Aula 01 e Aula 02 - aulas um e doisb.pdf

Universidade Federal do Piauí – UFPI
Centro de Tecnologia - CT
Departamento de Engenharia de Produção
ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Prof. Dr. Francisco Rafael Campos de Macedo
Teresina – PI
21 de Novembro de 2023

SÚMULA
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS
2. ESTRUTURA ATÔMICA
3. ESTRUTURA CRISTALINA
4. MICROESTRUTURA (FASES)
5. PROPRIEDADES VS. ESTRUTURA
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS

O curso objetiva apresentar os fundamentos
da Ciência dos Materiais a alunos de pós-
graduação no PPGEM: a inter-relação entre os
diferentes níveis de estrutura que constituem
os materiais e as propriedades aí definidas.
OBJETIVO DO CURSO

PROVAS
2. ESTRUTURA ATÔMICA
3. ESTRUTURA CRISTALINA
4. MICROESTRUTURA (FASES)
5. ESTRUTURA VS. PROPRIEDADES
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS
PROVA 1
PROVA 2

• Serão realizadas duas provas de avaliação;
• Será fornecida uma lista de exercícios sobre o conteúdo da disciplina
para cada capítulo, cuja a entrega é obrigatória, no dia da prova:
- exercícios 1, 2 e 3 no dia da 1a prova;
- 4, 5 e 6 no dia da 2a prova.
• Aluno com nota < 4 deverá fazer recuperação;
• Mais de uma nota < 4, o aluno deverá prestar exame (desde que sua
soma de pontos seja ≥ 6).
• O aluno que desejar recuperar conceito poderá recuperar a nota de uma
prova no dia da recuperação (substituindo a nota anterior).
MÉTODO DE AVALIAÇÃO

APOIO EXTRA-CLASSE
 Os slides das aulas expositivas estarão a disposição dos alunos em no site
SIGAA;
 Para acessar o conteúdo da disciplina o aluno deve se cadastrar neste
site, informando seus dados. No dia seguinte a seu cadastro, basta entrar
no site com seu login e o conteúdo da disciplina estará a disposição;
 Através dos e-mail rafaelcamposprofufpi@gmail, será possível a
comunicação direta com o professor da disciplina, além do envio de
trabalhos e entrega de exercícios, ou esclarecimentos sobre assuntos
ligados à disciplina;
 Os alunos poderão contar ainda com a assistência extra-classe dos
professores pelo telefone 86 9 9805-1741. Não deixe de recorrer ao
professor em caso de dúvida ou necessidade de literatura extra para o
aprendizado na disciplina.

1. Callister Jr., W.D., Materials Science and Engineering an introduction, 3ª Edição,
New York, John Wiley & Sons, 1994.
2. Askeland, Donald R.: The Science and Engineering of Materials, 2ª Edição, London,
Chapman and Hall, 1991.
3. Shackeldford, James F. Introduction to Materials Science for Engineers. New
Jersey, Prentice-Hall, Inc., 4a. Ed. 1996.
4. van Vlack, Lawrence H.: Princípio de ciências dos materiais. São Paulo, Edgar
Blücher, 1970.
5. van Vlack, Lawrence H.: Princípio de ciências e tecnologia dos materiais. 4º Edição,
Rio de Janeiro, Campus, 1984.
6. Anderson, J.C. et al.: Materials Science. 4º Edição, London, Chapman and Hall, 1990.
7. Meyers, Marc A. e Chawla, Krishan K.: Princípios de Metalurgia Mecânica. São Paulo,
Edgar Blücher, 1982.
8. Flinn, Richard A. e Trojan, Paul K.: Materiales de Ingeneria y sus Aplicaciones.
Bogotá, Editorial McGRaw-Hill Latino Americana S.A., 1979.
9. Smith, William F.: Materials Science and Engineering. New York, McGraw-Hill Publ.
Co., 2a. Ed. 1989.
BIBLIOGRAFIA SUGERIDA

CAPÍTULO 1 -INTRODUÇÃO
AOS MATERIAIS

1-1 INTRODUÇÃO
1-2 TIPOS DE MATERIAIS
1-3 RELAÇÃO: ESTRUTURA-PROCESSAMENTO-PROPRIEDADES
1-4 EFEITOS DO MEIO SOB O COMPORTAMENTO DO MATERIAL
1-5 SELEÇÃO DE MATERIAIS

