0-Introduçao

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04/03/2016 
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CIÊNCIAS DOS MATERIAIS 
 
Manuel Houmard 
 
mhoumard@ufmg.br 
Sala 3304 – Bloco 1 – Escola de Engenharia 
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ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 Presença: 
 A folha de presença deve ser assinada (75% de presença). 
 A ausência nos dias de provas deve ser justificada (→ 0). 
 
 Avaliações: 
 2 provas de 30 pontos e uma prova final de 40 pontos. 
 Prova especial se precisar (→ não tem suplementar) 
 É necessário saber fazer os exercícios do curso. 
 Trazer sua calculadora para as provas → Celular, Ipod ou 
semelhantes, são proibidos. 
 Questões que envolvem cálculos devem apresentar a 
resposta com as devidas unidades além da memória de 
cálculo detalhada. 
 Toda resposta deverá ser escrita a caneta e ser legível. 
 Só 2 pontos dados no máximo para mudar de conceito. 
 
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INFORMAÇÕES SOBRE O CURSO 
mailto:mhoumard@ufmg.br
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BIBLIOGRAFIA 
 Calister Jr. W.D., Ciência e Engenharia de Materiais: 
Uma Introdução, 7a ed., Rio de Janeiro: Livros 
Técnicos e Científicos, 2008. 
 
 Ashby M.F. e Jones D.R.H. Engenharia de Materiais - 
Volumes I e II - Uma Introdução a Propriedades, 
Aplicações e Projeto, Rio de Janeiro: Elsevier 2007. 
 
 Ashby M.F., Shercliff H., Cebon D. Materiais, Rio de 
Janeiro: Elsevier 2012. 
 
 Van Vlack L.H., Princípios de Ciência e Tecnologia dos 
Materiais, Rio de Janeiro: Campus, 1994. 
 
 
 
 Introdução à Ciência dos Materiais 
 Estrutura Atômica e Ligação Interatômica 
 Estrutura de Sólidos Cristalinos (Metais) 
 Imperfeições em Sólidos 
 Difusão 
 Propriedades Mecânicas 
 Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência 
 Falha 
 Diagramas de Fase 
 Sistema Ferro-Carbono 
 Transformações de Fases fora do Equilibro 
 Materiais Cerâmicos, Polímeros e Compósitos 
 Corrosão 
 
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PROGRAMA 
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CONTEXTO 
 Os materiais estão constantemente presentes nosso 
cotidiano (transportes, habitação, comunicação, ...) e 
influenciam nossas vidas diárias. 
 Por isso, as civilizações antigas foram designadas pelo 
nível de seus desenvolvimentos em relação aos materiais 
(isto é, Idade da Pedra, Idade do Bronze, ...). 
 Com o tempo foi descoberto que as propriedades de um 
material poderiam ser alteradas através de tratamentos 
térmicos, de diferentes técnicas de fabricação e pela 
adição de outras substâncias. 
 Assim, vários materiais diferentes foram desenvolvidos 
com características relativamente específicas que atendem 
as necessidades de nossa moderna e complexa sociedade 
(metais, plásticos, vidros, ...). 
 Hoje: Idade do Plástico ? Idade do Semicondutor ? 
 Ciência dos Materiais: 
 Investigação das relações que existem entre 
composição, estrutura e as propriedades dos 
materiais. 
 
 Engenharia dos Materiais: 
 Projeto, desenvolvimento ou aperfeiçoamento de 
técnicas de processamento de materiais (= técnicas de 
fabricação) com base nas relações composição, 
estrutura e propriedades para melhorar os 
desempenhos. 
 Também, desenvolvimento de formas de produção de 
materiais socialmente desejáveis a custo socialmente 
aceitável. 
 
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DEFINIÇÕES 
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 Seleção de materiais conhecidos para aplicações 
conhecidas → Curso de Seleção de Materiais 
 
 Desenvolvimento de materiais já conhecidos visando 
novas aplicações ou visando melhorias no 
desempenho. 
 
 Desenvolvimento de novos materiais para aplicações 
conhecidas. 
 
 Desenvolvimento de novos materiais para novas 
aplicações. 
 
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OBJETIVOS DA CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS 
 Ciência e Engenharia dos Materiais é a reunião de 
conhecimentos que relacionem composição, estrutura e 
processamento de materiais às suas propriedades e usos. 
 
