Unidade 1_Introdução aos Materiais

Prévia do material em texto

Prof. Fernando M. Machado 2016 - 01
UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO 
AOS MATERIAIS
Nome da Disciplina: Ciência dos Materiais I
Chave de Inscrição: GEM-CDMI-20161
Link da Disciplina: http://ava.ufpel.edu.br/pre/course/view.php?id=1699
http://moodle.ufpel.edu.br/sysead/
Moodle UFPel
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS
1-1 INTRODUÇÃO
1-2 TIPOS DE MATERIAIS
1-3 RELAÇÃO: ESTRUTURA-PROCESSAMENTO-PROPRIEDADES
1-4 EFEITOS DO MEIO SOB O COMPORTAMENTO DO MATERIAL
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
O que são materiais?
Materiais são substâncias com propriedades que as tornam
úteis em máquinas, estruturas, dispositivos e produtos.
Devemos levar em consideração aquelas
substâncias que venham a se tornar parte de
dispositivos, estruturas e produtos feitos pelo
homem, mesmo que utilizados no estado
primitivo.
1.1 Introdução
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
Quando começou?
• Desde que surgiu na “Terra”, a movimentação do Homem e os
aglomerados humanos tinham como origem suas necessidades e
disponibilidades dos locais em atendê-las.
• A necessidade essencial, comum a todos os selvagens, era a
alimentação, e ela provinha basicamente da proteína animal, ou
seja, o Homem primitivo (hominídeos) era um caçador.
• Como caça não se faz apenas com as mãos, os hominídeos tiveram
que construir instrumentos para conseguir caçar e ter seus
alimentos.
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
• 700.000 - 600.000 a.C.
• Nossos ancestrais utilizavam os
materiais existentes naturalmente:
– Madeira;
– Pedras;
– Barro;
– Peles;
• Eles davam formato aos materiais
para fabricar ferramentas
Idade da Pedra
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
Idade da Pedra
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
•Homem ao longo de sua
história evolutiva:
•Quanto mais avançada a
civilização, mais estratégicos
os materiais à sua disposição
e mais elaborados e
eficientes os artefatos e
equipamentos produzidos.
Idade da Pedra
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
Cerâmica Pré-histórica (3500 a.C. - 1500 a.C.)
Idade da Pedra
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
• Oriente Médio em torno de 3300 a.C
• Bronze: Cobre (Cu) + Estanho (Sn)
– Temperatura de fusão (Tf = 950°C)
– Fáceis de trabalhar e endurecer
• Se caracterizou pelo uso de outros 
metais “moles” como Ouro e Prata
Era dos Metais - Bronze
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
Era dos Metais - Bronze
âmbar
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
Era dos Metais - Bronze
Ötzi, múmia masculina da idade do Bronze (~2.300 a.C. )
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
• Final da Era do Bronze prosseguindo
até o início da dominação da
Civilização Romana: 1.200 a 586 a.C.
• Evolução tecnológica permitiu o uso
do ferro como material;
• O Fe é mais duro que o Cu;
• Processamento mais difícil:
– Tf > 1200°C
– Redução do minério de Fe com
carvão;
Era dos Metais - Ferro
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
Espada de Damasco
Utensílios do dia-a-dia
Jóias
Vazo cerâmico celta 
Era dos Metais - Ferro
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
• Tratamentos Térmicos:
– Têmpera
– Revenido
– Recozimento
• Propriedades:
– Resitência mecânica;
– Dúctil ou Frágil
– Fácil ou difícil de 
conformar
Era dos Metais - Ferro
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
Era dos Metais - Ferro
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
Aquedutos romano
Balista Romana
Barco tartaruga (Coreano)
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
Era Industrial
•Revolução Industrial:
•Máquina à vapor
•Eletricidade e Petróleo
•Metalurgia 
Veículo a vapor da época da Revolução Industrial.
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
•Processamento:
•Dopagem, deposição 
e revestimentos
•Aplicações:
•Semicondutores e 
supercondutores.
