AP Tecnologia dos Materiais

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
DISCIPLINA DE TECNOLOGIA DOS MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
SELEÇÃO DE MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNA: VANDIELMA SAMPAIO DE MELO 
PROFESSOR: MARCOS PROENÇA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FORTALEZA - CE 
202O – UTA B - FASE II 
 
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SUMÁRIO 
 
 
 
1 INTRODUCAO ................................................................................................................ 1 
2 EQUIPAMENTO ANALISADO..................................................................................... 2 
3 PANORAMA EVOLUTIVO DOS MATERIAIS .......................................................... 3 
4 MATERIAIS DE ENGENHARIA .................................................................................. 4 
4.1 MATERIAIS METÁLICOS – LATARIA DE AÇO INOX ................................................ 4,5 
4.2 MATERIAIS CERÂMICOS – VIDRO DE PROTEÇÃO E ISOLADOR TÉRMICO ........ 5,6,7 
4.3 MATERIAIS POLIMÉRICOS – PÉS E SUPORTE .......................................................... 7,8 
5 CRITERIOS DE SELEÇÃO ...................................................................................... 11,9 
6 SUGESTÃO DE TROCA DE MATERIAL ............................................................ 12,10 
7 CONCLUSÃO ................................................................................................................. 11 
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 INTRODUCAO 
A seleção de materiais é o ponto focal de uma série de especialidades tecnológicas, que 
vão desde a criação do projeto até a análise de desempenho em campo. Exemplificando, no 
desenvolvimento de um produto, o estabelecimento dos requisitos a serem atendidos norteia 
uma primeira descrição funcional do projeto. O presente estudo segue uma linha de pesquisa, 
onde os critérios de Seleção de Materiais serão abordados e as diferentes situações que se 
exerce. Este trabalho, vamos utilizar o fogão doméstico como base de análise, tendo em vista 
que o mesmo apresenta componentes, metálicos, polímeros plásticos e peças cerâmicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2 EQUIPAMENTO ANALISADO 
O fogão utilizado na análise é de fabricação Brastemp- modelo “BFD5SAR” - De 
5 bocas, composto por um forno a gás, um forno elétrico, um painel digital, 6 “Botões” de 
polímero plástico, vidro na composição da mesa e nas portas dos fornos. 
 
Especificações técnicas: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3 PANORAMA EVOLUTIVO DOS MATERIAIS 
Até a década de 60 os materiais em fase de industrialização existiam em menor número 
em relação aos da fase de pré-industrialização e desenvolvimento, a disponibilidade desses ma-
teriais no mercado era reduzida, atualmente o grande número de materiais que se encontravam 
na fase de desenvolvimento, estão hoje na fase de industrialização passando por este processo 
e disponibilizando atualmente, mais de 50.000 tipos de materiais à disposição de um profissio-
nal de engenharia (ASHBY E JONES, 2005). 
Durante anos, a etapa vivida pelo homem ficou marcada pelos materiais que ele usou, 
como, a idade da pedra, a idade do bronze e a idade do ferro. Historiadores relatam que se o 
homem tivesse vivido nos tempos de hoje, este teria acesso aos diversos produtos e gama de 
materiais que estão disponíveis para o homem nos dias de hoje. Portanto, o que se vive hoje, 
não é a idade de um material apenas, mas sim, a idade de uma vasta gama de materiais. 
Os materiais estão mais entranhados na nossa cultura do que a maioria de nós imagina, 
por isso, vivemos a idade dos materiais avançados, pois o desenvolvimento e o avanço das 
sociedades estão intimamente ligados às habilidades em produzir e manipular materiais para 
satisfazer suas necessidades. (CALLISTER 2002). 
A figura abaixo mostra esta evolução que ocorreu, um mapa do crescente desenvolvi-
mento dos materiais em função do tempo. Na pré-história (a Idade da Pedra) eram utilizados 
cerâmicas e vidros, polímeros naturais e compósitos, madeira e pedra, ouro e prata. A desco-
berta do cobre, bronze e ferro marcou a Idade do Bronze e a Idade do Ferro, o que resultou em 
enormes avanços, em substituição a madeira e pedra utilizados na confecção de armas e ferra-
mentas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1. Panorama Evolutivo dos Materiais 
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4 MATERIAIS DE ENGENHARIA 
 A seleção de um material adequado é de suma importância para o desenvolvimento 
de um projeto e o bom desempenho do produto final depende desta etapa. Nota-se que a grande 
dificuldade a ser vencida na SM é encontrar, de forma agrupada e organizada, todas as caracte-
rísticas importantes em um material para concepção de um produto. 
Os materiais sólidos têm sido classificados em três principais grupos: materiais me-
tálicos, cerâmicos e poliméricos. Ainda existem três grupos de materiais importantes na enge-
nharia, os compósitos, os semicondutores e os biomateriais. Sem deixar de dar importância aos 
materiais naturais ainda muito utilizados. 
Os Materiais aos quais submetemos a processos de seleção se subdividem em cinco 
classes reconhecidas como: Materiais Metálicos; Materiais Cerâmicos; Materiais Poliméricos; 
Materiais Compósitos e Materiais Naturais. 
Citadas neste trabalho: 
Material metálico: Carcaça do fogão, utilizado para dar sustentação, sendo a base 
do equipamento. 
Material polimérico: Partes plásticas que compõe os pés e detalhes como acaba 
mentos, suporte para os vidros, etc. 
Material cerâmico: Vidro de proteção do forno e tampa, além de material cerâmico 
usado como isolador térmico da válvula de gás (Proteção). 
 
