Mat 2 Aulas 1_Apresentação disciplina

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Materiais de Construção Mecânica
Professor: Osvaldo Kojiro Iha
e-mail: okilha@udf.edu.br
Engenharia Mecânica – UDF . 
Aulas: Turma de Quarta
	Mês	Aulas
	Agosto	12-19-26
	Setembro	2-9-16-23-30
	Outubro	7-14-21-28
	Novembro	4-11-18-25
	Dezembro	(1 e 2) 9-(13 a 18)
	Total	19
Avaliações:
Avaliação 1 (A1) PRERSE – 5,0 Pontos;
Avaliação 2 (A2) – 5,0 Pontos;
Nota Final (NF) = AI + AII 
NF = Aprovado
Avaliações:
Avaliação A1 – PRERSE 01 e 02 de Dezembro
Avaliação A2 – vai ser dividida em duas avaliações AI e AII com valor de 5,0 pontos cada
Nota A2 = AI + AII
Avaliação I (AI) Seminário – 2,5 Pontos () ;
Avaliação II (AII) – 2,5 Pontos () ;
Avaliações:
Teremos apresentação de grupo - Seminário
Vai valer como avaliação, isto é, vai valer até 2 pontos sendo que os outros 3 pontos será da avaliação
Trabalho tem que ter: Capa, introdução, objetivo, resumo, revisão bibliográfica, resultados, discussão, conclusão e bibliográfica
Pesquise em livros, dissertações, teses e artigos
Avaliações:
Temas gerais
Microestruturas e poros
Ligas metálicas: aço, alumínio, cobre, polímeros, compósitos
Propriedades dos metais
Resistencias dos materiais e diferenças
Cerâmicos e vidros 
Obs: Aplicação dos materiais e suas propriedades na engenharia  Mostrar a aplicação dos materiais, analises e normas, processos de fabricação.
Referencia bibliográfica
Callister Jr, W. D.; CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS Uma introdução, Editora LTC 9ª Ed., São Paulo
Van Vlack, L. H.; Princípios de ciência dos materiais, Editora Edgard Blucher, 2000
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Introdução
Cabe ao engenheiro estudar a estrutura, as propriedades, as aplicações, o processamento e o desempenho de materiais novos ou já existentes.
Compete ao engenheiro atuar na fase de projeto, de modo a escolher os materiais mais indicados para as aplicações desejadas
Qual a importância de saber o
Material que utilizaremos em um projeto de engenharia? 
Aplicação do material no projeto quanto a sua resistência e interação com o meio. 
Primeira coisa que precisamos realizar é saber perguntar sobre o projeto. Então, inicialmente é necessário decidir a condição do serviço para ditar a decisão do material que será utilizado.
Assim o serviço pode exigir o uso de mais de um material para alcançar o objetivo traçado. 
Analise da resistência do material, da sua ductilidade, deterioração e por fim o fator econômico para executar o projeto 
Zarbin, A. J. G.; Oliveira, M. M.; NANO ESTRUTURAS DE CARBONO (NANOTUBOS, GRAFENO): QUO VADIS?, Quim. Nova, 2013,36(10), 1533-1539
Seleção de materiais requer uma sistematização de informações 
Modificação de projeto
Novo projeto
O que se Tem?
O que se Precisa?
Materiais na Engenharia
 Materiais são substâncias com propriedades que as tornam úteis na construção de máquinas, estruturas, dispositivos e produtos. 
Os Materiais aos quais submetemos a processos de seleção se subdividem a cinco classes reconhecidas como: 
Materiais Metálicos; 
Materiais Cerâmicos; 
Materiais Poliméricos; 
Materiais Compósitos, 
Semicondutores e 
Biomateriais
A classificação tradicional dos materiais é geralmente baseada na estrutura atômica e química destes
Metais 
Cerâmicos 
Polímeros 
Compósitos
Semicondutores
Biomateriais 
Ligação química e estrutura atômica 
Aplicação
Metais
Materiais Metálicos 
• Ferrosos: tem o ferro como principal constituinte. É de ampla utilização por ser abundante, por utilizar técnicas relativamente econômicas para obtenção e por serem extremamente versáteis. 
• Não Ferrosos: estas oferecem uma variedade enorme de propriedades mecânicas e físicas. Servem de elementos de liga para os materiais ferrosos.
Ligas ferrosas: 
Aços com baixo, médio e alto teor de carbono 
Aços inoxidáveis (liga de cromo) 
Aço liga 
Ferros fundidos: 
Ferros cinzento, nodular e branco 
Ligas não ferrosas:
Cobre e suas ligas 
Alumínio e suas ligas 
entre outros 
Cerâmicas 
Materiais Cerâmicos
 