1-1 INTRODUÇÃO
MATERIAIS
Uma definição: ‘Matéria utilizada em aplicações práticas / industriais
Com uso, por exemplo, em:
- máquinas
-artefatos
- dispositivos
- componentes
-estruturas (prédios)
-outros

MATERIAIS
 utilização – desde os primórdios da civilização
 são parte integrante da vida humana
 o conhecimento dos materiais definiu as diversas idades da história da
humanidade: idade da pedra, idade do bronze, idade do ferro
Com uso, por exemplo, em:
- máquinas
- estruturas
- dispositivos
- produtos
2 milhões de anos 5.000 anos 3.000 anos 100 anos 60 anos
400-300 anos
1-1 INTRODUÇÃO

EVOLUÇÃO DA CIÊNCIA DOS MATERIAIS:
compreensão das propriedades dos materiais e a conseqüente capacidade de
desenvolver e preparar novos materiais para aplicações particulares
Obtenção de
Materiais avançados
Materiais inteligentes
Nanomateriais
1-1 INTRODUÇÃO

Aplicações de Nanomateriais na Indústria
Exemplos de aplicação na indústria automobilística
Pintura resistente a riscos e intemperismos
Carros mais leves, seguros, não-poluentes
Carros elétricos com maior autonomia e de
recarga rápida
Nanopaint Convencional
1-1 INTRODUÇÃO

reflexivo
MATERIAIS
1-1 INTRODUÇÃO

EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS ?:
Euprymna scalopo
Mimetismo graças a
nanoreflectores em sua
pele
Pigmentos que mudam de
cor conforme o ângulo de
visão
1-1 INTRODUÇÃO

TODO ENGENHEIRO (HARD)
– manufatura materiais
– processa materiais
– projeta materiais
– constrói com materiais
– seleciona materiais
– testa e analisa materiais
Palheta de turbina
Degradação de materiais uso
seleção
1-1 INTRODUÇÃO

Série LIBERTY: 1000 navios
Gasoduto na Sibéria
Ponte nos EUA
DEGRADAÇÃO/SELEÇÃO DO MATERIAL
OLEODUTO ROMPIDO POR
CORROSÃO EM CAMPINAS, 1990
1-1 INTRODUÇÃO

CICLO GLOBAL DOS MATERIAIS:
MATÉRIA-PRIMA
BÁSICA
metal, papel, cimento,
fibras, produtos químicos
SUCATA
ou
RESÍDUOS
A TERRA
MATÉRIA-PRIMA
BRUTA
carvão, minérios, madeira,
petróleo, rochas,planta,
argilas
MATÉRIA-PRIMA
INDUSTRIAL
cristais, ligas, tecidos,
chapas, cerâmicos, plásticos
BENS DE
CONSUMO
carros, pontes, relógios,
equipamentos, máquinas, prédios
Transformação
ou
Processamento
Uso
ou
Serviço
ou
Desempenho
Fabricação
Montagem
Descarte
Extração
ou
Refino
ou
Processamento
Prospecção ou
Mineração ou
Colheita
Reciclagem
Ciência e
Engenharia
do
Meio Ambiente
Ciência e
Engenharia:
Materiais
aplicados na
Engenharia
ou
TERRA: fonte e depósito de todos os materiais
1-1 INTRODUÇÃO

Alumina metalúrgica Redução: etapa eletrolítica
(eletricidade produzindo reação química)
Fornos de Redução Alumina banho de sais fundidos
Dois eletrodos: transformam o alumínio em líquido (900º)
Refusão: Correção química Transformação em ligas Resfriamento
Material sólido
Ex.: Ciclo do Alumínio
1-1 INTRODUÇÃO

Reciclagem da lata de alumínio
Economia de 95% da energia usada na
obtenção do alumínio
Economia de etapas: evita a extração,
refino e redução
Economia de tempo: uma lata reciclada
volta ao mercado em 90 dias
Economia de recursos naturais (bauxita):
para se produzir 1 ton de alumínio são
necessárias 5 ton de bauxita - mineral
extraído do solo - o que pode ser evitado
com a reciclagem.
1-1 INTRODUÇÃO

