Aps Hexagonal Compacta

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Universidade anhembi morumbi
Escola de engenharia, arquitetura e tecnologia
RELATÓRIO DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
Hexagonal compacta (Titânio) 
Bruno Ra 21362805
César Ra 21364010
Igor Ra 20616569
Matheus Ra 20523053 
Rosineide Ra 20436000
Tarsilla Ra 20881014 
Campus V.O – Período Noturno
São Paulo
2019
RELATÓRIO DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
Hexagonal compacta (Titânio) 
Trabalho apresentado como exigência parcial da matéria de Ciência dos Materiais do curso de engenharia de produção da Universidade Anhembi Morumbi, sob a orientação do Professor, Guilherme Duarte de Barros. 
São Paulo
2019
 
	
SUMÁRIO
1. Introdução	3
2. DESCRIÇÃO E USO NO SETOR TECNOLÓGICO	3
3. CONSTRUÇÃO DA ESTRUTURA CRISTALINA E CÉLULA UNITÁRIA DO MATERIAL (CRISTAL WALK)	4
4. PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS	6
5. DESCRIÇÃO DAS ETAPAS DE CARACTERIZAÇÃO (DUREZA E METALOGRAFIA)	8
6. referências	9
	
1. Introdução
O Titânio (Ti), é o nono elemento químico mais abundante da Terra, além disso, possui boas propriedades químicas e físicas fazendo com que possua inúmeras aplicações em diversos setores econômicos. 
O presente trabalho tem como intuito detalhar e expor informações de maneira mais ampla sobre as características do mesmo e, ainda, apresentar a sua estrutura cristalina por meio do software Cristal Walk.
2. DESCRIÇÃO E USO NO SETOR TECNOLÓGICO
O titânio é um material leve e que suporta altas temperaturas, e por isso, é muito utilizado em ligas para aplicação em inúmeras áreas como, por exemplo, na indústria aeroespacial, aeronáutica e, até mesmo, em implantes dentários.
Não existe Titânio em estado livre, apenas associado a outros elementos. Encontra-se presente em praticamente todas as rochas, além de areias e, até mesmo, no Sol. 
Possui alta resistência mecânica e a corrosão, é quase tão resistente quanto a platina. É um metal forte, leve e de fácil fabricação. É tão forte quanto o aço. Quando é exposto ao ar forma uma camada de óxido, já em ambientes desprovidos de oxigênio é bem dúctil. 
Na área da tecnologia, o titânio possui inúmeras aplicações. Pode ser aplicado na manufatura aditiva, ou seja, impressão 3D, onde camadas ultrafinas de liga de titânio e outros materiais podem ser usados para criar objetos. O titânio pode ser utilizado em reatores, motores de foguetes, aviões e automóveis. Já os seus compostos podem ser empregados como pigmento branco para borracha, papel, tintas e, até mesmo, cosméticos. 
O titânio pode ser usado em condensadores da central energética, pois possui uma excelente resistência à corrosão mesmo em água salgada. Pode ser usado em aplicações cirúrgicas, já que liga bem com ossos. Até mesmo como refletor de radiação infravermelha pode ser usado em observatórios. 
A seguir é apresentada na figura 1 uma das aplicações desse Biomaterial.
Figura 1. Prótese de Titânio
Fonte: Dierk-rabe - Engenheiro Dierk Raabe
3. CONSTRUÇÃO DA ESTRUTURA CRISTALINA E CÉLULA UNITÁRIA DO MATERIAL (CRISTAL WALK)
A partir da construção 3D no Cristal Walk, percebe-se que o titânio puro na temperatura ambiente apresenta estrutura cristalina com reticulado do tipo hexagonal compacto (HCP), também chamada de fase alfa. Este permanece estável em termos de termodinâmica até 882º, então, a partir daí, transforma-se numa estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), também chamada de fase beta, que se mantem estável até a temperatura de fusão. 
A seguir é apresentada na figura 2 a estrutura cristalina com reticulado hexagonal para melhor elucidar o assunto abordado.
 