Caracterizados pela combinação entre elementos metálicos e não-metálicos. Destacam-se os óxidos, nitretos e carbonetos. 
A esse grupo de materiais também pertencem os argilo-minerais, o cimento e o vidro. 
Possuem normalmente baixa condutividade térmica e elétrica, consequentemente, são muito utilizados como isolantes. 
Esses materiais são geralmente duros, mas frágeis (quebradiços). Possuem excelente resistência a altas temperaturas.
Materiais Cerâmicos:
 
Vidros 
Produtos a base de argila 
Refratários 
cimentos 
Materiais Cerâmicos 
• Cerâmica Avançada: proporcionam alta resistência mecânica, baixo peso e alta resistência à corrosão para aplicação em condições extremas de temperatura e ambientes corrosivos. 
• Cerâmica Comum: isolantes à passagem de eletricidade e de calor, e são mais resistentes a altas temperaturas e ambientes rudes do que metais e polímeros 
• Vidros: Os vidros são um grupo de cerâmicos familiares. São silicatos não cristalinos contendo outros óxidos.
Polímeros 
Materiais Poliméricos 
• Os polímeros são constituídos de macromoléculas orgânicas sintéticas ou naturais. 
• Os polímeros tem baixa condutividade térmica e elétrica. Tem baixa resistência mecânica comparado a outros materiais utilizados em Engenharia.
Materiais poliméricos:
 
Quanto ao tipo de estrutura química 
Quanto às características de fusibilidade 
Quanto ao comportamento Mecânico 
Quanto à escala de fabricação 
Quanto ao tipo de aplicação 
Materiais Poliméricos 
• Polímeros termoplásticos: podem ser repetidamente conformados mecanicamente desde que reaquecidos. (polietileno-PE, cloreto de polivilina-PVC, polipropileno-PP e poliestireno-PS) 
• Polímeros termofixos: são conformáveis plasticamente apenas em um estágio intermediário de sua fabricação. O produto final é duro e não amolece mais com o aumento da temperatura. (baquelite, epóxi, poliésteres, poliuretanos) 
• Elastômeros: capazes de recuperar-se, rápida e forçadamente, de uma grande deformação (borracha natural, neopreno, borracha de butila, borracha de nitrila, borracha de estireno)
Classificação dos Materiais 
	TIPO DE MATERIAL 	CARACTERÍSTICAS 	CONSTITUINTES TÍPICOS
	METÁLICOS 	
	Dúctil, Resistência Mecânica Elevada, Condutor Elétrico e Térmico, Dureza Elevada, Opaco 	
	Átomos Metálicos e Não-Metálicos 	
	CERÂMICOS 	
	Frágil, Isolante Térmico e Elétrico, Alta Estabilidade Térmica, Dureza Elevada 
Transparentes em Alguns Casos 	
	Óxidos, Silicatos, Nitretos, Aluminatos, 
etc. 	
	POLIMÉRICOS 
(Plásticos) 	
	Dúctil, Baixa Resistência Mecânica, Baixa Dureza, Flexível, Baixa Estabilidade Térmica, Transparentes em Alguns Casos 	
	Cadeia Molecular Orgânica 
de Comprimentos Elevados 	
Materiais Compósitos
 São materiais projetados de modo a conjugar características desejáveis de dois ou mais materiais. 
Com os materiais compósitos é possível obter produtos com diferentes propriedades. Concreto e fibra de vidro com resina de poliéster são típicos exemplos. 
Modernos meios de transporte aéreo e veículos espaciais tem se utilizados de compósitos de fibra de carbono.
Compósitos 
Compósitos Naturais 
A madeira é um compósito natural: 
Fibra de celulose flexíveis e resistentes 
Lignina , resina mais rígida que mantém as fibras unidas 
Classificação dos Compósitos
Exemplos 
Polímero com fibra de vidro, fibra de carbono, fibra natural e outros 
Cimentos armado 
Pneus de banda de aço 
Compósitos com Fibras 
Fibras tipicamente utilizadas:
 
Fibras de vidro 
Fibras de carbono 
Fibras de Boro 
Fibras poliméricas (PE, PET, Kevlar) 
Semicondutores 
Alguns exemplos:
 
Silício: um material semicondutor muito abundante, tem um interesse muito especial na indústria eletrônica e microeletrônica, como material básico para a produção de transistores para chips, células solares e em diversas variedades de circuitos eletrônicos. 
Germânio 
Fibra óptica. 
Eletrônica: Radares, amplificadores de guitarras elétricas, ligas metálicas de SiGe em circuitosintegrados de alta velocidade 
Classificação dos Materiais 
Classificação dos Materiais 
Classificação dos Materiais 
Biomateriais 
Exemplos:
 
