Propriedades dos Materiais Metálicos (1)

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Ciências dos Materiais
Professora: Talita Evelyn de Souza Castro
Aula 09
Conteúdo da disciplina
Estrutura Atômica e Ligações Químicas
Estruturas Cristalinas
Propriedades dos Materiais 
Processamento e Desempenho de Materiais
Conteúdo da disciplina
	3- Propriedades dos materiais
 
	- Propriedades dos materiais metálicos
 
	- Propriedades dos materiais cerâmicos
 
	- Propriedades dos materiais poliméricos
 
	- Propriedades dos materiais compósitos
Materiais Metálicos 
Materiais compostos por um ou mais elementos, como: ferro, alumínio, cobre, titânio, ouro, níquel e com frequência no caso de ligas, por elementos não metálicos como: carbono, nitrogênio e oxigênio, em pequenas proporções
Versatilidade
Principais propriedades dos Metais
Metais
Químicas
Elétricas
Térmicas
Magnéticas 
Ópticas
Mecânicas
Propriedade Química dos Metais
É a habilidade dos metais combinarem com outros metais ou elementos não metálicos e formarem um grande número de ligas que melhoram suas propriedades iniciais.
Liga de aço inoxidável: Fe, Ni e Cr
Ferrosos
Propriedade Química dos Metais
Fases do Fe
Propriedade Química dos Metais
Aços (0,08% à 2,11%)
Ferro Fundido
Propriedade Química dos Metais
Aço é uma liga de ferro-carbono (teor de C < 2,11%)
Os aços austeníticos são utilizados na construção civil para fins estruturais (apresentam grande resistência ao desgaste) 
Os aços ferríticos são empregados em sistemas de exaustão de gases em motores de combustão (apresentam características mais dúcteis)
Os aços martensíticos são utilizados em áreas de mineração e instrumentos odontológicos.
Propriedade Química dos Metais
Ferro Fundido é uma liga de ferro-carbono-silício (teor de C >2,11% e teor de Si entre 1-3%)
Propriedade Química dos Metais
Ferro Fundido é uma liga de ferro-carbono-silício (teor de C >2,11% e teor de Si entre 1-3%)
Os ferros fundidos dividem-se em três tipos principais: branco, cinzento e nodular.
Ferro Fundido Cinzento
É o mais comum;
Baixo custo;
Elevada usinabilidade;
Presença de grafita na microestrutura;
Alta fluidez na fundição;
Permite a fundição de peças com paredes finas e complexas.
Podem ser submetidos a tratamentos térmicos para endurecimento localizado.
Este tipo de material é utilizado em larga escala pela indústria de máquinas e equipamentos, indústria automobilística, ferroviária, naval e outras. 
SMM0193-Engenharia e Ciência dos Materiais I Waldek Wladimir Bose Filho 
Propriedade Química dos Metais
Os ferros fundidos dividem-se em três tipos principais: branco, cinzento e nodular.
Ferro Fundido Branco
É menos comum;
Não possui grafita na microestrutura;
Não pode ser usinado;
Elevada dureza;
O branco é utilizado em peças em que se necessite elevada resistência à abrasão
A peça deve ser fundida diretamente em suas formas finais ou muito próximo delas, a fim de que possa ser usinada por processos de abrasão com pouca remoção de material.
É utilizado na fabricação de equipamentos para a moagem de minérios, pás de escavadeiras e outros componentes similares.
Propriedade Química dos Metais
Os ferros fundidos dividem-se em três tipos principais: branco, cinzento e nodular.
Ferro Fundido Nodular
O ferro fundido nodular é uma classe de ferro fundido onde o carbono (grafite) permanece livre na matriz metálica, porém em forma esferoidal. 
Este formato do grafite faz com que a (ductibilidade) seja superior, conferindo aos materiais características que o aproximam do aço.
Boa usinabilidade.
Propriedades mecânicas dos nodulares: boa resistência mecânica à tração, boa ductibilidade e resiliência, boa resistência à compressão.
É utilizado na indústria para a confecção de peças que necessitem de maior resistência a impacto em relação aos ferros fundidos cinzentos, além de maior resistência à tração e resistência ao escoamento.