•Armazenamento de 
Informação
Era Silício e da Informação
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
100 milhões de 
vezes menor
100 milhões de 
vezes menor
Nanomateriais:
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
Intel® Xeon® Processor E5-2699 v4
• Dimensões: 456 mm²
• Número de núcleos: 22
• Número de Transistores: 7.200.000.000
1° transistor, Bell Labs (1947)
Transistor intel 14 nm
Tri - Gate (2014-15)
Substrato de Si
Ponte
8 nm
42 nm
Fonte: http://www.intel.com/
Nanomateriais:
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
1.1 Introdução
A Evolução dos Materiais de Engenharia...
Nanomateriais:
Nanopartículas de Prata
1.1 Introdução
XCONHECIMENTO (ENCICLOPÉDICO) EMPÍRICO
CONHECIMENTO 
FENOMENOLÓGICO
Qual foi a Grande mudança?
1.1 Introdução
XCONHECIMENTO (ENCICLOPÉDICO) EMPÍRICO
CONHECIMENTO 
FENOMENOLÓGICO
Caracterizado pela 
intencionalidade de 
descrever, compreender e 
interpretar, através de 
estudos, os fenomenos que 
se apresentam à percepção
Conhecimento adquirido no 
quotidiano, através 
tentativas e observações, ou 
seja, através de métodos 
empíricos, não possuindo 
nenhum tipo de 
conhecimento científico
Qual foi a Grande mudança?
1.1 Introdução
Qual foi a Grande mudança?
1.1 Introdução
A compreensão das propriedades
dos materiais e a consequente 
capacidade de desenvolver e 
preparar novos materiais para 
aplicações particulares
Ciência e 
Engenharia de 
Materiais
A compreensão das propriedades dos materiais e a consequente 
capacidade de desenvolver e preparar novos materiais para 
aplicações particulares
Qual foi a Grande mudança?
1.1 Introdução
inter-relação entre ESTRUTURA e PROPRIEDADES
ESTRUTURA PROPRIEDADES
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
A compreensão das propriedades dos materiais e a consequente
capacidade de desenvolver e preparar novos materiais para
aplicações particulares.
EVOLUÇÃO DA CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Qual foi a Grande mudança?
1.1 Introdução
ESTRUTURA
PROPRIEDADES
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
ESTRUTURA PROPRIEDADES
PROCESSO DE FABRICAÇÃO
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
EVOLUÇÃO DA CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Qual foi a Grande mudança?
1.1 Introdução
• MATERIAIS PARA ENGENHARIA
ESTRUTURA NOS MATERIAIS
• ESTRUTURA ATÔMICA
• ESTRUTURA CRISTALINA
• MICROESTRUTURA
• MACROESTRUTURA
Qual foi a Grande mudança?
1.1 Introdução
• MATERIAIS PARA ENGENHARIA
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
• MECÂNICAS 
• FÍSICAS
• QUÍMICAS
Qual foi a Grande mudança?
1.1 Introdução
Com que se ocupa a Ciência dos Materiais e qual
sua importância na engenharia moderna?
A ciência dos materiais é o ramo da ciência direcionada 
para o estudo dos materiais, relacionando a estrutura de 
um determinado material com as suas propriedades. 
Novos materiais estão entre as maiores realizações da 
humanidade. Esses têm sido fundamentais para o 
crescimento, a prosperidade, a segurança e a qualidade de 
vida dos seres humanos desde o começo da história. São os 
novos materiais que abrem as portas para novas 
tecnologias e a descoberta/produção destes seria 
impossível sem a ciência dos materiais
Qual foi a Grande mudança?
