CIÊNCIA-DOS-MATERIAIS

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CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
 
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SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 4 
2. CONCEITOS DE MATERIAIS .............................................................................. 6 
2.1 Das Ligações Químicas ................................................................................. 6 
2.2 Do Arranjo Atômico: Cristalinos e Amorfos .................................................... 7 
2.3 Nanotecnologia .............................................................................................. 8 
2.4 Compósitos e Nanocompósitos ...................................................................... 9 
2.5 Semicondutores ........................................................................................... 10 
2.6 Biomateriais.................................................................................................. 10 
3. APRESENTAÇÃO DOS TIPOS DE MATERIAIS PARA PEÇAS TÉCNICAS ... 12 
3.1 Panorama geral do uso de materiais - referência: indústria automotiva ....... 13 
4. PROPRIEDADES ............................................................................................... 15 
4.1 Densidade .................................................................................................... 15 
4.2 Propriedades Mecânicas .............................................................................. 15 
4.2.1 Resistência à tração .............................................................................. 17 
5. DEFORMAÇÃO DOS MATERIAIS .................................................................... 19 
5.1 Deformação Elástica .................................................................................... 19 
5.2 Deformação Plástica .................................................................................... 20 
Referências .............................................................................................................. 23 
 
 
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NOSSA HISTÓRIA 
 
 
A nossa história inicia com a realização do sonho de um grupo de empresários, 
em atender à crescente demanda de alunos para cursos de Graduação e Pós-
Graduação. Com isso foi criado a nossa instituição, como entidade oferecendo 
serviços educacionais em nível superior. 
A instituição tem por objetivo formar diplomados nas diferentes áreas de 
conhecimento, aptos para a inserção em setores profissionais e para a participação 
no desenvolvimento da sociedade brasileira, e colaborar na sua formação contínua. 
Além de promover a divulgação de conhecimentos culturais, científicos e técnicos que 
constituem patrimônio da humanidade e comunicar o saber através do ensino, de 
publicação ou outras normas de comunicação. 
A nossa missão é oferecer qualidade em conhecimento e cultura de forma 
confiável e eficiente para que o aluno tenha oportunidade de construir uma base 
profissional e ética. Dessa forma, conquistando o espaço de uma das instituições 
modelo no país na oferta de cursos, primando sempre pela inovação tecnológica, 
excelência no atendimento e valor do serviço oferecido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUÇÃO 
 
Se você já olhou no fundo dos olhos de alguém e sentiu seus pelos do corpo 
arrepiarem, sabe como me sinto quando penso no papel dos materiais na nossa vida 
cotidiana. O que seria da vida da gente se não tivéssemos descoberto as técnicas de 
obtenção e moldagem do vidro, como trabalhar, melhorar e moldar metais, criar a 
partir de substâncias simples, complexas cadeias de carbono? E falando em cadeias 
de carbono, simplificando muito o termo, nós mesmos somos “plásticos” muito 
complexos, altamente biodegradáveis, com consciência e prazo de validade. 
Sem os materiais, como teríamos erguido monumentos como as pirâmides? A 
torre Eiffel? O Burj Khalifa Bin Zayid? Os aviões, os carros, os trens, os ônibus, as 
motocicletas, as bicicletas, sofás, mesas, camas, cadeiras, escovas de dentes, 
canetas... hoje seria inconcebível viver sem o advento da tecnologia, que é possível 
pelo estudo dos materiais como um todo. A mescla das três grandes categorias de 
materiais proporciona avanço tecnológico rápido e possibilita atingir e vencer limites 
outrora desconhecidos pelo homem. 
Os materiais representam um papel crucial na história e que serve, desde as 
necessidades mais básicas até as mais complexas; as básicas são aquelas que se 
apresentaram ao homem descortinando a necessidade de sobrevivência e conforto. 
A evolução humana passa pela habilidade adquirida de, inicialmente, se proteger! 
Através da Industria 4.0 e da evolução na pesquisa e desenvolvimento de 
materiais, sejam eles cerâmicos, metálicos ou poliméricos, começamos a resolver 
problemas cotidianos como a premente necessidade de eficiência energética, 
disponibilidade de água potável para todos os seres vivos, facilidade de 
processamento, maior velocidade na produção de peças e utensílios. Está entre as 
tecnologias que mais crescem neste cenário a impressão 3D, através da qual é 
possível realizar protótipos rápidos de teorias matemáticas muito complexas (algumas 
que datam até de 1800), que até então não eram possíveis de se materializar, e que 
vem tornando-se disponível comercialmente (uma marca famosa de impressoras 
domiciliares já lançou há poucos meses uma impressora pequena e que produz peças 
coloridas de aproximadamente 40 cm em 3 horas). Já existem também impressoras 
3D residenciais a preços populares a venda no comércio no Brasil. Outra tecnologia 
que cresce rapidamente é a obtenção do grafeno, um nanomaterial que reúne 
características excelentes e que buscamos na maioria dos materiais como alta 
 