Propriedade Química dos Metais
Metais como o níquel, vanádio, molibdênio, cobalto, terras-raras e do grupo da platina ativam reações catalíticas para a síntese de muitos produtos químicos orgânicos obtidos a partir do petróleo.
Uma grande variedade de sais e compostos metálicos melhoram as propriedades de produtos plásticos em termos de cor, brilho, resistência à chama e resistência à degradação.
Não ferrosos
Propriedade Química dos Metais
Processo de oxidação dos metais
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Propriedades Mecânicas dos Metais
Ductilidade: representa o grau de deformação de um material até a sua fratura (forma filamentos).
Maleabilidade: podem ser moldados por deformação (forma lâminas). Ex: Ouro, alumínio
Deformação elástica (volta ao estado original) e plástica (deformação permanente)
Propriedades mecânicas importantes: Resistência, dureza, ductilidade e tenacidade. 
Propriedades Mecânicas dos Metais
Materiais x Forças ou Cargas 
Comportamento mecânico : Resposta à carga ou a força aplicada.
	Exemplos: Asa de avião (liga alumínio), eixo de automóvel (aço).
Características dos materiais x Desempenho.
Experimentos/Testes: Reprodução condições de serviço.
 Fatores a considerar:
 Natureza carga (tração, compressão, cisalhamento...)
 Carga Constante/variável.
 Duração aplicação da carga (fração segundos, anos...)
 Condições ambientais ( temperatura...)
Normas padronizadas para garantir consistência aos ensaios:
 ASTM - Sociedade Americana para Ensaios e Materiais. 
Propriedades Mecânicas dos Metais
Dureza
Resistência ao impacto
Resistência à fratura
Deformação Plástica: Deformação permanente, resultado da tensão aplicada.
Quando a tensão é removida, o material não volta à sua forma original.
“Plástico” não quer dizer polimérico!!!
Deformação Elástica: Deformação reversível, resultado de uma tensão aplicada.
Lei de Hooke
Propriedades Mecânicas dos Metais
Propriedades Mecânicas dos Metais
Tração Compressão Cisalhamento Torção 
TENSÃO (s): Carga mecânica que age na unidade de área sobre a qual a carga foi aplicada. Unidades dadas em (kgf/mm2) ou Pa (N/m2).
Propriedades Mecânicas dos Materiais
DEFORMAÇÃO (x): Definida como a alteração de tamanho por unidade de comprimento (%) ou Pa (mm/mm).
Deformação plástica
Propriedades Mecânicas dos Materiais
Deformação Elástica: Deformação reversível, resultado de uma tensão aplicada.
E = Módulo de elasticidade ou Módulo de Young
Quanto > E = menor será a 
 Quanto < E = maior será a 
A rigidez de um material é proporcional ao módulo de elasticidade do material, e sua inversa é conhecida como flexibilidade.
Aramida - poliamida sintética e aromática, com que se produzem fibras de alta resistência mecânica e térmica, us., p.ex., em blindagens e na fabricação de luvas industriais e coletes à prova de balas.
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Ensaios de Tração
Corpo de prova padrão para ensaios de tração, seção circular.
Dispositivo usado para ensaios tensão-deformação sob tração.
Célula de carga mede a carga e o extensômetro mede alongamento.
Propriedades Mecânicas dos Metais
Ensaios de Tração
Propriedades Mecânicas dos Metais
Obtêm-se os seguintes dados:
Limite de escoamento
Limite de resistência
Módulo de elasticidade de Young
Ductilidade dos materiais
Aplicados em metais, ligas e polímeros. Cerâmicas são frágeis e podem se romper durante a fixação na máquina.
Ensaios de Tração
Propriedades Mecânicas dos Metais
Propriedades Mecânicas dos Metais
Ensaios de Tração
O LRT corresponde ao valor de tensão máxima suportado por uma estrutura sob tração.
Propriedades Mecânicas dos Metais
Ensaios de Tração