1.1 Introdução
MATÉRIA-PRIMA
BÁSICA
metal, papel, cimento, 
fibras, produtos químicos
SUCATA
ou
RESÍDUOS
MATÉRIA-PRIMA
BRUTA
carvão, minérios, madeira,
petróleo, rochas,planta,
argilas
MATÉRIA-PRIMA
INDUSTRIAL
cristais, ligas, tecidos,
chapas, cerâmicos, plásticos
BENS DE
CONSUMO
carros, pontes, relógios,
equipamentos, máquinas, prédios
Transformação
ou
Processamento
Uso
ou
Serviço
ou
Desempenho
Fabricação
Montagem
Descarte
Extração
ou
Refino
ou
Processamento
Prospecção
ou
Mineração
ou
Colheita
Reciclagem
Ciência e
Engenharia
do
Meio Ambiente
Ciência e
Engenharia:Materiais
aplicados na
Engenharia
ou
TERRA: fonte e depósito de todos os materiais
1.1 Introdução
Ciclo Global dos Materiais
Aplicações pela indústria
METÁLICOS, CERÂMICOS, POLÍMEROS E COMPÓSITOS
Pelo grau de desenvolvimento tecnológico
NATURAIS, EMPÍRICOS, DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO 
E PROJETADOS
Morfologia estrutural
MONOESTRUTURADOS, RECOBRIMENTOS, GRADIENTE 
E ALEATÓRIO
1.2 Tipos de Materiais
Classificação dos Materiais:
Aplicações pela indústria
POLÍMEROS
COMPÓSITOS
PEAD
PEBD
PVC
PET
ABS
HIPS
PA6
SBS
PP
PMMA
PRFV
Aço C
PP+CaCO3
AL2O3
INOX
COBRE / LIGAS
AL/LIGAS
FFBAIXA LIGA
AÇO FERRAMENTA
Mg/LIGAS
WC
SiC/Al2O3
TiC
CaO
CaCO3
ZrO2
MgO
EPOXY
B
VIDRO
DIAMANTE
PU
EVA
1.2 Tipos de Materiais
Aplicações pela indústria
Metais
Polímeros
Cerâmicos
Espessura de parede: 0,30 mm
%peso embalagem/conteúdo: 2,90
Densidade (g/cm3): 1,35
Espessura de parede: 8,0 mm
%peso embalagem/conteúdo: 46,80
Densidade (g/cm3): 2,60
Espessura de parede: 0,15 mm
%peso embalagem/conteúdo: 3,85
Densidade (g/cm3): 2,70
1.2 Tipos de Materiais
Aplicações pela indústria - Metais
1.2 Tipos de Materiais
Definição de Materiais Metálicos?
“Substância química, boa condutora de 
calor e eletricidade e quando polida, 
boa refletora de luz”
Metals Handbook, 1992
Aplicações pela indústria - Metais
1.2 Tipos de Materiais
1.2 Tipos de Materiais
Aplicações pela indústria - Metais
Depósito Naturais na crosta terrestre
Processos Metalúrgicos: Mecânicos e Químicos
Mineração: a céu aberto ou subterrânea
Minérios
Concentrado
Metal
1.2 Tipos de Materiais
Origem dos Materiais Metálicos
Aplicações pela indústria - Metais
Extração do Minério de cobre - Chuquicamata
(Chile)
1.2 Tipos de Materiais
Origem dos Materiais Metálicos
Aplicações pela indústria - Metais
Extração do Minério de ferro
(Amazonia)
1.2 Tipos de Materiais
Origem dos Materiais Metálicos
Aplicações pela indústria - Metais
1.2 Tipos de Materiais
Origem dos Materiais Metálicos
Aplicações pela indústria - Metais
Metalurgia Primário - Fe
1.2 Tipos de Materiais
Origem dos Materiais Metálicos
Aplicações pela indústria - Metais
Processos Metalúrgicos: Mecânicos e Químicos
Preparação
Sucata
Concentrado
Metal
1.2 Tipos de Materiais
Origem dos Materiais Metálicos
Aplicações pela indústria - Metais
•Economia de 95% da energia usada na
obtenção do alumínio.
•Economia de etapas: evita a extração,
refino e redução.
•Economia de tempo: uma lata
reciclada volta ao mercado em ~30 dias.
•Economia de recursos naturais
(bauxita): para se produzir 1 ton de
alumínio são necessárias 5 ton de
bauxita - mineral extraído do solo - o
que pode ser evitado com a reciclagem.
Metalurgia Secundária - Al
Origem dos Materiais Metálicos
1.2 Tipos de Materiais
Aplicações pela indústria - Metais
Metalurgia Secundária - Fe
1.2 Tipos de Materiais
Origem dos Materiais Metálicos
Aplicações pela indústria - Metais
1.2 Tipos de Materiais
Classificação dos 
Materiais Metálicos
Aplicações pela indústria - Metais
Aplicações pela indústria - Cerâmicos
1.2 Tipos de Materiais
•O termo “cerâmica” vem da palavra grega “keramikos”, que significa
“matéria queimada”.