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resistência mecânica, condutividade elétrica em espaços reduzidos, leveza e 
transparência. Não é um material do futuro; já é presente e sua disponibilidade 
comercial tende a crescer nos próximos anos. 
Se pudéssemos resumir as eras dos materiais em um quadro, ele seria desta 
forma: 
 
Tabela 1: As eras da humanidade divididas em clara referência aos materiais mais 
importantes no contexto histórico. 
Era da Pedra ~ 300.000 a. C. 
Era do Cobre ~ 5.000 a. C. 
Era do Bronze ~ 3.000 a. C. 
Era do Ferro ~ 1.450 a. C. 
Era do Aço ~ 1.930 d. C. 
Era dos Polímeros ~ 1.930 d. C. 
Era dos Supermateriais ~ 2007 d. C. em diante 
Fonte: (RAMOS, 2020). 
 
E para entender como chegamos até este ponto, é necessário começar 
entendendo os conceitos de cada tipo das três grandes classes de materiais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CONCEITOS DE MATERIAIS 
 
Em Acredita-se que o pensamento moderno a respeito dos átomos remete à 
Grécia e, que seria derivado do pensamento profundo a respeito da natureza das 
coisas. Apoiados no pensamento de grandes filósofos contemporâneos a eles, de que 
tudo na Terra era constituído de água, ar, terra e fogo, Demócrito de Abdera (470-380 
a. C.) e Leucipo de Mileto (460-370 a. C.) propuseram a primeira ideia do átomo: 
pequeno, indivisível e com o qual tudo era constituído. Ambos acreditavam que existia 
apenas um tipo de átomo e que as diferenças entre as coisas se davam pela forma 
como os átomos se combinavam. Datam, portanto, deste período as primeiras 
associações entre geometria e matéria. 
Atualmente, conhecemos mais de 100 tipos de átomos diferentes que são 
chamados de elementos químicos. Sabemos também que os átomos não são 
indivisíveis como acreditavam nossos colegas gregos. Se conseguíssemos nos tornar 
tão pequenos a ponto de enxergar um átomo em tamanho natural (aos nossos olhos, 
é claro), verificaríamos que são estruturas formadas por diversas estruturas 
subatômicas, das quais as mais famosas são o elétron, o próton e o nêutron. A 
diferença entre as estruturas das coisas constituídas dos átomos, de fato está na 
forma como se ligam e interagem entre si. 
 
1.1 Das Ligações Químicas 
 
Com exceção dos gases nobres(He, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn), os átomos 
apresentam forte tendência de se ligarem uns aos outros. Por quê? Porque esta é a 
forma que encontram de entrar em equilíbrio, de baixar a energia do sistema. Se 
pudéssemos fazer um comparativo a algo visível, é como a água em um curso de rio, 
que busca sempre os caminhos mais fáceis para fluir – aqueles que não possuem 
obstáculos. Assim como a eletricidade, que busca os locais com menos resistência 
para atravessar. Importante reforçar que para se ligarem entre si, os átomos não 
precisam necessariamente ser do mesmo elemento químico. Quando um grupo de 
átomos ligados entre si encontra o equilíbrio, do ponto de vista químico, pode-se dizer 
que se formou uma molécula. Um exemplo prático e simples: uma molécula de água 
é H2O, certo? Se pudéssemos arrancar um átomo hidrogênio, esta molécula sairia de 
seu equilíbrio e se tornaria um íon livre OH- até que encontrasse um outro hidrogênio 
 
