureza de Rockwell;
• BRINELL: endentar o material com uma ESFERA DE AÇO ENDURECIDO ou METAL
DURO com 10mm de diâmetro com uma carga de 3000 KgF (podendo reduzir para 500-
1500 KgF para materiais mais moles ou redução da endentação excessiva); a carga total é
normalmente aplicada por 10 ou 15 segundos no caso do ferro fundido ou aço, e pelo menos
30s para outros metais; é determinado a partir do tamanho da impressão causada por essa
carga;
2) Falhas
• Causas de uma falha: seleção e processamento incorreto dos materiais; projeto inadequado
dos componentes; mau uso dos componentes;
• A fratura (resultado de uma carga de tração frágil e em temperatura relativamente baixas)
ocorre de modo dúctil ou frágil:
◦ Dúctil: podem ser tomadas medidas preventivas, já que evidências de deformação
plástica indicam que a fratura é iminente. É necessário mais energia para induzir fratura
dúctil do que frágil.
▪ Essastrincas nos materiais dúcteis são ditas estáveis (resistem ao crescimento sem
aumento na tensão aplicada);
▪ Empescoçamento até uma fratura pontual quando a ductilidade é elevada;
▪ Empescoçamento moderado com perfil de fratura do tipo taça e cone, quando o
material é menos dúctil;
◦ Frágil: trincas instáveis (a propagação de uma trinca, uma vez iniciada, continuará
espontâneamente sem aumento do nível de tensão);
▪ A superfície das fraturas é relativamente plana e perpendicular à direção da carga de
tração aplicada;
▪ Nos materiais cristalinos frágeis a propagação das trincas pode seguir uma tragetória
transgranular (através dos grãos) ou intergranular (entre os grãos);
• Resistência à fratura real x teórica dos materiais frágeis: ocorre pela existência de pequenos
defeitos, os quais são capazes de amplificar em sua vizinhança uma tensão de tração
levando, ao final, à formação de uma trinca. A fratura tem seu início quando a resistência
coesiva teórica é excedida na extremidade de um desses defeitos;
• A tensão máxima que pode existir na extremidade de uma trinca depende do comprimento
da trinca e do raio de sua extremidade, assim como da tensão de tração aplicada;
• Existem três modos de deslocamento de trincas: abertura (tração), cisalhamento e
rasgamento;
• Deformação plana: quando a espessura da amostra é muito maior que o comprimento da
trinca;
• Tenacidade à fratura: indicativo de resistência à fratura frágil;
• Para não haver possibilidade de fratura, deve-se considerar: material, nível de tensão e o
limite de detecção do tamanho do defeito;
• Fadiga: tipo comum de falha catastrófica em que o nível da tensão aplicada oscila ao longo
do tempo; ela ocorre quando o nível máximo de tensão pode ser consideravelmente menor
que o limite de resistência à tração ou o limite de escoamento estáticos;
3) Diagrama de fases
• Um estado de equilíbrio dinâmico é um estado em que um processo inverso está ocorrendo
com a mesma velocidade que o processo direto;
•
PROVA 03
1) Propriedades Térmicas (05/06) (pdf pg. 690)
• Capacidade calorífica (habilidade de um material de absorver calor de sua vizinhança –
quantidade de energia necessária para produzir um aumento unitário na temperatura);
• Condutividade Térmica (habilidade de um material transferir calor - velocidade); e
• Dilatação térmica (expansão do material a partir da variação de temperatura).
• Assim como existe a dilatação a partir do aumento da temperatura, existe também a
contração do material quando a temperatura é diminuída.
• Coeficiente de dilatação: quantidade de expansão do material relacionada com o aumento de
temperatura. 
• Condução (transferência de calor – depende do material sólido) 
• Convecção (passagem de fluído – depende do material gás ou líquido)
• Radiação (transferência de calor que não envolve o meio – depende da temperatura)
• Termo acumulação (armazenar calor): capacidade calorífica, calor latente de mudança de
fase (pois é necessária maior energia para mudar de fase)
• Raio crítico de isolante: espessura ideal para maximizar o isolamento sem o efeito de perder
calor para aquecer o isolante (a capacidade calorífica importa, não se deve apenas aumentar
o número de isolantes)
(estudar e ter em mente a diferença e importância de condutividade térmica e capacidade calorífica)
(teste: explique porque os metais são bons condutores de calor e a cerâmica não)
2) Propriedades Elétricas (07/06) (pdf pg. 637)
• Condutividade elétrica: movimento de cargas elétricas (elétrons ou íons) de uma posição
para outra;
• Semicondutores: tem resistividade entre metais e isolantes. A resistividade diminui com o
aumento da temperatura (ao contrário dos metais) e com adição de certas impurezas, e
aumenta com presença de imperfeições nos cristais;
• Ligação química:
- Metais: elétrons de valência não estão ligados a nenhum átomo específico (estão livres), há
atração entre os elétrons livres e os íons positivos. Os metais têm elevada condutividade
elétrica devido os elétrons estarem livres para moverem-se. Aumento da temperatura pior a
condutividade.