•Baseadas em elementos metálicos e não-metálicos, ligados através de
ligações totalmente iônicas ou parcialmente iônicas (caráter covalente).
ELEMENTOS C, N, O, P e S
Materiais cerâmicos são não-metálicos e inorgânicos → Óxidos, sulfeto, nitretos, 
carbetos...
CERÂMICAS SÃO 
FORMADAS PELA 
COMBINAÇÃO DE METAIS
Definição de Materiais Cerâmicos?
Aplicações pela indústria - Cerâmicos
1.2 Tipos de Materiais
Tradicional Avançada
1.2 Tipos de Materiais
Origem dos Materiais Cerâmicos
Aplicações pela indústria - Cerâmicos
Materiais 
Cerâmicos
Vidros 
Produtos
Argilosos 
Refratários Abrasivos
Vidros
Produtos
argilosos 
Estruturais
Vitro
Cerâmica
Louças
Brancas 
Argila 
Refratária
EspecialBásicaSílica
cimentos
Cerâmicas 
Avançadas
Classificação dos materiais cerâmicos com base na Aplicação
1.2 Tipos de Materiais
Aplicações pela indústria - Cerâmicos
Cerâmica Matérias-
primas
Estrutura Proprie-
dades
Processa-
mento
Aplicações
Tradicional
(silicatos)
naturais,
minerais
industriais
(<98%
pureza)
não-uniforme,
porosa
mecânica,
estética
olaria,
colagem,
prensagem,
extrusão,
queima
construção,
produtos
domésticos
Avançada
(alto de-
sempenho,
alta tecno-
logia)
produtos
químicos
industriais
(>98%
pureza)
homogênea,
menos porosa
elétrica,
magnética,
nuclear, ótica,
mecânica,
térmica,
química,
biológica
prensagem
isostática,
moldagem
por injeção,
sinterização,
ligação por
reação
eletrônica,
estrutural,
química,
refratários
1.2 Tipos de Materiais
Aplicações pela indústria - Cerâmicos
Aplicações pela indústria - Polímeros
1.2 Tipos de Materiais
• Os polímeros são macromoléculas constituídas por grande
número de moléculas pequenas que se repetem na sua
estrutura e que são denominadas de meros.
• O Monômero é uma molécula constituída por um único mero.
• As reações pelas quais elas se combinam são chamadas de
polimerizações.
• Obs: o polímero é o primeiro material de engenharia sintético.
Definição de Materiais Poliméricos?
Aplicações pela indústria - Polímeros
1.2 Tipos de Materiais
1.2 Tipos de Materiais
Aplicações pela indústria - Polímeros
• Naturais: sintetizados pela “própria Natureza”.
- Ex.: carboidratos, lipídios, proteínas,....
• Sintéticos: sintetizados pelo homem.
- A principal matéria-prima dos materiais poliméricos é o petróleo.
1.2 Tipos de Materiais
Origem dos Materiais Poliméricos
Aplicações pela indústria - Polímeros
• O petróleo é formado por uma
complexa mistura de compostos.
• Pelo fato de estes compostos
possuírem diferentes temperaturas
de ebulição, é possível separá-los
através de um processo conhecido
como destilação ou craqueamento.
• A fração nafta é fornecida para as
centrais petroquímicas, onde passa
por uma série de processos, dando
origem aos principais monômeros
(Ex.: Eteno, Propeno,..).
1.2 Tipos de Materiais
Origem dos Materiais Poliméricos
Aplicações pela indústria - Polímeros
• Polímeros Verdes ou Polímeros
Sustentáveis
– Possui as mesmas características que
os polímeros sintéticos;
– Sintetizado a partir de matéria prima
renovável, como milho, cana-de-
açúcar, celulose;
– Durante o ciclo de produção do
polímeros verdes, o sequestro de
carbono da atmosfera ocorre na
absorção de CO2 na etapa de plantio
da cana-de-açúcar, por exemplo.
– É um material reciclável e não
biodegradável.