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livre para satisfazer a necessidade de se equilibrar novamente. Uma molécula é uma 
unidade com características físico-químicas próprias e após formada, não tem 
necessidade de se ligarem a nada mais. Outras moléculas bastante conhecidas além 
da água: O2 e CH4. As moléculas são formadas a partir de um tipo de ligação química 
chamada covalente. Como poderemos ver ao longo deste livreto, existem outros tipos 
de ligações químicas que não formam moléculas. O que determinará as 
características finais de cada tipo de material está diretamente relacionado ao tipo de 
ligação química entre os átomos que os compõem. 
São dois os tipos de ligações químicas: as primarias, que envolvem os elétrons 
mais externos dos átomos, e as secundárias, que envolvem os dipolos elétricos. 
Entre as ligações primárias pode-se destacar: a ligação iônica, presente em 
larga escala nos materiais cerâmicos, a ligação covalente, presente em larga escala 
nos materiais poliméricos e a ligação metálica, presente em larga escala nos materiais 
metálicos. Já as ligações secundárias podem ser divididas em dois casos: o dos 
dipolos elétricos permanentes e dos dipolos elétricos flutuantes. Em relação às 
secundárias, as ligações primárias são consideradas fortes. Entre as primárias, a 
escala de força varia da iônica (mais forte) até a metálica (mais fraca). Existem 
diversas intensidades de forças entre as ligações intermoleculares secundárias e que 
não serão abordadas em detalhes neste livro. Mas a saber, são: as pontes de 
hidrogênio, as ligações dipolo-dipolo, as forças de indução e as forças de dispersão. 
 
1.2 Do Arranjo Atômico: Cristalinos e Amorfos 
 
Além do tipo de ligação química, outro fator preponderante na constituição final 
de um material e determinação de suas características é o seu arranjo atômico. 
Imaginem que os átomos após se ligarem uns aos outros formam moléculas enormes. 
Estas moléculas ou os seus átomos em si, são como pessoas amontoadas em um 
vagão de trem lotado. Se houver ordem no arranjo tridimensional, se cada átomo ou 
molécula estiverem dispostos de forma periódica, cada qual com sua posição bem 
definida e de forma ordenada, a este tipo de arranjo se dá o nome de cristalino. 
Quando nos referimos a materiais cristalinos, nossa mente imediatamente nos remete 
a vidro, ou a qualquer material que transmita grande quantidade de luz. Não se pode 
confundir o conceito de material cristalino – que deriva da palavra cristal - com o de 
material transparente. Na maioria dos casos os materiais cristalinos são inclusive 
 
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opacos. Embora isso não seja assim tão trivial, é bom recordar para não se equivocar. 
Os materiais metálicos são excelentes exemplos de materiais cristalinos, dado que o 
arranjo de seus átomos é rigorosamente ordenado, mantendo-se periodicamente 
ordenados no espaço tridimensional. 
Ao contrário disso, os materiais amorfos apresentam constituição desordenada, 
aleatória e caótica das moléculas. Como exemplo de materiais amorfos podemos citar 
o vidro comum (que é transparente, mas não tem estrutura molecular de cristal) e 
muitos polímeros... por que não todos? Porque como veremos mais adiante, embora 
improvável dado o tamanho de suas moléculas, alguns polímeros apresentam certa 
cristalinidade em seu arranjo molecular. 
A classificação dos materiais em classes distintas ocorre para facilitar a 
identificação dos materiais mais apropriados para cada tipo de aplicação. Há poucos 
anos as classificações eram basicamente entre Cerâmicos, Metálicos e Poliméricos. 
Com a evolução da tecnologia e da Ciência dos Materiais, novas classificações 
surgiram como por exemplo os Compósitos (e Nanocompósitos), os Semicondutores 
e os Biomateriais. 
 