1-1 INTRODUÇÃO
• Etapas no processo de fabricação de latas de alumínio para bebidas

Reciclagem de papel
1-1 INTRODUÇÃO

Reciclagem de polímeros
1-1 INTRODUÇÃO

Reciclagem de vidro
1-1 INTRODUÇÃO

Universidade Federal do Piauí – UFPI
Centro de Tecnologia - CT
Departamento de Engenharia de Produção
ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Teresina – PI
28 de Novembro de 2023

• Todo ENGENHEIRO responsável está interessado em melhorar a
performance do que está projetando ou manufaturando
– elétrico (materiais elétricos/dielétricos)
– civil: durabilidade, estética, resistência à corrosão
– automotivos (leves, resistentes e duráveis)
– aeroespacial (densidade/resistência mecânica, alta temperatura)
– mecânico (estruturas, componentes)
– materiais: materiais com melhor desempenho, com menor custo.
1-1 INTRODUÇÃO

• OBJETIVO
– ampliar os conhecimentos dos materiais disponíveis
– entender seu comportamento em geral e seu POTENCIAL de
utilização
– reconhecer os efeitos do meio e condições de serviço -
LIMITAÇÕES
– fornecer subsídios para compreender o comportamento de
materiais em serviço
 seu potencial (e limitações) de utilização em função das
condições de serviço e do meio
1-1 INTRODUÇÃO

CONHECIMENTO CONHECIMENTO
ENCICLOPÉDICO FENOMENOLÓGICO
compreensão das propriedades dos materiais e a conseqüente capacidade de
desenvolver e preparar (novos) materiais para aplicações industriais
1-1 INTRODUÇÃO

• CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS:
CRITÉRIOS
aplicações pela indústria
metais, cerâmicos, polímeros e compósitos
pelo grau de desenvolvimento tecnológico
naturais, empíricos, desenvolvimento científico e projetados
morfologia estrutural
monoestruturados, recobrimentos, gradiente e aleatório

Metálicos Cerâmicos Poliméricos Compósitos
Cobre Porcelana Polietileno Grafite-epóxi
Ferro fundido Vidros Epóxi Carbeto de
Ligas de aço Tijolos Fenólicos cobalto e
Louças Refratários Tungstênio
Classificação dos materiais pela indústria

• Materiais metálicos são geralmente uma
combinação de elementos metálicos.
• Os elétrons não estão ligados a nenhum
átomo em particular e por isso são bons
condutores de calor e eletricidade
• Não são transparentes à luz visível
• Têm aparência lustrosa quando polidos
• Geralmente são resistentes e deformáveis
• São muito utilizados para aplicações
estruturais
Metais

• Materiais cerâmicos são não-metálicos e
inorgânicos.
• Geralmente são óxidos, nitretos e
carbetos
• São geralmente isolantes de calor e
eletricidade
• São mais resistentes a altas
temperaturas e à ambientes severos que
metais e polímeros
• Os materiais cerâmicos são materiais de
alta dureza, porém frágeis
Cerâmicos
CERÂMICAS SÃO FORMADAS PELA COMBINAÇÃO
DE METAIS COM ELEMENTOS C, N, O, P e S.

• Materiais poliméricos são
geralmente compostos orgânicos
baseados em carbono, hidrogênio
e outros elementos não-metálicos.
• São constituídos de moléculas
muito grandes (macro-moléculas)
• Tipicamente, esses materiais
apresentam baixa densidade e
podem ser extremamente flexíveis
• Materiais poliméricos incluem
plásticos e borrachas
Polímeros

• Materiais compósitos são
constituídos de mais de um tipo de
material insolúveis entre si.
• Os compósitos são projetados para a
obtenção de propriedades as quais
não estão presentes em um material
monofásico
• Um exemplo clássico é o compósito
de matriz polimérica com fibra de
vidro. O material compósito
apresenta a resistência da fibra de
vidro associado a flexibilidade do
polímero
Compósitos

As diferentes propriedades dos materiais são determinantes na sua classificação
Condutividade
elétrica
representativa para
diferentes
categorias de
materiais

As diferentes propriedades dos materiais, também determinam a classificação
Resistência
mecânica
representativa para
diferentes
categorias de
materiais

O uso das diferentes classes dos materiais tem sido alterado com a
evolução tecnológica.