1.2 Tipos de Materiais
Origem dos Materiais Poliméricos
Aplicações pela indústria - Polímeros
Obs: Fibras
1.2 Tipos de Materiais
Classificação do materiais poliméricos
Aplicações pela indústria - Polímeros
Aplicações pela indústria - Compósitos
1.2 Tipos de Materiais
Critérios a serem atendidos:
1. Consiste em dois ou mais materiais, intrinsecamente insolúveis
(mantém sua identidade no material final), com formas e/ou
constituições e/ou propriedades diferentes,
2. As propriedades do compósito precisam ser notadamente
distinta daquelas dos constituintes,
• Exclui-se assim a aditivação convencional, com lubrificantes etc.
3. Os constituintes têm que estar presentes em proporções
razoáveis (<5%),
4. Os diferentes materiais (fases) estão separados por uma
interface de escala macroscópica.
1.2 Tipos de Materiais
Definição de Materiais Compósitos?
Aplicações pela indústria - Compósitos
Classificação dos compósitos Callister (2006)
Estrutural
Painéis 
sanduiche 
Obs: Compósitos Naturais.
1.2 Tipos de Materiais
Aplicações pela indústria - Compósitos
Naturais Empiricamente 
desenvolvidos
Desenvolvimento 
científico
Materiais 
projetados
Utilizados como 
se encontram na 
natureza
a ciência no 
desenvolvimento 
dos materiais
Adquirido por 
percepções
fabricados com grau 
de conhecimento 
elevado
Pelo grau de desenvolvimento tecnológico
1.2 Tipos de Materiais
Lâmpada de sódio (1000oC) com tubo de alumina (Al2O3).Exemplo de Materiais projetados:
Lâmpada de vapor de sódio: o gás em alta 
temperatura é guardado dentro de um cilindro 
translúcido de alumina.
Pelo grau de desenvolvimento tecnológico
Lâmpada incandescente: filamento 
de tungstênio
•Lâmpada de Sódio 100 lúmens/W 
•Lâmpada convencional 15 lúmens/W
1.2 Tipos de Materiais
Alumina convencional (opaca) Alumina translúcida
porosidade: 3% porosidade: 0,3% 
A presença de poros causa espalhamento de 
luz, e o material se torna opaco
POROS
A eliminação dos poros e a microestrutura do material com 
tamanho de grão menor gera um material translúcido
Pelo grau de desenvolvimento tecnológico
Lâmpada de sódio (1000oC) com tubo de alumina.
Exemplo de Materiais projetados:
1.2 Tipos de Materiais
1992: Primeira ponte estrutural de compósitos ( L= 10 m). Suspensa por fibras
de Kevlar de 2 torres de 17,5 m.
Exemplo de Materiais projetados:
Pelo grau de desenvolvimento tecnológico
1.2 Tipos de Materiais
Monoestruturados Recobrimentos Gradiente material Composição aleatória 
de diferentes 
materiais
único 
conjunto de 
propriedades
propriedades da 
superfície diferente
das do corpo
multicamadas 
com gradiente
de propriedades
reforço por 
segunda fase
Morfologia estrutural
1.2 Tipos de Materiais
• MATERIAIS PARA ENGENHARIA
ESTRUTURA NOS MATERIAIS
• ESTRUTURA ATÔMICA
• ESTRUTURA CRISTALINA
• MICROESTRUTURA
• MACROESTRUTURA
PROPRIEDADES
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
Características 
peculiares 
Estudo da estrutura do 
material!
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
1. ESTRUTURA ATÔMICA
Ordem de grandeza da estrutura atômica  10-15 a 10-10 m
A estrutura 
eletrônica dos 
átomos 
determina a 
natureza das 
ligações atômicas 
e define algumas 
propriedades dos 
materiais
Propriedades:
físicas, ópticas, 
elétricas e 
térmicas
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
Ex.:
•Resistência Mecânica
•Temperatura de fusão
•Módulo de elasticidades
•Propriedades térmicas
•Propriedades elétricas
1. ESTRUTURA ATÔMICA
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
2. ESTRUTURA CRISTALINA
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
Rede cristalina
2. ESTRUTURA CRISTALINA
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
• As propriedades de alguns materiais estão
diretamente associadas à sua estrutura cristalina.
• Ex: magnésio e berílio que têm a mesma estrutura
(HC) se deformam muito menos que ouro e prata
(CFC) que têm outra estrutura cristalina.
• Explica a diferença significativa nas propriedades
de materiais cristalinos e não cristalinos de
mesma composição. Ex: Materiais transparentes,
translúcidos opacos e não-cristalinos.
