1.1 ciências dos materiais

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1.1 ciências dos materiais

  1. 1. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Tecnologia dos Materiais Estrutura e propriedade das ligas Fe-C
  2. 2. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Base Tecnológica 1. Ciências dos Materiais.  Ligações químicas.  Estrutura Cristalina.  Conceito de Grão e Anisotropia.  Conceito de Difusão.  Diagrama de fases das ligas Fe-C.  Fases do diagrama Fe-C.  Limite de solubilidade.  Eutético, Eutetóide e Peritético.  Microestruturas e seu desenvolvimento.  Regra da Alavanca Invertida.
  3. 3. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Ligações Químicas 1. Estrutura Atômica 2. Ligações Atômicas nos Sólidos 1. Ligações Interatômicas Primárias 1. Iônica 2. Covalente 3. Metálica 2. Ligações Secundárias – Wan der Waals 1. Dipolo Induzido 2. Dipolo Permanente
  4. 4. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Estrutura: 1. Átomo 2. Estrutura cristalina 3. Grão 4. Peças acabadas
  5. 5. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Conceitos Fundamentais: Um material cristalino é um no qual átomos estão situados numa disposição repetitiva ou periódica ao longo de grandes distâncias atômicas; isto é, existe uma ordenação de grande alcance tal que na solidificação, os átomos se posicionarão entre si num modo tridimensional repetitivo, onde cada átomo está ligado aos seus átomos vizinhos mais próximos. (CALLISTER, 2002) Sólidos não-cristalinos são carentes de um arranjo atômico regular e sistemático ao longo de distâncias atômicas relativamente grandes. Algumas vezes esses materiais são chamados de amorfos ou líquidos super-resfriados.
  6. 6. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Silício Oxigênio Esquemas bidimensionais do dióxido de silício (a) cristalino e (b) não-cristalino.
  7. 7. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Alotropia: Alotropia é o fenômeno em que um mesmo elemento químico pode originar substâncias simples diferentes. As substâncias simples distintas são conhecidas como alótropos. Estes alótropos são diferentes modificações estruturais do elemento, ou seja, os átomos do elemento estão ligados entre si de uma maneira diferente.
  8. 8. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Grafite Diamante
  9. 9. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Células Unitárias: São pequenas entidades que se repetem na estrutura cristalina. As células unitárias para a maioria das estruturas cristalinas são paralelepípedos ou prismas. • Cúbica de Corpo Centrado – CCC • Cúbica de Faces Centrada – CFC • Hexagonal Compacta - HC
  10. 10. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina CCC: Cúbica de Corpo Centrado Ferro: Fase Ferrita – (α) Fase Delta – (δ)
  11. 11. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina CFC: Cúbica de Faces Centrada Ferro: Fase Austenita – (γ)
  12. 12. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina HC – Hexagonal Compacta
  13. 13. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Estrutura Cristalina Tabela 1. Estrutura cristalina dos principais metais puros.
  14. 14. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Grão Formação do grão durante a solidificação Anisotropia As propriedades físicas de monocristais de algumas substâncias dependem da direção cristalográfica na qual as medições sejam feitas. Por exemplo, o módulo elástico, a condutividade elétrica, e o índice de refração podem ter valores diferentes nas direções [100] e [111]. Esta direcionalidade das propriedades é denominada anisotropia e está associada com a variância do espaçamento atômico ou iônico com a direção cristalográfica. Substâncias nas quais as propriedades medidas são independentes da direção de medição são isotrópicas.
  15. 15. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Grão Microestrutura bruta de fusão Seção transversal de um grande lingote, apresentando a solidificação:
  16. 16. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Difusão Difusão em sólido semi-infinito
  17. 17. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Diagrama de fases das ligas Fe-C
  18. 18. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Diagrama de fases das ligas Fe-C Fases: Fase é uma porção homogênea de um sistema. Em geral uma fase é caracterizada pelo seu estado físico, estrutura cristalina (no caso de fases sólidas) e composição química. Alguma heterogeneidade de composição química pode existir dentro de uma fase. Fases das ligas Fe-C: 1. Delta (δ); 2. Austenita (γ); 3. Ferrita (α); 4. Cementita (Fe3C);
  19. 19. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Fases Fe-C Austenita + Fe3C Ferrita + Fe3C Líquido