• Classificação
dos materiais
Metais
Polímeros
Cerâmicos
Aplicação pela
indústria
Espessura de parede: 0,15 mm
%peso embalagem/conteúdo: 3,85
Densidade (g/cm3): 2,70
Espessura de parede: 0,30 mm
%peso embalagem/conteúdo: 2,90
Espessura de parede:
8,0 mm
%peso
embalagem/conteúdo:
46,80

a) Temperaturas e pressão
de processamento dos
plásticos são menores
se comparados com os
metais e cerâmicas.
Tp= ~250 oC
Necessidade energética para a produção de diferentes
materiais
P
P
O
P
O
M
M
g
A
l
d
i
e
-
c
a
s
t
Z
i
n
c
d
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e
-
c
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S
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l
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n
6
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l
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b
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B
S
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o
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y
e
s
t
e
r
N
y
l
o
n
6
,
6
P
V
C
0
100
200
300
400
500
600
700
Energia
(kJ/cm
3
)
Vantagens do Uso de Polímeros
b) Leveza: PE (ρ = 0,91-0,96 g/cm3) é 3 vezes mais leve que o alumínio
e 8 vezes mais leve que o aço
 Motivação para a indústria de transportes, embalagens e
equipamentos de esporte, onde o peso da peça é uma restrição
importante da performance.

Metais
Cerâmicos
Polímeros

• Classificação dos materiais
Evolução da participação
• dos materiais no peso da
• carroceria dos veículos
• americanos entre 1977 e
• 1999.
Materiais 1977 (%) 1999 (%)
Ferro 15 11
Plásticos 5 8
Outros metais (Al, Cu, Zn, Mg) 5 10
Borracha 4 4
Vidros 2 3
Aço 60 55

Fração mássica (%) dos diferentes
materiais em um carro típico (1994)
Percentual geral dos plásticos utilizados pela
IA
 Materiais e sua conversão em componentes representam mais de 50% do custo de
um carro típico.
 A categoria de maior crescimento é a polimérica, representando em 1994 um mercado
acima de 4 Mton.
O Uso de Polímeros

• Projeto funcional: “Liberdade de projeto” para mudar formas para ocupar o
espaço disponível.
Ex. Tanque de combustível (moldagem por
sopro): permite formas altamente
assimétricas com elevados ângulos de
reentrância, conservando a habilidade de
inserir insertos e controlar a espessura.
• Estilo: Plásticos mudaram quase todo os aspectos da aparência de um carro
1933 - Ford Tudor Sedan 1992 - Renault Matra Zoom
1960: 1% peso dos carros
eram compósitos
1990: 14% peso dos carros
eram polímeros/compósitos

Termofixos – RTM Termofixos - Moldagem por compressão

Competição entre os materiais:
• 1º Chassis em compósito: 1981 (McLaren MP4-1)
• Chassis em fibra de carbono/epoxy (Prost AP-01) após
um acidente (2 impactos laterais, o primeiro a 180Km/h)

Competição entre os materiais:
Boeing 777
Início do projeto: 1990
Entrada em Serviço: 1994
Porcentagem de materiais
compósitos no peso do avião: 9%
Boeing 7E7 Dreamliner
Início do Projeto: Final de 2007
Entrada em Serviço: Prevista para 2008
Porcentagem de materiais compósitos
no peso do avião:
Estimada entre 50 e 60%

•Forros internos: polímeros, compósitos,
cerâmicos
•Aberturas: metal, polímero, cerâmico
ou compósito
•Estrutura: metal (aço estrutural) e
cerâmico (concreto, alvenaria portante)
•Acabamentos: polímero (pintura),
cerâmico, compósito (piso)
• Cobertura: cerâmico, metal,
compósito, polímero
• Classificação dos materiais
Exemplo da utilização de alguns materiais segundo propriedades
típicas na construção civil

 Forros:
Construção Civil

 Divisórias e Biombos:
Construção Civil

Sondas de PE, PVC e PU
Catéteres de PE, PTFE, PU e silicone
Bolsas de PVC e EVA Bolsas de PP
Resinas acrílicas