• As propriedades dos materiais sólidos
cristalinos depende da estrutura cristalina,
ou seja, da maneira na qual os átomos,
moléculas ou íons estão espacialmente
dispostos.
2. ESTRUTURA CRISTALINA
A diferença no comportamento 
mecânico de um material sólido é 
definida no arranjo atômico, e 
consequentemente na sua estrutura 
cristalina.
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
3. MICROESTRUTURA
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
A MICROESTRUTURA compreende o estudo das fases* presentes em um material.
Essas são avaliadas quanto a sua natureza, composição, quantidade, tamanho,
forma, distribuição e orientação. A conjugação destes fatores complementa a
definição de propriedades iniciadas pela ESTRUTURA ATÔMICA e ESTRUTURA
CRISTALINA do material.
Q
M
P
P
P
TrincasFase vítrea
F
Exemplo de microestrutura -
porcelana branca
M – mulita (Al2O3.SiO2)
Q – quartzo (SiO2)
P – poros
F – fase vítrea (Na2O.SiO2.Al2O3)
3. MICROESTRUTURA * Fase = porção homogênea 
de um sistema que possui 
características físicas e 
químicas uniforme
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
• Microestrutura pode ser alterada para se fazer uso de
propriedades mais adequadas em determinadas aplicações
• Como?
ESTRUTURA PROPRIEDADES
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
– Deformação plástica (Ex. Trabalhar a frio o material metálico);
– Recristalização (Ex. Tratamentos Térmicos);
– Adição de novas fases (Ex. Envelhecimento de metais);
– Manipular as fases, ou seja, as quantidades, as proporções, o tamanho
e a distribuição dessas (Ex: Formulação de uma cerâmica).
3. MICROESTRUTURA
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
3. MICROESTRUTURA
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
Microestrutura de bainita superior 
Microestrutura de bainita
inferior
Estrutura globular
Martensita
3. MICROESTRUTURA
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
– DIVISÃO DA ESTRUTURA NOS MATERIAIS
4. MACROESTRUTURA
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
• As propriedades dos materiais são que definem a capacidade e
estrutura de um determinado componente, bem como o
processo de fabricação do mesmo.
Propriedades dos Materiais
Aerogel
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
• MATERIAIS PARA ENGENHARIA
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
• MECÂNICAS 
• FÍSICAS
• QUÍMICAS
ESTRUTURA
Propriedades dos Materiais
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
– Mecânicas
• resistência à tração, compressão, flexão
• resistência ao escoamento, à fluência, à fadiga
• ductilidade
• módulo de elasticidade
• resistência ao desgaste
– Físicas
• propriedades elétricas
• magnéticas
• térmicas
• ópticas
• densidade
– Químicas
• resistência à corrosão
Propriedades dos Materiais
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
•Propriedades/Características:
•Materiais metálicos são geralmente
uma combinação de elementos
metálicos;
•Os elétrons não estão ligados a
nenhum átomo em particular e por
isso são bons condutores de calor e
eletricidade;
•Não são transparentes à luz visível;
•Têm aparência lustrosa quando
polidos;
•Geralmente são resistentes e
deformáveis.
Propriedades dos Materiais Metálicos
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
•Propriedades/Características:
•São geralmente isolantes de
calor e eletricidade;
•São mais resistentes a altas
temperaturas e à ambientes
severos que metais e polímeros;
•São materiais de alta dureza,
porém frágeis;
•As ligações predominantes são
covalente e iônica;
• Em geral são leves.
Propriedades dos Materiais Cerâmicos
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
•Propriedades/Características:
•Materiais poliméricos são
geralmente compostos orgânicos
baseados em carbono, hidrogênio e
outros elementos não-metálicos;
•Constituídos macro-moléculas;
•Tipicamente, esses materiais
apresentam baixa densidade e podem
ser extremamente flexíveis;
•Não apresentam um ponto e fusão
bem definido→ Tg;
•Materiais poliméricos incluem
“plásticos” e borrachas.