4.1 MATERIAIS METÁLICOS - LATARIA DE AÇO INOX 
Os materiais metálicos são normalmente combinações de elementos metálicos. Po-
dem ser entendidas também como substancias inorgânicas compostas por um ou mais elemen-
tos metálicos e podem, também conter elementos não metálicos. Grande parte das propriedades 
dos metais é atribuída diretamente a estes elétrons. Metais e ligas metálicas, como aço, alumí-
nio, magnésio, zinco, titânio, cobre, níquel, ferro, entre outros, são condutores extremamente 
bons de eletricidade e calor. (CALLISTER, 2002) 
Principais elementos de liga do aço inoxidável: 
Cromo: é o elemento mais importante da liga, pois é o principal responsável pelo 
aumento da resistência a corrosão e oxidação. 
Níquel: É tido como o principal estabilizador da austenita. Também aumenta a re-
sistência do aço a corrosão. 
Carbono: apesar de aumentar a resistência mecânica do aço, sua presença pode oca-
sionar a corrosão intergranular mesmo para os baixos teores utilizados. 
Molibdênio: melhora a resistência a corrosão e aumenta a resistência mecânica em 
trabalhos a quente. 
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Manganês: também atua como estabilizador da austenita. Possui pequena influência 
na resistência a corrosão e diminui os efeitos devidos à presença do S na liga. 
A estrutura cristalina dos aços inoxidáveis austenıticos é do tipo cúbica de face 
centrada (cfc), denominada de austenita gama (γ). 
 
Aços Inoxidáveis Austeníticos 
 
Propriedades do material: alta resistência à corrosão; resistência mecânica ade-
quada; facilidade de limpeza/baixa rugosidade superficial; aparência higiênica; material inerte; 
facilidade de conformação; facilidade de união; resistência a altas temperaturas; resistência a 
temperaturas criogênicas (abaixo de 0 °C); resistência às variações bruscas de temperatura; aca-
bamentos superficiais e formas variadas; relação custo/benefício favorável; baixo custo de ma-
nutenção . 
 
