Aula 01 classificação dos materiais

778 visualizações

Publicada em

Material muito bom

Publicada em: Engenharia
0 comentários
1 gostou
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
778
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
5
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
45
Comentários
0
Gostaram
1
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Aula 01 classificação dos materiais

  1. 1. Classificação dos Materiais Callister cap.1
  2. 2. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica Ciência e Engenharia de Materiais ┐ Ciência de materiais: ┐ Investigação das relações existentes entre as estruturas e as propriedades dos materiais ┐ Desenvolvimento ou sintetização de novos materiais ┐ Engenharia de materiais: ┐ Projeto ou engenharia da estrutura de um material com um conjunto pré-determinado de propriedades, tendo como base a ciência dos materiais ┐ Criação de novos produtos ou sistemas usando materiais existentes ┐ Desenvolvimento de técnicas para o processamento dos materiais
  3. 3. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica Abordagens didáticas em materiais 3 Átomo Estrutura cristalina Imperfeições cristalinas Diagramas de equilíbrio Microestrutura Propriedades dos materiais Projeto de engenharia Abordagem clássica Ciência dos materiais
  4. 4. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 4 Evolução histórica dos materiais ┐ “O grau de desenvolvimento de uma civilização está relacionado com a sua capacidade de processar determinados materiais” ┐ São exemplos: ┐ Idade da pedra, Idade do Bronze e Idade do Ferro, Era espacial, materiais avançados.
  5. 5. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica Evolução histórica dos materiais ┐ Primeiros seres humanos utilizavam materiais naturais: ┐ Pedra ┐ Madeira ┐ Pele ┐ Ao longo do tempo: ┐ Técnicas para melhorar os materiais ou produzir materiais com propriedades superiores: ┐ Cerâmica ┐ Metais ┐ Ligas ┐ Tratamentos térmicos ┐ Adições Desenvolvimento tecnológico associado ao acesso a materiais adequados
  6. 6. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 6 ┐ Por volta de 1930 temos a introdução do conceito de ciência dos materiais em que há uma fundamentação científica para o desenvolvimento de materiais especificamente projetados para uma função. ┐ Exemplo clássico: insertos de metal duro para usinagem Evolução histórica dos materiais
  7. 7. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 7 Tempo Númerodemateriaisdisponíveis DISPONIBILIDADE PROJETO DE MATERIAIS Exemplos: Pedra Madeira Couro e peles Cobre nativo Bronzes Ferro Ferro fundido Aços Exemplos: Metal duro “Fiberglass” Kevlar ® Fibra de carbono Superligas Cerâmicas avançadas superímas etc... 7000 AC ~1930 Metal duro Evolução histórica dos materiais
  8. 8. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 8 ┐ Microestrutura do metal duro ┐ TiC - 2470 HV ┐ WC - 1880 HV ┐ Co ~250 HV Evolução histórica dos materiais A concepção do metal duro marca o início de uma nova filosofia na área de materiais: Por meio da Ciência dos Materiais foi possível “projetar” novos materiais.
  9. 9. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 9 Correlação microestrutura- propriedades ┐ Relação entre composição, microestrutura e propriedades mecânicas Micro e macroestrutura Propriedades mecânicas Composição química Composição química
  10. 10. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 10 Composição química ┐ A composição química são os elementos que compõe o material. São exemplos: ┐ Aço: liga à base de Fe contendo até 2% de C. ┐ Alumínio: ligas à base de Al contendo Si, Cu, Mg e Zn como elementos de liga. ┐ Polietileno: cadeias poliméricas de C2H4 (base é C e H). ┐ Alumina: cerâmica composta por Al2O3.
  11. 11. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica Micro e macroestrutura 11 Correlação microestrutura- propriedades ┐ Relação entre composição, microestrutura e propriedades mecânicas Micro e macroestrutura Propriedades mecânicas Composição química