Figura 2. Estrutura cristalina com reticulado Hexagonal
Fonte: SlidePlayer: Ciências dos materiais – Prof Maurício S. de Araújo.
 As propriedades do titânio e das suas ligas são afetadas durante a passagem da fase beta para alfa durante o resfriamento. Adicionar certos elementos de liga com certos níveis de teores fazem a fase beta ser estável à temperatura ambiente. Dependendo destes teores, a fase beta pode ser a única estável, ou coexistir com a fase alfa.
No titânio puro, as propriedades mecânicas, tamanho do grão e a sua microestrutura podem modificar suas sequencias por meio do encruamento ou recozimento. O resfriamento rápido do campo beta não impede a formação da fase alfa, mas corrobora por aumentar a sua resistência mecânica, uma vez que forma contornos mais irregulares. 
Elementos como hidrogênio, carbono, oxigênio e nitrogênio afetam as propriedades das ligas de titânio. Dentre estes, o carbono não é solúvel, podendo formar carbonetos. O hidrogênio é facilmente absorvido nas estruturas cristalinas, por conta de seu tamanho. 
O aumento dos teores de nitrogênio e oxigênio reduzem a tenacidade do titânio. Estes, favorecem a formação de estruturas acirculares., até 0,3% de carbono aumenta a resistência do titânio. Se faz importante compreender que as ligas de titânio podem ser classificadas em: alfa, alfa + beta e beta. Sendo que, as propriedades de ligas monofásicas alfa só podem ser alteradas por encruamento e recozimento subsequente.
4. PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS
Pertencente ao grupo de elementos de transição (IVb), de símbolo Ti. Possui cor cinza prateado, é lustroso e resistente à corrosão, é sólido à temperatura ambiente, apresenta baixa densidade (massa específica de aproximadamente 4,5g/cm3). O valor em sua forma metálica é em torno de R$ 400/Kg no grau 5 de pureza, possui alta resistência a tração entre 200 e 690Mpa, é um material de baixa condutividade térmica e elétrica, seu módulo de elasticidade comercialmente puro é da ordem de 103 Gpa, a razão de Poisson é de: 0.34, possui 22 de número atômico, massa atômica de 47,88. 
Pelo método de classificação de dureza dos materiais, a chamada Dureza Vickers, o titânio comercialmente puro varia entre 90 e 160HV. Já em temperatura ambiente possui uma estrutura hexagonal compacta (HCP, razão c/a = 1,587, parâmetro de rede = 3,3065 angstroms)  
A figura 3 a seguir apresenta o titânio em sua forma final
Figura 3. Titânio
Fonte: Mundo Educação – Titânio
A tabela 1 a seguir apresenta as principais características do Titânio.
	Titânio (Ti)
	
	Série Química
	Metal de Transição
	Grupo, período
	4 (IV B)
	Raio Atômico
	1,45 A
	Raio Covalente
	1,32 A
	Número Atômico
	22
	Estado da Matéria
	Sólido
	Configuração Eletrônica
	[Ar] 3d2 4s2
	Densidade
	4,5g/mL
	Ponto de Fusão
	1941 K
	Pressão de vapor
	0,49 Pa
	Entalpia de vaporização
	421 kJ/mol
	Entalpia de fusão
	15,45 kJ/mol
	Ponto de Ebulição
	3560 K
	Calor específico
	0,522 J/Kg.K
	Massa Atômica
	47,867 u
Figura 4. Características do Ti
Fonte: Dierk-rabe - Engenheiro Dierk Raabe
5. DESCRIÇÃO DAS ETAPAS DE CARACTERIZAÇÃO (DUREZA E METALOGRAFIA)
Figura 5. Teste de Tensão x Deformidade do Titânio
Fonte: Cheggy Study – Titanium Stress Strain
Percebe-se por meio da análise acima que o titânio, como já mencionado na literatura, mantém uma boa resistência à tensão. A partir de um titânio puro em sua estrutura cristalina hexagonal-compacta, quando sujeito a tensão apresenta alta resistência mecânica até 800 Mpa e, além disso, alto módulo de elasticidade, boa tenacidade à fratura e baixa forjabilidade. A peça permanece no regime elástico até aproximadamente 800 Mpa e, a partir daí a peça atinge o limite de escoamento e, entre uns 850 Mpa aproximadamente entra, de fato, no regime plástico, até mais ou menos 1000 Mpa. Neste ponto do regime plástico, percebe-se que houve pequenas deformações na peça, porém, irreversíveis. 
O material, então, atinge a resistência máxima, ponto máximo onde este ainda suporta a tensão. Nesse ponto, é comum a presença de falhas na peça. Quando chega na tensão de 1000 Mpa e no ponto de deformidade 0,11, tem início o ponto de fratura. Quanto maior o declínio da reta menor será a resistência do material a tensão. 
6. referências
DE SOUZA, Líria Alves. Titânio. [S. l.], 2019. Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/titanio.htm. Acesso em: 5 out.2019.
CRISTAIS DE CURVELO (Brasil) (ed.). Ilmenita. Curvelo MG, 2006. Disponível em: https://www.cristaisdecurvelo.com.br/pages/ILMENITA-%252d-Aprenda-Mais-sobre-este-Mineral.html. Acesso em: 5 out. 2019.
QUIMLAB (Brasil) (ed.). Titânio Ti: Guia dos Elementos. Brasil, 2019. Disponível em: http://www.quimlab.com/guiadoselementos/titanio.htm. Acesso em: 5 out. 2019.
DE OLIVEIRA, Robson Rafael. Mineralogia “Caracterização do Elemento químico Titânio voltado para a Mineralogia.”. Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN, Brasil, ano 2010, p. 1-10, 14 dez. 2010.
INFOMET (Brasil) (ed.). Metais e ligas: titânio - microestrutura. [S. l.], [2019]. Disponível em: https://www.infomet.com.br/site/metais-e-ligas-conteudo-ler.php?codAssunto=92. Acesso em: 8 out. 2019.
DE ARAÚJO, Maurício S. Ciência dos materiais: Capítulo II Ordenação atômica dos materiais. [S. l.], [2019]. Disponível em: https://slideplayer.com.br/slide/9498722/. Acesso em: 8 out. 2019.