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Desempenho 
Composição, Estrutura 
Sintese e 
processamento 
Propriedades 
→ Mecânicas 
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INTER-RELACIONAMENTO DOS COMPONENTES NA 
CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS 
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EXEMPLOS DE MATERIAIS 
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 Associada ao arranjo dos componentes internos do material. 
Pode, e deve, ser analisada em diferentes escalas: 
 Escala atômica (menor ou igual a nm) 
 Nanoestrutura (da ordem de nm) 
 Microestrutura (alguns µm) 
 Macroestrutura (ordem do mm) 
 
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ESTRUTURA 
Peça
Microestrutura
Macroestrutura
Grão
Estrutura Cristalina
Grão
Inclusão
 Conjunto de técnicas para obtenção de materiais com 
formas e propriedades específicas. 
 
 Exemplo - Três amostras de óxido de alumínio (Al2O3) 
processadas por diferentes rotas: 
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SÍNTESE E PROCESSAMENTO 
Monocristal 
(transparente) 
Policristal 
(translucido) Policristal 
poroso 
(opaco) 
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 Propriedade: Tipo e intensidade da resposta a um 
estímulo que é imposto ao material. 
 
 Os principais tipos de propriedades dos materiais são: 
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PROPRIEDADES 
- Mecânicas 
- Elétricas 
- Térmicas 
- Magnéticas 
- Ópticas 
- Químicas, Degradação 
(corrosão, oxidação, desgaste) 
Propriedades 
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SÃO MUITAS PERGUNTAS .... 
A SEREM RESPONDIDAS EM CADA CASO 
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 Metais 
 
 Cerâmicos 
 
 Polímeros 
 
 
 Compósitos 
 
 Semicondutores 
 
 Biomateriais 
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CLASSES DOS MATERIAIS 
CLASSES 
PRINCIPAIS 
CLASSES 
SECUNDÁRIAS 
 Combinações de elementos 
 metálicos. 
 
 
 Número grande de elétrons não-localizados 
 → Bons condutores de eletricidade e calor 
 
 
 Muito resistentes, e ainda 
 deformáveis 
 → Aplicações estruturais 16 
METAIS 
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CERÂMICAS 
 Elementos metálicos e 
 não-metálicos 
 → óxidos, nitretos, carbetos. 
 
 
 Tipicamente isolantes e resistentes a altas 
temperaturas e ambientes abrasivos. 
 
 
 Duros, porém muito 
 quebradiços. 
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POLÍMEROS 
 Materiais plásticos e 
 borrachas 
 → compostos orgânicos 
(base de carbono e hidrogênio). 
 
 
 Estruturas moleculares grandes. 
 
 
 Baixas densidades e podem ser 
 extremamente flexíveis. 
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 Compósitos: Consistem em mais de um tipo de 
material. Projetado para mostrar uma combinação das 
melhores características dos materiais que o compõe. 
 
 Semicondutores: Possuem propriedades elétricas 
intermediárias. Sensíveis à presença de pequenas 
concentrações de átomos de impurezas. Responsáveis 
do advento dos produtos eletrônicos e computadores. 
 
 Biomateriais: Componentes implantados no interior do 
corpo humano para a substituição de partes do corpo 
doentes ou danificadas. Substâncias não tóxicas e 
compatíveis com os tecidos do corpo 
 
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CLASSES SECUNDARES DOS MATERIAIS 
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TIPO DE 
MATERIAL 
CARACTERÍSTICAS 
MECANICAS 
CONSTITUINTES TÍPICOS 
METÁLICOS Dúctil, Resistência Mecânica 
Elevada, Dureza Elevada 
Átomos Metálicos e Não-
Metálicos 
CERÂMICOS Frágil, Dureza Elevada Óxidos, Silicatos, Nitretos, 
Aluminatos, etc 
POLIMÉRICOS Dúctil, Baixa Resistência 
Mecânica, Baixa Dureza, 
Flexível 
Cadeia Molecular Orgânica de 
Comprimentos Elevados 
 Propriedades mecânicas dos materiais dependem dos 
tipos de ligações envolvidos e da estrutura do 
material. 
CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DAS PRINCIPAIS 
CLASSES DE MATERIAIS 
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EXEMPLO: MODULO DE ELASTICIDADE 
 Não tem um material só para uma aplicação dado. 
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SELEÇÃO DE MATERIAIS 
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CONCLUSÃO 
 Os materiais utilizados em aplicações de alta tecnologia 
(ou high-tech) são algumas vezes chamados de materiais 
avançados. 
 
 Ainda existem desafios tecnológicos, incluindo o 
desenvolvimento de materiais mais sofisticados e 
especializados, para melhorar o desempenho de todo 
produto. 
 
 Conhecer e entender as relações entre composição, 
estrutura, processamento, propriedades e desempenho 
dos materiais é essencial para tais desenvolvimentos. 23