1.3 Nanotecnologia 
 
Uma revolução vem acontecendo na ciência e tecnologia desde o entendimento 
que os materiais em escala nanométrica podem apresentar novos comportamentos 
e/ou propriedades diferentes daquelas que geralmente apresentam em escala 
macroscópica. Ao ramo da ciência que estuda esses novos materiais / 
comportamentos foi atribuído o nome de nanociência, ou, mais comumente, 
nanotecnologia. O domínio da nanotecnologia encontra-se compreendido entre 0,1 e 
100nm (desde dimensões atômicas até aproximadamente o comprimento de onda da 
luz visível), região onde as propriedades dos materiais são determinadas e podem ser 
controladas. Embora a nanomanipulação não fosse factível devido às limitações de 
conhecimento e de equipamentos apropriados, a tecnologia em escala nanométrica 
vem sendo praticada há séculos, indiretamente. Seja através das mãos dos antigos 
artífices que utilizavam argila na confecção de utensílios domésticos ou incorporando 
a vidros partículas finamente divididas para criação dos mais variados tipos de cores 
nos utensílios. Pode-se dizer que materiais compósitos são materiais multifásicos 
artificiais em que os seus constituintes são quimicamente dissimilares e separados 
 
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por uma interface facilmente distinta. A unidade estrutural da fase dispersa está na 
escala micrométrica (10-6m). 
 
1.4 Compósitos e Nanocompósitos 
 
São compostos por mais de um tipo de material. Visa obter a combinação das 
melhores características de cada material componente. Por exemplo, a alta 
resistência mecânica da fibra de vidro envolto por um material polimérico flexível 
(fiberglass). 
O significado do substantivo compósito em material compósito, indica que este 
apresenta ou é formado por dois ou mais componentes, o que poderia levar à 
conclusão de que todo material tendo dois ou mais materiais distintos ou fases poderia 
ser considerado um material compósito. Na verdade, para ser representativo da 
definição atual de compósito ou material compósito, envolvendo aplicações 
aeroespaciais, náuticas, automotivas entre outras, admite-se que as fases 
constituintes apresentam nítidas diferenças nas propriedades físicas e químicas, 
mostrando uma fase descontinua e uma fase continua. 
Por definição, os materiais compósitos são formados por dois ou mais materiais 
em fases distintas e identificáveis. Os compósitos poliméricos especificamente são o 
produto da composição entre dois ou mais componentes sendo um em fase contínua 
e o outro em fase descontínua, onde a matriz principal (fase contínua) é constituída 
de um polímero. Nem sempre o intuito principal da inserção de um segundo material 
à composição de um primeiro seja a mudança nas características mecânicas, 
químicas ou físicas. Em alguns casos, as variações são inevitáveis – como a perda 
de resistência mecânica, por exemplo – porém, não controladas. Nestes casos, existe 
a prerrogativa da adição de um segundo componente à fórmula original apenas no 
intuito da redução significativa da quantidade de material nobre (ou o mais caro), neste 
caso, a matriz polimérica. Um exemplo clássico desta prática que pode ser citado é o 
polipropileno carregado com talco. É usual encontrar na indústria peças que possuam 
emsua composição 10%, 20%, 30% e em alguns casos, até 40% de talco. 
Com o avanço da tecnologia, até esta relação talco/polipropileno tem sido 
objeto de estudos do ponto de vista de se tornar um reforço ao invés de uma mera 
carga para a redução do custo do material. As indústrias fabricantes de talco destinado 
a este fim tem se aperfeiçoado na moagem do material e entregue produtos cada vez 
 