Limite elástico: Valor crítico da tensão necessária para iniciar a deformação plástica. (em materiais metálicos, essa é geralmente a tensão requerida para os movimentos de discordância ou deslizamento inicial de planos cristalinos; em materiais poliméricos essa tensão corresponde ao “desembaraço” das cadeias poliméricas ou ao deslizamento das cadeiais)
Limite proporcional (em metais Limite convencional de escoamento): tensão acima da qual a relação entre tensão e deformação deixa de ser linear.
Limitede resistência: É a tensão máxima da curva tensão-deformação – estricção ou empescoçamento. A força diminui até a ruptura.
Tensão de Fratura: ruptura.
Propriedades Mecânicas dos Materiais
DUCTILIDADE: Mede a deformação plástica que um material pode suportar sem se romper. (Do limite elástico até a fratura)
Ductilidade
Propriedades Mecânicas dos Materiais
TENACIDADE: É a energia absorvida por um material antes da fratura. 
Apresenta resistência antes da fratura.
Propriedades Mecânicas dos Metais
Efeito de temperatura:
Limite de escoamento, limite de resistência e o módulo de elasticidade diminuem em temperaturas elevadas, enquanto que a ductilidade tende a aumentar. Ao reduzir a temperatura muitos metais e ligas tornam-se frágeis. (Metais, polímeros e vidros)
Propriedades Mecânicas dos Metais
A variação nas propriedades dos metais ocorre devido à microestrutura
As propriedades mecânicas são geralmente específicas para a forma do produto, tais como: placas, chapas, extrusão, moldagem, forjamento, etc.
Barras de um determinado material que são obtidas por diferentes processos vão apresentar as mesmas propriedades?
Propriedades Mecânicas dos Metais
Propriedades Elétricas e Térmicas dos Metais
Os metais são excelentes condutores de calor e eletricidade. Em geral, a condutividade desses materiais aumenta com a diminuição da temperatura, de modo que no zero absoluto (-273 oC) a condutividade é infinita; isto é, os metais se tornam supercondutores. 
Propriedades Elétricas e Térmicas dos Metais
Melhores condutores
Propriedades Elétricas dos Metais
Resistividade = resistência (inverso da condutividade)
Aumenta com o aumento de defeitos no material.
*Deformação plástica também aumenta a Resistividade
Propriedades Elétricas e Térmicas dos Metais
A condutividade térmica é aproveitada em radiadores de automóveis e utensílios de cozinha enquanto a condutividade elétrica possibilita que a sociedade consiga transmitir eletricidade por longas distâncias para fornecer luzes e energia elétrica às cidades mais remotas a partir de estações de geração de eletricidade. 
Propriedades Magnéticas dos Metais
Os metais também apresentam outras propriedades, como as magnéticas. O ferromagnetismo, por exemplo, é uma propriedade encontrada no ferro e em vários outros metais. Além disso, metais e ligas podem ser magnetizados em um campo elétrico e exibem uma propriedade denominada paramagnetismo. 
As propriedades magnéticas são empregadas em motores, geradores e sistemas de alto-falantes elétricos para equipamentos de áudio. 
Propriedades Magnéticas dos Metais
https://youtu.be/u36QpPvEh2c
Propriedades Ópticas dos Metais
Os metais emitem elétrons quando expostos à radiação (por exemplo, luz) de um curto comprimento de onda ou quando aquecidos a temperaturas suficientemente elevadas.
No entanto, a capacidade de metais, como o chumbo, em absorver a radiação é denominada blindagem. Considere, por exemplo, o avental fornecido pelos dentistas durante um exame de raios X.
São uniformemente brilhantes e, com exceção de cobre e ouro, são prateados ou acinzentados. Isso ocorre porque todos esses elementos absorvem a luz em todas as frequências e a irradiam imediatamente. Os metais formam espelhos com sua superfície reflexiva e o seu brilho lhes dá a aparência atraente, que é tão importante em joias e moedas.