  12. 12. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 12 Microestrutura ┐ Consiste na forma com que as fases (cristais ou cadeias poliméricas) estão arranjadas na microestrutura e macroestrutura. Exemplo: roda em liga Al- Si (A356). 10 x 500 x Si Al Macroestrutura Microestrutura grãos
  13. 13. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica Propriedades mecânicas 13 Correlação microestrutura- propriedades ┐ Relação entre composição, microestrutura e propriedades mecânicas Micro e macroestrutura Propriedades mecânicas Composição química
  14. 14. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 14 Propriedades mecânicas ┐ O senso comum leva a duas propriedades importantes em um material: Resistência Ductilidade Capacidade de resistir a ação de uma força Capacidade de se deformar plasticamente sob a ação de uma força
  15. 15. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica Classificação dos Materiais Metais Cerâmicas Polímeros Compósitos Madeira Concreto
  16. 16. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica Classificação dos Materiais Classe do material Tipo de ligação predominante Exemplos Propriedades associadas Metais Metálica Aços; ligas de cobre; ligas de alumínio Amplo espectro de temperaturas de fusão e rigidez; Condutores; Opacos Cerâmicas Covalente e Iônica Alumina, zircônia, vidros, cimento Elevadas temperaturas de fusão; Elevada rigidez; Quebradiços; Isolantes; Transparentes ou translúcidos Polímeros Covalente e Van der Waals PE; PP; PVC; silicone Baixas “temperaturas de fusão”; Transparentes ou translúcidos; Flexíveis; Baixa densidade Compósitos * Concreto, polímero reforçado com fibra (vidro, vegetal) Combinação das melhores propriedades de cada componente * combinação de dois ou mais materiais de classes distintas
  17. 17. Apresentação de exemplos de alguns materiais avançados
  18. 18. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 18 Exemplos para discussão ┐ Alguns exemplos de materiais “projetados”: ┐ metal duro (~1930); ┐ alumina translúcida para lâmpadas de vapor de Na; compósitos de “Fiberglass” (~1950); ┐ compósitos de fibra de carbono; ┐ compósitos de Kevlar® (~1964); ┐ superligas a base de Ni resistentes ao calor; ┐ imãs de alto poder magnético (Nd-Fe-B); ┐ ligas com memória de forma (nitinol) e ┐ materiais biocompatíveis.
  19. 19. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 19 Alumina translúcida para lâmpadas de vapor de Na ┐ São tubos translúcidos empregados em lâmpadas de vapor de sódio. ┐ Comparativo: ┐ Filamento de tungstênio (lâmpada incandescente) : 15 lumen/W ┐ Vapor de Na : 100 lumen/W LED moderna: 140 – 170 lumen/W
  20. 20. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 20 Alumina translúcida para lâmpadas de vapor de Na ┐ A alumina convencional é opaca (branca) devido a presença de microporosidades (<0,3%) e grãos grosseiros. ┐ A temperatura de fusão (TM) da alumina é: 2050°C.
  21. 21. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 21 Alumina translúcida para lâmpadas de vapor de Na ┐ A alumina translúcida apresenta uma fração de microporosidades inferior a 0,03% e grãos refinados. ┐ Isso é obtido por meio de alterações no processo de fabricação e resulta em um aumento de “transparência” do material.
  22. 22. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 22 Superligas à base de Ni ┐ As superligas são ligas metálicas à base de Ni, destinadas a aplicações envolvendo altas temperaturas em conjunto com atmosferas agressivas.
  23. 23. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica Superliga IN792 ┐ A microestrutura das superligas à base de níquel apresenta uma dispersão de precipitados (’) cubóides (70% em volume) de Ni3Al ou Ni3Ti. ┐ A matriz é de Ni endurecida por solução sólida por Co, W e Cr. Superligas à base de Ni 23