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mais refinados, fazendo com que as peças produzidas a partir destes materiais sejam 
mais resistentes mecanicamente e possam ser fabricadas em espessuras cada vez 
menores, em alguns casos com menor quantidade de carga que as usualmente 
utilizadas em compósitos poliméricos. 
Esta tendência na miniaturização da carga de talco e do aumento da 
funcionalidade do material com quantidades cada vez menores de carga remete a 
uma discussão específica: a nanotecnologia. 
O prefixo nano é derivado da palavra grega nános que significa anão. Na 
acepção moderna desta palavra, nano é um termo técnico usado em qualquer unidade 
de medida, significando um bilionésimo dessa unidade, por exemplo, um nanômetro 
equivale a um bilionésimo de um metro (1nm = 1/1.000.000.000m) ou 
aproximadamente a distância ocupada por cerca de 5 a 10 átomos, empilhados de 
maneira a formar uma linha. A palavra tecnologia tem um significado comum, também 
derivada do grego (téchne = arte, ofício, prática + logos = conhecimento, estudo, 
ciência) que pode ser geralmente descrita como a aplicação do método científico com 
objetivos práticos e comerciais. Desta forma, nanotecnologia significa, de maneira 
geral, a habilidade de manipulação átomo por átomo na escala compreendida entre 
0,1 e 100nm para criar estruturas maiores fundamentalmente com nova organização 
estrutural e, normalmente, para fins comerciais. 
 
1.5 Semicondutores 
 
Tem propriedades elétricas intermediárias entre condutores e isolantes. Os 
semicondutores possibilitaram a fabricação do circuito integrado que revolucionou as 
indústrias eletrônica e de computação nas últimas décadas. 
 
1.6 Biomateriais 
 
Os biomateriais jamais podem ser confundidos com materiais biodegradáveis, 
embora alguns deles o sejam. Biomateriais são usados em componentes implantados 
no corpo humano. Este tipo de material não deve produzir substância tóxica e deve 
ser compatível com o tecido humano. Todos os tipos de materiais podem ser usados 
como Biomateriais – com suas exceções dentro de cada classe, sempre respeitando 
a regra de não produção de substância toxica. Um excelente exemplo de Biomaterial 
 
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é o UHMWPE, usado como revestimento da cabeça de fêmur de aço cirúrgico ou liga 
de titânio. A função do polímero, que possui baixíssimo coeficiente de atrito, é diminuir 
o desgaste do quadril, aonde a peça irá apoiar-se no implante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
APRESENTAÇÃO DOS TIPOS DE MATERIAIS PARA 
PEÇAS TÉCNICAS 
 
Durante as últimas gerações, nós presenciamos e nos beneficiamos 
com o desenvolvimento de numerosos novos sistemas tecnológicos. Uma 
grande fração da energia elétrica gerada vêem de plantas geradoras de força 
nuclear. Aviões a jato de alta velocidade carregam centenas de passageiros e 
carregarão muito mais em alguns anos em velocidades extraordinárias. Naves 
espaciais tripuladas já visitaram a lua e se preparam para levar a vida humana 
a outros planetas. Perto de todos nós, computadores de alta velocidade afetam a vida 
de todos nós, com velocidades de processamento cada vez maiores. Avanços na 
indústria eletrônica tem permitido o desenvolvimento de satélites de comunicação, 
televisão de alta resolução, laser em operações médicas sofisticadas e usuais. 
Cada uma destas tecnologias avançaram pelo desenvolvimento de novos 
materiais. 
Estes desenvolvimentos enfatizam a importância dos materiais como 
blocos de construção primária para desenvolvimentos de engenharia. Por outro 
lado, as propriedades dos materiais ditaram cada projeto e aplicação útil que 
o engenheiro pode desenvolver. Mas com a presente sofisticação da ciência 
dos materiais, não é raro requerer novos materiais, com novas propriedades 
para serem incorporados em projetos. 
Materiais são substâncias feitas ou compostas de alguma coisa (matéria). 
Alguns dos materiais encontrados comumente na vida diária são madeira, 
concreto, tijolo, aço, plástico, vidro, borracha, alumínio, cobre e papel. Há muitos 
tipos de materiais, bastando olhar ao nosso redor. A utilidade dos materiais para 
as necessidades atuais e futuras incentiva a pesquisa e o desenvolvimento de 
novos materiais. 
A Ciência dos Materiais é primariamente concebida com o intuito de 
desenvolver conhecimentos sobre a estrutura interna, propriedades e 
processamento de materiais. A Engenharia dos Materiais tem o objetivo 
principal de aplicar os conhecimentos sobre os materiais para que os mesmos 
possam ser convertidos em produtos desejáveis para a sociedade. 
 