4.2 MATERIAIS CERÂMICOS - VIDRO DE PROTEÇÃO E ISOLADOR TÉRMICO CE-
RÂMICO 
Estes materiais são caracterizados pela combinação entre elementos metálicos e nãometálicos. Deste grupo de materiais, podem ser destacados os óxidos, nitratos e carbonetos. 
Outros exemplos de materiais cerâmicos são o cimento, o vidro, argilominerais, produtos cerâ-
micos como tijolos, refratários e abrasivos. Estes, possuem normalmente baixa condutividade 
térmica e elétrica, consequentemente, são muito utilizados como isolantes. O material cerâmico 
tem excelente resistência a altas temperaturas. 
O vidro é uma substância sólida e amorfa, que apresenta temperatura de transição 
vítrea. No dia a dia o termo se refere a um material cerâmico transparente geralmente obtido 
com o resfriamento de uma massa líquida à base de sílica. Em sua forma pura, o vidro é um 
óxido metálico super esfriado transparente, de elevada dureza, essencialmente inerte e biologi-
camente inativo, que pode ser fabricado com superfícies muito lisas e impermeáveis. Estas pro-
priedades desejáveis conduzem a um grande número de aplicações. No entanto, o vidro geral-
mente é frágil, quebra-se com facilidade. O vidro comum se obtém por fusão em torno de 1.250 
°C de dióxido de silício, (SiO2), carbonato de sódio (Na2CO3) e carbonato de cálcio (CaCO3). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Unidade básica da rede sílica. 
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O vidro é um material frágil, porém não fraco. Ele tem grande resistência a ruptura, 
podendo mesmo ser utilizado em pisos, é duro e rígido, porém não tenaz, não sendo apropriado 
para aplicáveis sujeitas a impactos. 
 
Propriedades do material: reciclável; transparência (permeável a luz); dureza; im-
permeável a fluidos; ótimo isolante elétrico; baixa condutividade térmica; vida útil prolongada; 
reflexão; índice de refração; resistência a abrasão; durabilidade química; resistência ao fogo; 
densidade isolamento acústico. 
Minerais de composição inconstante e pureza duvidosa são expostos a um trata-
mento térmico não-mensurável, que dura o suficiente para permitir que reações desconhecidas 
ocorram de modo incompleto, formando produtos heterogêneos e não-estequiométricos, conhe-
cidos com o nome de materiais cerâmicos. 
Cerâmica pode ser definida como sendo um sólido formado com aplicação de calor 
ou calor + pressão contendo: 
• pelo menos 1 metal e 1 não metal 
• pelo menos 2 elementos sólidos não metálicos 
• pelo menos 2 elementos sólidos não metálicos e 1. 
 
 
As Cerâmicas compreendem todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos 
geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas. 
 
 
 
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Argilas - é um material natural, de textura terrosa, de granulação fina, constituída 
essencialmente de argilominerais, podendo conter outros minerais que não são argilominerais 
(quartzo, mica, pirita, hematita etc.), matéria orgânica e outras impurezas. 
Os argilominerais são os minerais característicos das argilas; quimicamente são si-
licatos de alumínio ou magnésio hidratados, contendo em certos tipos outros elementos como 
ferro, potássio, lítio e outros. 
Graças aos argilominerais, as argilas na presença de água desenvolvem uma série 
de propriedades tais como: plasticidade, resistência mecânica a úmido, retração linear de seca-
gem, compactação, tixotropia e viscosidade de suspensões aquosas que explicam sua grande 
variedade de aplicações tecnológicas. 
Os principais grupos de argilominerais são caulinita, ilita e esmectitas ou montmo-
rilonita. 
4.3 MATERIAIS POLIMÉRICOS - PÉS E SUPORTE 
Os polímeros são constituídos de macromoléculas orgânicas, sintéticas ou naturais. 
Os plásticos e borrachas são exemplos de polímeros sintéticos, enquanto o couro, a seda, o 
chifre, o algodão, a lã, a madeira e a borracha natural são constituídas de macromoléculas or-
gânicas naturais. Os polímeros têm baixa condutividade térmica e elétrica, tem baixa resistên-
cia, mecânica comparado a outros materiais utilizados em Engenharia. 
Possivelmente o maior número de materiais poliméricos diferentes se enquadra da 
classificação dos plásticos. O polietileno, o polipropileno, o cloreto de polivinil, o poliestireno 
e os fluorocarbonos, epóxi, fenólicos, e poliéster podem ser classificados como plásticos. Eles 
possuem uma grande variedade de combinações de propriedades. Alguns plásticos são muito 
rígidos e frágeis, outros são flexíveis, exibindo tanto deformações elásticas como plásticas 
quando são tensionados, e algumas vezes exprimem uma considerável deformação antes de 
fraturarem. 
Poliuretano é um polímero produzido pela reação de poliadição de um isocianato 
(di ou polifuncional) com um poliol e outros reagentes como: agentes de cura ou extensores de 
cadeia. Neste polímero o uretano é a molécula que se repete, sendo que sua estrutura é composta 
por quatro tipo de átomos (dois oxigênios, um nitrogênio, um carbono e um hidrogênio) distri-
buídos de certa forma. Sua estrutura pode ser cristalina ou amorfa, dependendo da aplicação 
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que se usara o poliuretano, conforme sua aplicação pode chegar a 90% de sua estrutura ser 
cristalina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Propriedades do material: menor peso; menos ruído; menor custo de fabricação; 
resistência à corrosão; resistência a abrasão; resistência ao corte e ao rasgo; resistência a óleo; 
resistência a grandes carregamentos; grande variedade de durezas; pode ser fundido; resistente 
a ozônio; resistente à micro-organismos; alta ou baixa histerese; alta ou baixa resiliência . 
 