  20. 20. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Limite de Solubilidade Para muitos sistemas de ligas e alguma temperatura específica, existe uma máxima concentração de átomos soluto que podem se dissolver no solvente para formar uma solução sólida; isto é denominado um limite de solubilidade. A adição de soluto em excesso a este limite de solubilidade resulta na formação de uma outra solução sólida ou um composto que tenha composição distintamente diferente. Diagrama de fases das ligas Fe-C
  21. 21. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Limite de Solubilidade da Austenita Limite de Solubilidade da Ferrita Limite de Solubilidade
  22. 22. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Sistema Ferro Carbono Eutetóide Eutético Peritético
  23. 23. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Sistema Ferro Carbono Hipoeutetóide Eutetóide Hipereutetóide
  24. 24. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Microestrutura Muitas vezes , as propriedades típicas e, em particular, o comportamento mecânico de um material depende da microestrutura. Microestrutura é assunto para observação microscópica direta, usando microscópios ótico ou eletrônico. Em ligas metálicas, microestrutura é caracterizada pelo número de fases presentes, suas proporções e a maneira na qual elas estão distribuídas ou arranjadas. A microestrutura de uma liga depende de variáveis como os elementos de liga presentes, suas concentrações e o tratamento térmico da liga (isto é, a temperatura do tratamento, o tempo de aquecimento até a temperatura do tratamento e a taxa de resfriamento desde a temperatura do tratamento até à temperatura ambiente). Diagrama de fases das ligas Fe-C
  25. 25. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Microestruturas Perlita Ferrita
  26. 26. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Microestruturas Perlita Ferrita
  27. 27. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Microestruturas Perlita Cementita Proeutetóide
  28. 28. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Desenvolvimento das Microestruturas Várias das diversas microestruturas que podem ser produzidas em aços e suas correlações com o diagrama de fases ferro-carboneto de ferro são agora discutidas e é mostrado que a microestrutura que se desenvolve depende tanto do teor de carbono quanto do tratamento térmico. A discussão é confinada para um resfriamento muito lento, no qual o equilíbrio é continuamente mantido. Diagrama de fases das ligas Fe-C
  29. 29. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Desenvolvimento da Microestrutura Eutetóide Diagrama de fases das ligas Fe-C Aço com 0,76 % de Carbono
  30. 30. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Desenvolvimento da Microestrutura Hipoeutetóide Diagrama de fases das ligas Fe-C Aço com 0,38 % de Carbono
  31. 31. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Desenvolvimento da Microestrutura Hipereutetóide Diagrama de fases das ligas Fe-C Aço com 1,40 % de Carbono
  32. 32. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Trabalho 1 Norma SAE e DIN: O que são as normas SAE e DIN; Como elas são usadas, aplicação. Data da entrega: Sexta-feira 28/06/2013
  33. 33. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Regra da Alavanca Inversa: Determinação das Composições e das Quantidades das Fases. 1. Constrói-se uma linha de amarração no campo bifásico na temperatura especificada; 2. Anotam-se as interseções da linha de amarração com as fronteiras entre as fases em ambos os lados; 3. Traçam-se linhas perpendiculares à linha de amarração a partir dessas interseções até o eixo horizontal das composições.; 4. Regra da alavanca invertida. Diagrama de fases das ligas Fe-C
  34. 34. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais Regra da Alavanca Inversa: Determinação das Quantidades das Fases. Co = Composição da Liga CL = Composição do Líquido (L) Cα = Composição de Alfa (α) R = Co-CL e S = Cα -Co Diagrama de fases das ligas Fe-C RS S WLíquidodeFração L  __ RS R WSólidodeFração S  __
  35. 35. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 1 0,5 600 Fração das Fases
  36. 36. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 1 Linha de Amarração 0,5 Fração das Fases
  37. 37. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 1 0,01 Linha de Amarração Fração das Fases Composição das fases: % de C da ferrita e da cementita
  38. 38. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 1 0,01 Linha de Amarração SR 0,5 RS S WFerritadeFração   __ RS R WCFedeFração CFe   33__ Fração das Fases
  39. 39. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 2 600 1,5 Fração dos Microconstituintes
  40. 40. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 2 1,5 Fração dos Microconstituintes Linha de Amarração Ponto eutetóide: Formação de perlita
  41. 41. Sayd Farage David Tecnologia dos Materiais 2 1,5 Fração dos Microconstituintes 0,76 Linha de Amarração SR RS S WPerlitadeFração P  __ RS R WCFedeFração CFe   33__A cementita calculada é formada nesse campo (γ + Fe3C) . É chamada de Cementita Proeutetóide.

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