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Para mostrar como a Ciência dos Materiais interage com outros campos 
de estudo, é conveniente elaborar uma régua relativa ao campo observado, como 
abaixo: 
 
 
A relação entre a 
Ciência dos Materiais e a 
Engenharia dos Materiais 
envolve vários níveis de 
sofisticação científica e técnica. É necessário discutir esta relação em dois 
domínios importantes para a engenharia industrial: 
1) Uso inteligente de materiais: Significa saber as limitações dos 
materiais, baseado no conhecimento dos fenômenos que podem ocorrer sob 
certas condições. Ex. a) Alteração das propriedades mecânicas de materiais 
dependentes da temperatura. b) Alteração das propriedades dos polímeros, quando 
expostos a radiações nucleares. 
2) Relações entre Projeto e Desenvolvimento de Materiais: Em 
muitos sistemas de engenharia, a performance global do sistema é diretamente 
limitada pelas capacidades dos materiais dos componentes. Nestes casos, o 
objetivo da engenharia é balançar a vida útil exigida do equipamento, com a 
capacidade dos componentes suportarem toda a ação sobre eles. O projeto e 
a aplicação de materiais não podem ser otimizados separadamente, quando se 
está trabalhando perto do limite de capacidade do material. Ex.: Utilização de 
chapas de Fe-Si 3% para a fabricação de transformadores, levando em conta o 
aspecto de anisotropia da propriedade magnética (permeabilidade). 
 
1.7 Panorama geral do uso de materiais - referência: indústria automotiva 
 
A dissecação de um automóvel novo revela um conjunto de componentes 
envoltos por três grandes tipos de materiais: plástico, alumínio e aço. Enquanto 
os plásticos dominam o interior do veículo e o aço permanece como a escolha 
para os painéis exteriores, o alumínio continua a espalhar seus tentáculos sob o 
capô. 
 
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De fato, o veículo multi-material não está limitado apenas nestes três tipos de 
materiais; está entrando em cena, para aplicações de interior e sob o capô, o 
magnésio. A quantidade média dos três grandes tipos de materiais utilizados em um 
veículo modelo 1996 foi: 
 112 kg de alumínio (segundo a Aluminium Association); 
 120 kg de plásticos (segundo a American Plastics Council); 
 807 kg de aço (segundo a American Iron and Steel Institute). 
Dentro do guarda-chuva dos plásticos, os compósitos moldados em chapa ou 
SMC (Sheet Molding Composite) é o preferido para painéis exteriores. Embora 
90% das novas aplicações sejam em painéis exteriores, componentesestruturais 
como tampas, grades, suportes de painéis e barras transversais estão sendo feitos 
por SMC. 
O primeiro carro elétrico da General Motors, o EV1, usa SMC na maioria dos 
painéis do veículo: capô, portas, teto, tampas, canais de drenagem. Os painéis 
são de SMC de baixa densidade, o qual incorpora microesferas de vidro, tendo 
uma densidade específica de 1,3. O SMC convencional tem densidade específica 
de 1,9 e o aço tem 7,85. 
O alumínio cresceu em 80% nas aplicações veiculares nos últimos 5-10 
anos e 58% do total consumido pela indústria automotiva é alumínio reciclado. 
Os motores se constituem na aplicação mais usual para o alumínio, seguida 
pela transmissão. A expectativa, segundo a ALCOA, que no ano 2015, cada veículo 
utilize de 250 a 340kg de alumínio. 
Há mais de 10 anos, o aço tem mantido seus 55% de peso do veículo (carros 
de passeio, veículos esportivos, caminhões leves e minivans) devido ao seu 
baixo custo (US$ 0,77 por kg nos USA). Para garantir o aço como a primeira 
escolha para o exterior do veículo, a indústria do aço está fazendo consideráveis 
estudos como o ULSAB (UltraLight Steel Auto Body), de modo a obter redução de 
peso da estrutura, baixo custo e melhor rigidez torcional, mantendo a facilidade de 
processamento. 
 
