seleçao de materiais ampliado

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Things Natural
The Scale of Things
Things Man Made
adaptado de www.sc.doe.gov/production/bes
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EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS
10,000 AC
Pedra e Madeira
0
Cimento
Aço
1800
Ferro
1000 AC
1900’s
Polímeros
&
Compósitos
2000
Nanomateriais &
Nano-compósitos
Wolfgang Herrmann, U. Munich
Chem. Eng. Technol. 21(7), 549 (1998) 
Gloria de Almeida Soares
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Tamanhos
Angstrom = 1Å = 10 -10 m
Nanometro = 1 nm = 10 -9 m
Micrometro = 1µm = 10 -6 m
Milimetro = 1mm = 10 -3 m
distâncias entre átomos ~ poucos Å
espessura de cabelo ~ 50 µm
gravação em CD:
~ 0.5 µm larg., min 0.83 µm comp., and 125 nm altura
Gloria de Almeida Soares
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A PARTIR DO ESTUDO DA CORRELAÇÃO PROPRIEDADES - MICROESTRUTURA, INICIADO HÁ CERCA DE 60 ANOS, É POSSÍVEL SE DISPOR HOJE DE UMA GAMA ENORME DE MATERIAIS, INCLUINDO AÍ, OS DITOS 
“NOVOS MATERIAIS”
CIÊNCIA DOS MATERIAIS: investiga a correlação propriedades x estrutura x processamento.
ENGENHARIA DOS MATERIAIS: com base na ciência dos materiais projeta (design) os materiais adequados a uma dada aplicação. Para isso deve-se determinar quais as propriedades relevantes para cada caso e levar também em conta o fator custo.
Gloria de Almeida Soares
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TRIPÉ: ESTRUTURA - PROPRIEDADES - PROCESSAMENTO
Gloria de Almeida Soares
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Processo de Fabricação  Microestrutura  Comportamento em serviço
 (propriedades)
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 Estrutura Macroscópica: visível a olho nu
 Estrutura Microscópica: arranjos de pequenos grãos identificados por microscopia ótica 
 Nível Atômico: arranjo atômico dos materiais
 Nível Subatômico: estrutura eletrônica de átomos individuais que define a interação entre átomos
Gloria de Almeida Soares
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
 METAIS
 CERÂMICOS
 POLÍMEROS
 COMPÓSITOS 
 SEMICONDUTORES
 BIOMATERIAIS
Gloria de Almeida Soares
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metais: bons condutores de calor e eletricidade; resistentes e deformáveis: extenso uso em aplicações estruturais
cerâmicos: isolantes térmicos e elétricos; resistentes a altas temperaturas e a ambientes agressivos; frágeis.
polímeros: baixa densidade; altamente deformáveis.
compósitos: projetados para apresentar uma combinação das melhores características de cada um dos componentes.
semicondutores: apresenta propriedades elétricas intermediárias entre condutores e isolantes elétricos circuitos integrados, detetores.
biomateriais: substituto de partes do corpo humano 
CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS
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Como evoluiram os materiais?
Gloria de Almeida Soares
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IMPORTÂNCIA DO AÇO COMO MEDIDA DE DESENVOLVIMENTO DE UM PAÍS
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Brasil 2002
População 174.632.960
Área total 8.514.215,3 km2 
PIB R$ 1.346.028 milhões
Renda per capita R$ 7.707,75
PIB per capita (Cresc. anual real) 0,6%
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SELEÇÃO DE MATERIAIS
Gloria de Almeida Soares
VEJA, jan 2004.
Automóvel: 300 modelos de 16 fabricantes em 50 cores e 4 tipos de combustíveis Indústria da escolha (Jack Trout)
Aço ou Al ??
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PRODUCT DESIGN
The tutorial aims to introduce the following key ideas:
 
What is product analysis?
 
How do we choose between different materials?
 
How are material selection charts used? ÁBACOS
 
How is a processing route chosen?
 Can the likely costs of competing processing routes be compared?
http://www-materials.eng.cam.ac.uk/mpsite/
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The role of the Materials Engineer is choosing and designing processes is therefore, highly constrained by the availability of processing methods. A reasonable order in which to consider the constraints is as follows: 
1) Existence of a market for the product (who wants to buy it?).
2) Existence of physically possible processes (allowed by thermodynamics?).
3) Availability of the input materials (adequate volume, reasonable cost?).
4) Ability to contain extreme conditions of process (e.g. pH, temperature)
5) Capability of making product within customer specification (quality control)?
6) Can the process be made environmentally acceptable and safe for the workers?
7) Will the operation earn a sufficient rate-of-return on investment? 
http://neon.mems.cmu.edu/rollett/27-322_intro_mtls_proc.html
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METODOLOGIA ITERATIVA
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Como escolher o material adequado a uma dada aplicação?
 
Propriedades dos materiais (bulk) – quais as relevantes para uma dada aplicação?
 
Dureza é uma medida de quanta força é requerida para deformar o material. Um material duro tem grande resistência à deformação, abrasão e ao desgaste. O aço é um exemplo importante de um material que seja duro. 
Tenacidade ou, seu inverso, fragilidade representam o quanto o material resiste à fratura quando uma força é aplicada a ele. 
Um material resistente deve ser duro e tenaz, e um material fraco ou frágil é macio e frágil. 
Densidade também é importante para várias aplicações como as da indústria aeronáutica e aeroespacial.
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Exemplo:
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EFEITO DA TEMPERATURA
Gloria de Almeida Soares
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Exemplo 2
Objetivo aumentar o momento de inércia para ter maior precisão na tacada
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ÁBACOS
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