Propriedades dos Materiais Poliméricos
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
•Propriedades/Características:
•Materiais compósitos são
constituídos de mais de um tipo de
material insolúveis entre si ou um
material com estrutura diferente;
•Os compósitos são projetados para a
obtenção de propriedades as quais
não estão presentes em um material
monofásico;
•Um exemplo clássico é o compósito
de matriz polimérica com fibra de
vidro (ou carbono). O material
compósito apresenta a resistência da
fibra de vidro associado a flexibilidade
do polímero.
Propriedades dos Materiais Compósitos
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
DE SUPERFÍCIE
DE CORPO
reatividade com o meio, 
resistência à corrosão e ao 
desgaste, biocompatibilidade, 
efeito decorativo
comportamento mecânico, 
propriedades elétricas e 
magnéticas, condutividade 
térmica 
Propriedades de Superfície e de Corpo
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
- Propriedades de Superfície:
reatividade com o meio, resistência à
corrosão e ao desgaste,
biocompatibilidade, efeito decorativo,...
Propriedades de Superfície e de Corpo
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
- Propriedades de Corpo:
comportamento mecânico,propriedades elétricas e
magnéticas, condutividade térmica, ...
1-3 Relação: Estrutura-Processamento-
Propriedades
Propriedades de Superfície e de Corpo
METAIS APLICAÇÕES PROPRIEDADES
Cobre Cabos elétricos
Alta condutividade elétrica, boa 
conformabilidade
Fe Fofo cinzento Blocos de motores de combustão
Boa moldagem por fundição, absorção 
de vibrações, usinabilidade
Aços Forjados
Boa susceptibilidade a tratamentos 
térmicos
CERÂMICOS APLICAÇÕES PROPRIEDADES
SiO2 – Na2O –
CaO
Vidro de Janela
Boas propriedades óticas e isolamento 
térmico
Al2O3, MgO, SiO2 Refratários
Isolamento térmico, alto ponto de 
fusão, relativamente inerte ao metal 
fundido
Titanato de bário Transdutor para toca-discos
Comportamento piezoelétrico (converte 
som e eletricidade)
Exemplos representativos: aplicações e propriedades de cada categoria.
Exemplos de Propriedades dos Materiais
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
COMPÓSITOS APLICAÇÕES PROPRIEDADES
Fibra de Carbono-epóxi
Componentes para a indústria 
aeronáutica
Elevada relação resistência 
mecânica/peso
Carbeto de W-Co
Ferramentas de corte para 
usinagem
Elevada dureza e boa resistência ao 
impacto
Aços recobertos com Ti Vasos de reatores
Baixo custo, alta resistência 
mecânica do aço com boa 
resistência à corrosão do titânio
POLÍMEROS APLICAÇÕES PROPRIEDADES
Polietileno Embalagem para alimentos
Facilmente moldável em filmes 
finos, flexíveis e impermeáveis
Epóxi
Encapsulamento para circuitos 
integrados
Bom isolamento elétrico e 
resistência à umidade
Fenólicos
Adesivos para madeiras 
condensadas
Resistência mecânica e à umidade
Exemplos representativos: aplicações e propriedades de cada categoria.
Exemplos de Propriedades dos Materiais
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
• FUNDIÇÃO
• LAMINAÇÃO
• EXTRUSÃO
• METALURGIA DO PÓ
• PRENSAGEM
• COLAGEM
• OUTROS ...
Processos de Fabricação
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
• Os materiais precisam adquirir forma e dimensões para ser
utilizáveis na Indústria;
• São definidos em função das propriedades dos materiais
iniciais e das propriedades necessárias para fazer frente às
condições de serviço da peça ou componente.
Processos de Fabricação
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
METAIS
•Fundição: areia, vazamento, molde
permanente, cera perdida, lingotamento
contínuo
•Conformação: forjamento, extrusão,
estampagem profunda, dobramento,
laminação, trefilação
•Junção: soldagem a gás, por resistência
elétrica, brasagem, a arco,...
•Usinagem: torneamento, perfuração, fresa,
corte,...
•Metalurgia do pó
CERÂMICOS
•Fundição ou colagem
•Compactação: extrusão, prensagem e
prensagem isostática
•Sinterização
POLÍMEROS
•Moldagem por injeção
•Conformação: a vácuo, por
repuxamento, por extrusão
COMPÓSITOS
•Fundição, incluindo infiltração
•Conformação
•Junção: junção adesiva, ligadura por
explosão, por difusão
•Compactação e sinterização
Processos de Fabricação
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
• Os procedimentos de processamento/fabricação podem interferir nas
propriedades finais dos materiais.