  24. 24. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica ┐ São ímãs permanentes de elevado produto energético (BHmax). ┐ São empregados em motores elétricos miniaturizados. 24 Superímãs de Nd-Fe-B
  25. 25. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 25 Superímãs de Nd-Fe-B ┐ Materiais diamagnéticos: são repelidos por campos magnéticos (1,8 T em 1 g de água gera força de repulsão de 0,022 gf). ┐ Materiais paramagnéticos: são fracamente atraídos por campos magnéticos (1,8 T em 1 g Al gera força de atração de 0,017 gf). ┐ Materiais ferromagnéticos: são fortemente atraídos por campo magnético (1,8 T em 1 g Fe gera força de atração de 400 gf).
  26. 26. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica ┐ Exemplos de tamanho (volume) de ímãs permanentes para um mesmo produto energético BHmax. ┐ Os ímãs de Sm-Co e Nd-Fe-B permitiram a miniaturização de motores elétricos e alto- falantes. 26 Superímãs de Nd-Fe-B
  27. 27. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 27 Ligas biocompatíveis ┐ Algumas ligas metálicas não provocam reações no interior do corpo humano. ┐ Esta característica é denominada biocompatilidade.
  28. 28. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 28 Ligas com memória de forma ┐ São ligas do sistema Ni-Ti capazes de, após deformadas, voltar a forma original com o aquecimento por meio de uma transformação martensítica. Experimento com liga com memória de forma
  29. 29. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 29 Materiais compósitos ┐ Os exemplos mais comuns são os laminados que empregam camadas de tecido (fibras de reforço) aglomeradas por uma resina polimérica. ┐ São exemplos: ┐ Fiberglass ┐ Compósitos de Kevlar® (aramida) ┐ Compósitos de carbono
  30. 30. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 30 Kevlar® ┐ São materiais compósitos elaborados a partir de fibra de aramida aglomerada com resina epoxy.
  31. 31. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 31 Fibra de carbono ┐ A fibra de carbono é, em síntese, um compósito contendo fibras de carbono (grafita e amorfo) aglomeradas com uma resina de elevada resistência (normalmente epoxy). Atualmente os compósitos de fibra de carbono (CFRP) são os materiais com a maior relação resistência/peso. Construção em compósito carbono-epoxi
  32. 32. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 32 5% 20% Materiais compósitos
  33. 33. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 33 Referências complementares 1) Shackelford, J. F. INTRODUCTION TO MATERIALS SCIENCE FOR ENGINEERS Prentice Hall 4th edition 1996 2) Newey, C. ; Wever, G. MATERIALS PRINCIPLES AND PRACTICE Materials in action series The Open University Butherworths 1990 3) Smith, W. F. PRINCÍPIOS DE CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS McGraw-Hill Terceira edição 1998 4) Campos Filho, M. P. A ESTRUTURA DOS MATERIAIS Editora da Unicamp 1991 5) Carvalho, G. C. ; Lembo, A. Teixeira Jr. H. M. ATOMÍSTICA livro 29 Sistema Anglo de ensino 6) Hull, D.; Bacon, D. J. INTRODUCTION TO DILOCATIONS Butterworth-Heinemann 2001 7) Phillips, R. Crystal, defects and microstructures: Modelling across scaling Cambridge University Press 2001
  34. 34. ETM 201 Materiais de Construção Mecânica 34 Referências complementares 8) The Making, Shaping and Treatmet of steel USS 9) Porter, D.; Easterling, K. PHASE TRANSFORMATIONS IN METALS AND ALLOYS CRC Press. ASM Handbook v. 4 Heat Treatment 10) Tschiptschin, A. P. ; Goldenstein, H. ; Sinatora, A. Metalografia dos aços Curso da ABM 1988 11) Thelning K. E. Steel and its heat treatement 2nd edition 1984 12) Heat Treater´s Guide ASM International 13) Santos, A. B. S.; Branco, C. H. C METALURGIA DOS FERROS FUNDIDOS CINZENTOS E NODULARES Instituto de Pesquisas Tecnológicas IPT 1977 14) ASM Specialty Handbook Aluminum and aluminum alloys ASM International 1993 15) ASM Handbook v. 11 Failure analysis and prevention 10th edition 16) ASM Handbook v.12 Fractography 10th edition

×