- Semicondutores: o aumento da temperatura fornece energia que libera transportadores de
cargas adicionais, melhorando a condutividade. Elétrons podem ser excitados para a banda
de condução por energia elétrica, térmica ou óptica.
{Bandas de energia: nível de energia de um átomo isolado. Podem comportar no máximo
dois elétrons – movimentação dos elétrons nos semicondutores (diferentes do mar de
elétrons nos metais)}
• Condutor: os elétrons não preenchem todos os estados possíveis da banda de valência, por
isso a condução ocorre na banda de valência. 
{Metal: o nível de Fermi está localizado na banda de valência}
• Isolantes: os elétrons preenchem todos os estados possíveis da banda de valência, por isso a
condução não ocorre na banda de valência.
{Semicondutor: nível de Fermi não está localizado na banda de valência; gap de energia}
• Condução intrínseca: condução resultante dos movimentos eletrônicos nos materiais puros
(semicondutor).
• Condução extrínseca: condução resultante das características elétricas determinadas pelos
átomos de impurezas (semicondutores). 
{VER SLIDE DE SEMICONDUTORES}
• Diodo: junção P-N. Dispositivos usam combinação de semicondutores extrínsecos tipo “p” e
tipo “n”…. o diodo permite a corrente fluir em um sentido e não em outro.
• (((TESTE: diferencie os materiais condutores, semicondutores e isolantes)))
3) Propriedades óticas (12/06) (pdf - pg. 740)
• Polarização → distorção de uma nuvem de elétrons de um átomo por um campo elétrico; 
alinhamento de dipolos → absorção de energia ou radiação
• Fotocondutividade → responsável pelas cores que observamos nos materiais
• Aplicações: transparência (janelas, lentes); conversão de luz em eletricidade (LED, laser); 
luminescência (lâmpadas elétricas, telas de TV); reflexão (fibras óticas)
• Funções mecânicas: resistência ao desgaste → polimento e moagem; usinabilidade → 
ferramenta de corte; lubrificação → lubrificante
• Funções óticas: transparência; reflexão
• Exemplo de fotocondução: Sistema para transmissão de informações, envolvendo um laser 
para gerar fótons de um sinal elétrico, fibras óticas para transmissão do feixe de fótons e um 
LED para a conversão dos fótons em sinais elétricos
• Exemplo funcionamento laser: barra de rubi, lâmpada (emissão de fótons); campo elétrico. 
Fazer com que os elétron saltem da camada de valência, sendo energizado e quando voltar, 
libera o fóton. Os fótons são refletidos e orientados em uma só direção, formando um feixe
• Exemplo de célula solar: energia do sol (radiação) atinge uma placa, parte é refletida e parte 
é absorvida. A parte que é absorvida (não toda a parte) causa o salto do elétron, gerando a 
corrente elétrica.
• Processamento: determina a estrutura do material
• Desempenho: uma função das propriedades do material
• Processamento → estrutura → propriedade → desempenho
• A presença de poros causa espalhamento de luz e o material se torna opaco (para o 
desaparecimento dos poros, deve-se aplicar maior temperatura em maior tempo)
•
4) Propriedades magnéticas (12/06) (pdf - pg. 706)
• Dipolos magnéticos: são encontrados nos materiais magnéticos (são análogos aos dipolos 
elétricos); podem ser considerados como pequenos ímãs compostos por um polo norte e um 
polo sul, em vez de cargas elétricas positivas e negativas
• Campo magnético
• Domínios magnéticos: são regiões da estrutura do material onde todos os átomos cooperam 
magneticamente, ou seja, são zonas de magnetização espontânea. Quando um campo 
magnético é aplicado, os domínios tendem a se alinhar com o campo e, então, o material 
exibe propriedades magnéticas
• Curva de magnetização ou de histerese (olhar no livro ou pesquisar)• Ligas magnéticas duras: grande falor de Hc e alto Br; ligas endurecidas com estruturas 
desequilibradas, dispersas; ímãs permanentes
• Ligas magnéticas macias: baixo Hc e pequenas perdas de histerese e baixo Br; ligas 
organizadas, geralmente metais puros com boa qualidade estrutural; são empregadas como 
ligas a serem submetidas à magnetização...
• Papel dos elementos de liga: aumentam a força coercitiva ou “dureza” magnética; diminuem
o tamanho do grão