 
 
 
 
 
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PROPRIEDADES 
1.8 Densidade 
 
A definição clássica é "peso por unidade de volume". O valor inverso é 
chamado "volume específico". A tabela 2.1 mostra a densidade, de alguns 
metais mais conhecidos. Nas ligas metálicas, a densidade muda devido à 
incorporação de outros átomos com massa diferente, bem como às alterações na 
microestrutura. 
 
Tabela 2 - Densidade e temperatura de fusão de alguns elementos. 
 
Fonte: (RAMOS, 2020). 
 
1.9 Propriedades Mecânicas 
 
A resistência mecânica de um material é caracterizada pelo parâmetro 
chamado tensão, que é a resistência interna de um corpo a uma força externa 
aplicada sobre ele, por unidade de área. Considerando uma barra de área 
 
16 
transversal A0 submetida a um esforço de tração F, a tensão (σ) é medida por:
 
 
Figura 1 - Barra submetida a esforço de tração. 
 
 
Fonte: (RAMOS, 2020). 
 
Com a aplicação da tensão σ, a barra sofre uma deformação ε. A carga 
F produz umaumento da distância L0, de um valor ∆L. A deformação é dada, então 
por: 
 
 
 
Deve-se observar que a tensão tem a dimensão de força por unidade 
de área e a deformação é uma grandeza adimensional. A tensão pode ser 
relacionada com a deformação através da equação correspondente a lei de Hooke: 
 
 
 
 
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Onde E é uma constante do material denominada módulo de elasticidade. 
A tabela 2.2 mostra módulos de elasticidade para vários metais e ligas. Esta relação 
é válida para os materiais metálicos, dentro de uma região de um gráfico σ x ε, 
denominada região elástica. 
Figura 2 - Gráfico tensão x deformação da barra metálica. 
 
 
Fonte: (RAMOS, 2020). 
 
A região elástica é a parte linear do diagrama mostrado na figura 2.2 (trecho 
OA). Se, emqualquer ponto deste trecho, a carga for aliviada, o descarregamento volta 
sobre a reta AO, sem apresentar qualquer deformação residual ou permanente. 
Terminada a zona elástica, atinge-se a zona plástica, onde a tensão e a 
deformação não são mais relacionados por uma simples constante de 
proporcionalidade, ocorrendo deformação permanente. 
 
4.2.1 Resistência à tração 
 
A resistência à tração é uma das propriedades mais importantes dos 
materiais, pois por intermédio de sua determinação, podem ser obtidas 
características significativas do material, tanto a nível de projeto, quanto de controle 
de qualidade. 
A resistência à tração, como também as outras propriedades mecânicas 
depende do tipo de material, do teor de elementos de liga, das condições de 
fabricação e tratamento, da estrutura, da temperatura, etc. 
Os valores obtidos nos ensaios de tração permitem ao projetista: 1. conhecer 
as condições de resistência do material sem que sofra deformação permanente; 2. 
 
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superada a fase elástica, conhecer até que carga o material pode suportar, em 
condições excepcionais. 
Além disto, o exame da fratura do corpo de prova, depois de realizado o ensaio, 
permite verificar o comportamento dúctil ou frágil do material e a presença de 
eventuais falhas originadas durante a sua fabricação (ex. porosidades de fundição). 
De um ensaio de tração convencional, são obtidos os seguintes dados do 
material: 
1. Limite de resistência à tração: valor da máxima tensão suportada pelo 
material (MPa); 
2. Limite de escoamento: tensão que caracteriza o início da fase plástica (MPa); 
3. Alongamento após a ruptura: valor do alongamento permanente, medido no 
corpo de prova, após o rompimento; 
4. Coeficiente de estricção: redução percentual da área, medido no corpo 
de prova após o rompimento. 
 
Figura 3 – Gráfico tensão x deformação para um material dúctil. 
 
Fonte: (RAMOS, 2020). 
 
Tabela 3 - Módulo de Elasticidade na temperatura ambiente. 
 
Fonte: (RAMOS, 2020). 
 
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DEFORMAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
 
Os materiais, quando submetidos a um esforço de natureza mecânica, tendem 
a deformar-se. Conforme a sua natureza, o comportamento varia durante a 
deformação. Podem apresentar apenas deformação elástica até a ruptura, como 
no caso de elastômeros, ou sofrer apreciável deformação plástica antes da ruptura, 
como nos metais e termoplásticos. 
 