Metais – aços inoxidáveis, principalmente os austeníticos (ortopedia – confecção de próteses articuladas e elementos estruturais) 
Da estrutura às propriedades 
Composição Química: 
Elementos químicos
Ligação química 
Definições – Propriedade
 
Tipos de propriedades: 
Mecânica; 
Elétrica; 
Térmica; 
Magnética; 
Ótica; 
Deteriorativa. 
ESTRUTURA ATÔMICA DOS MATERIAIS
Para o estudo dos diversos materiais usados na engenharia, é preciso conhecer a sua estrutura atômica, propriedades e comportamento, quando submetidos à tensões , esforços ou tratamento que modificam sua microestrutura.
Por quê o carbono, na forma de diamante, é um dos materiais mais duros conhecidos até hoje, mas na forma de grafite é muito mole e pode ser usado como lubrificante sólido?
A diferença está na maneira como os átomos estão ligados. O diamante é mais denso e duro.
Diamante
Grafite
Cientistas e engenheiros que estudam e desenvolvem materiais devem compreender sua estrutura atômica
Composição
Estrutura
Propriedades Comportamento
Nós podemos examinar e descrever a estrutura dos materiais em cinco níveis diferentes:
Macroestrutura:
Estrutura do material em nível macroscópico
Características:
– Porosidade
– Camadas superficiais
Microestrutura 
É a estrutura do material numa escala de comprimento de 10 a 1000 nm.
Características:
– Contorno de grãos
– Distribuição de grãos
Nanoestrutura
É a estrutura do material numa escala de comprimento de 1 a 100 nm.
Características:
– Agregados atômicos
Arranjos atômicos de curto e longo alcance
Constituem a forma como os átomos se agrupam para formar um material.
Características:
– Amorfos: ordenamento de átomos ou íons de curto alcance.
– Cristalinos: ordenamento de átomos ou íons de curto ou longo alcance.
Estrutura Atômica
Propriedades dos materiais sólidos:
– dependem do arranjo geométrico dos átomos;
– dependem das interações que existem entre os átomos ou moléculas que constituem o sólido.
Em materiais sólidos:
– os átomos são mantidos por ligações.
Ligações:
– propiciam resistência;
– propiciam propriedades elétricas e térmicas aos materiais.
Ligações fortes:
– Resultam altos pontos de fusão;
– Módulo de Elasticidade elevado;
– Coeficientes de dilatação térmica bem baixos.
Átomo
– Unidade básica da estrutura interna de qualquer material;
– Composição:
» Núcleo muito pequeno, contendo prótons e neutrons;
» Elétrons orbitando em torno do núcleo.
» Elétrons e prótons são carregados eletricamente, enquanto neutrons são neutros:
 Elétrons carregados negativamente;
 Prótons carregados positivamente;
 Carga elétrica: 1,6 X 10-19 C.
» Prótons e neutrons possuem aproximadamente a mesma massa:
1,67 X 10-27 kg
» Elétrons possuem massa muito menor:
 9,11 X 10-31 kg
MODELO DE ESFERAS RÍGIDAS 
 Os átomos são considerados com se fossem esferas sólidas de diâmetro fixo.
 Exemplo: modelo bi-dimensional:
Amostras de óxido de alumínio 
RETICULADO CRISTALINO 
Arranjo de pontos que representam a posição média dos átomos 
Exemplo: modelo bi-dimensional 
Amostras de óxido de alumínio 
CÉLULAS UNITÁRIAS 
São as menores entidades que se repetem em uma estrutura cristalina.
 Várias células unitárias formarão um grão e vários grãos, formarão a matéria.
7 Tipos de Células Unitárias
Célula unitária cúbica
O sistema cristalino mais comum na Natureza é o sistema CÚBICO.
Todos os lados têm comprimento iguais
Todos os ângulos são de 90º
1)Primitiva ou Cúbica Simples (cs)
2) Cúbica de Corpo Centrado (ccc)
3) Cúbica de Face
Centrada (cfc)
Esferas idênticas; cores diferentes para realçar posição no sistema cúbico
FATOR DE EMPACOTAMENTO ATÔMICO ( f.e.a )
 É a relação entre o volume ocupado pelos átomos e o volume da célula unitária.
Empilhamento Simples:
Empacotamento Quadrado
Empilhamento Denso:
Empacotamento Hexagonal Denso
Menor eficiência de ocupação de espaço
 Menor contato entre as
Esferas
Os vãos são maiores
Vão Quadrado
Vão Trigonal
Compactação Máxima
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