• Exemplos:
– Materiais fundidos possuem propriedades mecânicas inferiores aos forjados e
estampados (conformados).
– Processo de usinagem pode produzir uma superfície irregular, constituída por uma
séria de microtrincas.
– A soldagem geralmente produz uma zona termicamente afetada, que comprometa
as propriedades da peça.
– A taxa de resfriamento de um determinado processo de produção de peças
poliméricas pode alterar a microestrutura do material, causar contrações/
distorções.
– Uma peça cerâmica compactada pode ter suas propriedades comprometidas
devido a variação de pressão durante a prensagem.
Processos de Fabricação
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
DIFERENTES PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 
DIFERENTES MICROESTRUTURAS
Processos de Fabricação
1-3 Relação: Estrutura-
Processamento-Propriedades
• MATERIAIS PARA ENGENHARIA
– ESTRUTURA
– PROPRIEDADES
– PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
– DESEMPENHO
1-4 Efeitos do Meio Sob o 
Comportamento do Material
Como os materiais se comportam nas 
condições de serviço
• Os materiais têm seu comportamento influenciado pelo meio
em que se encontram:
- INTEMPÉRIES (TEMPERATURA, ATMOSFERA,...)
- CORROSÃO
- RADIAÇÃO
- DESGASTE
1-4 Efeitos do Meio Sob o 
Comportamento do Material
• Efeito da Temperatura na resistência dos Materiais:
✓ Tendência:  T  RM
✓ Troca rápida de temperatura - catastrófica
Aumento de temperatura 
diminui a resistência 
mecânica dos materiais
1-4 Efeitos do Meio Sob o 
Comportamento do Material
• Corrosão
✓Metais e polímeros: reagem com O2 e outros gases → podem 
levar a degradação do material.
✓Cerâmicos: podem ser atacados por outros líquidos cerâmicos.
Alumínio 
atacado por 
bactéria
Hidrogênio dissolvido no 
cobre
fratura frágil
1-4 Efeitos do Meio Sob o 
Comportamento do Material
• Radiação
Ex.: nêutrons de reatores nucleares que podem afetar a
estrutura interna dos materiais, diminuir a resistência
mecânica e fragilizar o material, devido a formação de
fissuras.
• Desgaste
– Abrasão, erosão, cavitação,....
Ex.: pisos cerâmicos desgastados com o tráfego de pessoas.
1-4 Efeitos do Meio Sob o 
Comportamento do Material
Lista de Exercícios
1 - Com que se ocupa a Ciência dos Materiais e qual sua importância na engenharia
moderna?
2 - Diferencie conhecimento fenomenológico e enciclopédico.
3 - Classifique os materiais segundo os seguintes critérios: a) aplicação na indústria; b)
grau de desenvolvimento tecnológico e c) morfologia.
4 – Defina materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos e compósitos. Qual é a origem
desses?
5 - Cite dois produtos que podem ser classificados como: a) monoestruturado; b)
recobrimento; c) gradiente e d) composição aleatória.
6 -Como se inter-relacionam estrutura, propriedades, processamento e desempenho em
serviço de um material?
7 - Como se divide e qual o critério no estudo da estrutura de um material?
8 - Em que estaria baseada a mudança de propriedades de um mesmo material fabricados
por diferentes processos?
9 - Diferencie propriedades de corpo e de superfície.
10 - Do que depende a escolha de um determinado processo de fabricação?
Lista de Exercícios
11 - Diferencie com suas palavras os tipos de materiais (metais,
cerâmicos, polímeros e compósitos) quanto às suas propriedades
(físicas, químicas e mecânicas) típicas.
12 - Dê dois exemplos que evidenciam a relação entre estrutura e
propriedades dos materiais.
13 13- Por que utiliza-se uma alumina translúcida como invólucro
de uma lâmpada de sódio?
14- A partir de um material de sua escolha, dê duas aplicações para
o mesmo e descreva as propriedades de interesse em cada
aplicação.
15- Como podem se degradar as propriedades dos materiais em
serviço? Cite 3 exemplos práticos.