 
 
5 CRITERIOS DE SELEÇÃO. 
A seleção de um material não baseada em apenas um único critério de seleção, mas 
sim em um conjunto deles que em sua grande maioria são conflitantes, o que pode vir a acarretar 
alguns problemas para se obter uma satisfação simultânea entre eles. Um material quando sub-
metido a certas condições de trabalho deve ter seu desempenho adequado para tal situação. Os 
critérios de seleção estão diretamente relacionados com as distintas propriedades dos materiais 
disponíveis que se classificam basicamente em propriedades mecânicas, térmicas, físicas e elé-
tricas. 
Os 16 critérios de seleção de materiais listados abaixo não esgotam a lista, mas são 
os mais representativos. (FERRANTE, 2002). 
 
• Considerações dimensionais; 
• Considerações de forma; 
• Considerações de peso; 
• Considerações de resistência mecânica; 
• Resistência ao desgaste; 
• Conhecimento das variáveis de operação; 
• Facilidade de fabricação; 
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• Requisitos de durabilidade; 
• Número de unidades; 
• Disponibilidade de material; 
• Custo; 
• Existência de especificações e códigos; 
• Viabilidade de reciclagem; 
• Valor de sucata; 
• Grau de normalização; 
• Tipo de carregamento. 
 
 
 
6 SUGESTÃO DE TROCA DE MATERIAL 
O material que eu sugiro a troca são os materiais poliméricos plásticos (Poliésteres 
– termofixos), já que os mesmos trabalham com altas temperaturas, o que podem vir a ser pre-
judicial a durabilidade e oferecer riscos a segurança do manipulador. Os materiais utilizados 
são de baixa qualidade e existem na mesma família polimérica, matérias poliméricos de quali-
dade superior, mas que aumentaria os custos, por isso não são utilizados, poderiam utilizar 
Acrilonitrila butadieno-estireno (ABS) - termoplásticos. 
 
Propriedades do material: Os polímeros que se enquadram dentro dessa classifi-
cação podem ter qualquer grau de cristalinidade, e todas as estruturas e configurações molecu-
lares são possíveis. Os materiais plásticos podem ser termoplásticos ou termo fixos; de fato, 
essa é a maneira na qual eles são subclassificados. 
Diversos plásticos exibem propriedades excepcionais. Para aplicações onde à trans-
parência ótica é crítica, o poliestireno e o polimetilmetacrilato são especialmente bem adequa-
dos; entretanto, torna-se essencial que o material seja totalmente amorfo ou, se semicristalino, 
possua cristalitos muito pequenos. 
Os materiais termoplásticossão conformados acima da temperatura de transição 
vítrea, se amorfos, ou acima da temperatura de fusão, se semicristalinos. A fabricação de polí-
meros termo fixos é realizada geralmente em dois estágios; (1) ocorre a preparação de um po-
límero linear na forma de um liquido, que possuiu baixo peso molecular. Esse material é con-
vertido no produto final, duro e rígido, durante o segundo estágio, que é realizado normalmente 
em um molde que possui a forma desejada. 
 
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Alguns exemplos de materiais plásticos e suas aplicações: 
 
TIPO DE MATERIAL CARACTERISTICAS APLICAÇÕES 
Acrilonitrila-butadieno-esti-
reno (ABS) – termoplásticos. 
Excepcional resistência e te-
nacidade, resistente a distor-
ção térmica e inflamável. 
Revestimento de refrigerado-
res, brinquedos, dispositivos 
de segurança em auto-estra-
das. 
Acrílicos (polimetacrilatos) 
– termoplásticos. 
 