1.10 Deformação Elástica 
 
A deformação elástica é resultado de uma pequena elongação ou 
contração do retículo cristalino na direção da tensão (tração ou compressão) 
aplicada. 
 
Figura 3 - Deformação elástica no nível atômico. 
 
Fonte: (RAMOS, 2020). 
 
Lembre-se que a deformação é proporcional a tensão na zona elástica, 
conforme a lei de Hooke. Quanto mais intensas as forças de atração entre os 
átomos, maior é o módulo de elasticidade E. Qualquer elongação ou contração 
de uma estrutura cristalina em uma direção, causada por uma tensão, produz 
uma modificação na dimensão perpendicular (lateral). A relação entre a deformação 
lateral εx e a deformação longitudinal εy é chamada de coeficiente de Poisson: 
 
 
 
 
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1.11 Deformação Plástica 
 
Na prática, qual a importância da região elástica do material? Bem, a maioria 
das peças, estruturas e equipamentos que fabricamos não devem sofrer 
modificações na sua forma com o tempo. Por exemplo, não queremos montar 
um telhado sobre uma estrutura metálica, e o peso deste telhado deformar 
algumas tesouras, podendo ocasionar um efeito catastrófico. Por isto, projetamos 
esta estrutura para suportar apenas deformação elástica. Muito bem, então, na 
Engenharia, apenas devemos nos preocupar com a região elástica? Não, pois muitas 
das peças fabricadas, para terem a forma desejada devem sofrer uma 
deformação plástica, através de processos específicos. A deformabilidade 
permanente é muito importante na prática, pois permite a realização de 
conformação mecânica, ou seja de operações mecânico-metalúgicas muito 
empregadas na fabricação de peças metálicas. Veja a figura 5.3. 
 
Figura 4 - processos de conformação mecânica usuais: (a) laminação; (b) forjamento; (c) 
extrusão; (d) trefilação.(VanVlack, Ed. Campus, pág.211). 
 
 
Fonte: (RAMOS, 2020). 
 
 
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A capacidade dos metais de serem deformados de modo permanente é 
chamada de plasticidade. O processo de conformação pode ser realizado em 
diferentes temperaturas, de modo que surge dois termos clássicos:trabalho mecânico 
a frio e trabalho mecânico a quente. A separação entre os dois se dá pela temperatura 
de recristalização, definida como "a menor temperatura na qual uma estrutura 
deformada de um metal trabalhado a frio é restaurada ou é substituída por uma 
estrutura nova, livre de tensões, após a permanência nessa temperatura por um 
tempo determinado". A deformação de um material em um processo é medida pela 
redução na área da seção transversal, isto é: 
 
 
 
Onde A0 e Af são, respectivamente, a área inicial e a área final. 
 
Figura 5 – Efeito nos grãos obtido com processos de conformação a frio: (a) laminação; (b) 
trefilação. 
 
 
Fonte: (RAMOS, 2020). 
 
A deformação plástica resultante do trabalho mecânico a frio (abaixo da 
temperatura de recristalização) provoca o chamado fenômeno de encruamento, isto é 
 
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aumento da dureza através da deformação a frio. A tabela 5.1. mostra o efeito do 
encruamento sobre as características mecânicas de alguns metais e ligas metálicas. 
Observe no gráfico a seguir a alteração do alongamento e do limite de resistência com 
a % de deformação a frio. 
 
 
 
Tabela 4 - Efeito do encruamento sobre características mecânicas. 
 
Fonte: (RAMOS, 2020). 
 
Com a deformação mecânica, os grão são alongados na direção do esforço 
mecânico aplicado. Com o encruamento, podem haver perdas nas propriedades do 
material, como diminuição da condutibilidade elétrica, aumento das perdas 
magnéticas e diminuição da resistência à corrosão. Existem materiais que possuem 
um comportamento conforme o seguinte 
gráfico tensão x deformação. Este material 
poderia ser conformado através de 
processos de deformação a frio, como 
dobramento? Por que? 
 
 
 
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