Excepcional transmissão da 
luz e resistência a intempé-
ries. 
Lentes, recipientes transpa-
rentes de aeronaves e carta-
zes de rua. 
Fluorocarbonos (teflon) Quimicamente inertes em 
quase todos os ambientes, ex-
celente propriedade elétrica. 
Vedações anticorrosivas, re-
vestimentos autoadesivos e 
peças. 
Poliamidas (náilons) - termo-
plásticos 
Boa resistência mecânica, 
baixo coeficiente de atrito, 
absorve água e alguns outros 
líquidos. 
Revestimento para fios e ca-
bos, cabos e puxadores. 
Polietileno – termoplástico Quimicamente resistente, e 
isolante elétrico, duro. 
Garrafas flexíveis, peças de 
baterias, bandejas de gelo. 
Poliéster - termoplástico Uma das películas plásticas 
mais resistentes, resistência a 
umidade, ácidos, graxas e 
solventes. 
Fitas de gravação magnética, 
vestimentas, cordões de 
pneus automóveis, recipiente 
de bebidas. 
Epóxi - termofixos Excelente combinação de 
propriedades mecânicas e re-
sistência a corrosão, relativa-
mente barato, boas proprie-
dades elétricas. 
Moldes elétricos, ralos, ade-
sivos, usados com laminado 
de fibra de vidro. 
Poliésteres - termofixos Excelentes propriedades elé-
tricas e baixo custo; pode ser 
formulada para uso a tempe-
ratura ambiente ou a altas 
temperaturas. 
Capacetes, barcos em fibras 
de vidro, componentes de 
carroceria de carro, caldeiras 
e ventiladores. 
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7 CONCLUSÃO 
 
Para o desenvolvimento deste trabalho foi necessário primeiramente que se fizesse 
uma revisão de literatura no que diz respeito a seleção dos materiais para que pudesse entender 
e se situar dos passos que seriam relatados no presente trabalho, principalmente dos métodos 
propostos por M.F.ASHBY que foram base para este estudo. Foi levado em consideração tam-
bém as informações fornecidas nas aulas pelo professor e assim alcançar o objetivo do trabalho. 
Durante a realização deste estudo, pode-se entender como se dá a escolha de um 
determinado material e os critérios que levam a optar pelo mesmo, uma vez que a área de ma-
teriais tem vasta extensão e matérias disponíveis. Conceitos como índice de mérito e mapas de 
propriedades dos materiais puderam ser abordados e ter um bom entendimento sobre a aplica-
ção destas ferramentas em seleção dos materiais. 
Este estudo foi de grande importância, pois através dele pode-se ter uma maior no-
ção sobre a área de seleção dos materiais e como se dá o processo de escolha de um determinado 
material, proporcionado assim, um maior entendimento de como se dá a fabricação de um pro-
duto até sua etapa final. 
 
 
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8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
FERRANTE, Maurizio. Seleção de Materiais. 2. ed. Editora da Universidade Federal de São 
Carlos. 
CALLISTER, William D. Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma introdução. 5. ed. Rio 
de Janeiro. Editora S.A 
ASHBY, Michael F. Materials Selection in Mechanical Design. 2. ed. Oxford: Butterworth-
Heinemann, 1999. 
CRUZ, Diego, Fernandez, Apostila Projetos Mecânicos. 
MODENESI, P.J. Soldabilidade dos aços inoxidáveis, São Paulo, SENAI – SP , 110p., 2001. 
COSTA E SILVA, A. L.V. e MEI, P. R. Aços e Ligas especiais, Ed Edgard Blucher, São 
Paulo, 2ª edição, 646p., 2006. 
QUITES, A. M. Metalurgia na Soldagem dos aços, Editora Soldasoft, Florianópolis, SC, 
256p., 2008. 
ASM – Handbook - Properties and Selection: Irons , Steels, and HighPerformance Alloy. Vo-
lume 1 of the 10th, Edition Metals Handbook. 1990. 
KOU, S. Welding Metallurgy, John Wiley & Sons, Inc. Canadá, 410p. 1987. 
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