Spyder Nitro Selenium Stratum Sony Xplod Selenium Extreme Arlen Aluminum
ne papelão Kevlar® Polipropileno Q.C.F Alumínio
e ressonância 37 Hz 27 Hz 22,6 Hz 35 Hz 45 Hz
dade total 0.621 0.55 0.67 0.41 0.73
ico de referência 58 l 94 l 126.9 l 78 l 26 l
ixa indicado 48 l 26 l 28 l 35 l 40 l
700 WRMS 500 WRMS 200 WRMS 650 WRMS 750 WRMS
ra 132,4 dB 130,2 dB 124,2 dB 138,8 dB 131.5 dB
103,4 dB/W 103.2 dB/W 100,2 dB/W 110,8 dB/W 102,0 dB/W
R$ 260 R$ 450 R$ 380 R$ 410 R$ 582
os Graves fortes
Baixo Preço
Caixa pequena
Grave suave e de
qualidade
Freqüência de
ressonância
Caixa pequena
Grave de qualidade
Freqüência de
ressonância
Caixa média
Alto SPL
Grave de qualidade
Resistência do cone
Alta potência
Boa durabilidade
vos Baixa durabilidade
Reprodução não-linear
Preço Baixa potência
Baixo SPL
Preço
Freqüência de
Preço
Caixa grande
Madeira/SBR
PEEK/CF
Nylon

Classificação dos materiais quanto ao
grau de desenvolvimento tecnológico
1. Naturais: utilizados como se encontram na natureza
2. Empiricamente desenvolvidos:
ex. argila vermelha
3. Desenvolvimento científico:
a ciência no desenvolvimento dos materiais
4. Materiais projetados: fabricados
com grau de conhecimento elevado
PROJETADOS:
Viabilização de
projetos de alta
tecnologia

Exemplo: lâmpada de sódio (1000oC) com
tubo de alumina
(100 lúmens/W convencional 15 lúmens/W)
Alumina convencional (opaca) Alumina translúcida
Materiais projetados:
Classificação dos materiais quanto ao
grau de desenvolvimento tecnológico
porosidade: 3% porosidade: 0,3%
Lâmpada de vapor de sódio: o gás em alta temperatura é
guardado dentro de um cilindro translúcido de alumina.
A presença de poros causa espalhamento
de luz, e o material se torna opaco
POROS
A eliminação dos poros e a microestrutura do material com
tamanho de grão menor gera um material translúcido

Classificação dos materiais segundo morfologia
1.Monoestruturados: único conjunto de propriedades
2.Recobrimentos: propriedades da superfície diferente
das do corpo
3.Gradiente material: multicamadas com gradiente
de propriedades
4.Composição aleatória de diferentes materiais: reforço por segunda fase

1-3 RELAÇÃO ENTRE ESTRUTURA-
PROCESSAMENTO-PROPRIEDADES
MATERIAIS PARA ENGENHARIA
desenvolvidos para uso na Indústria
fundamento: CIÊNCIA DOS MATERIAIS
interrelação entre ESTRUTURA e PROPRIEDADES
ESTRUTURA PROPRIEDADES
CIÊNCIA DOS MATERIAIS

MATERIAIS PARA ENGENHARIA
ESTRUTURA
PROPRIEDADES
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
PROCESSO DE FABRICAÇÃO

• MATERIAIS PARA ENGENHARIA
ESTRUTURA NOS MATERIAIS
• ESTRUTURA ATÔMICA
• ESTRUTURA CRISTALINA
• MICROESTRUTURA
• MACROESTRUTURA

– DIVISÃO DA ESTRUTURA NOS MATERIAIS

PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
• MECÂNICAS
• FÍSICAS
• QUÍMICAS

- PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
– mecânicas
• resistência à tração, compressão, flexão
• resistência ao escoamento, à fluência, à fadiga
• ductilidade
• módulo de elasticidade
• resistência ao desgaste
– físicas
• propriedades elétricas
• magnéticas
• térmicas
• ópticas
• densidade
– químicas
• resistência à corrosão

- PROPRIEDADES DE SUPERFÍCIE
DE CORPO
reatividade com o meio,
resistência à corrosão e ao
desgaste, biocompatibilidade,
efeito decorativo
comportamento mecânico,
propriedades elétricas e
magnéticas, condutividade térmica

- PROPRIEDADES DE SUPERFÍCIE
reatividade com o meio, resistência à corrosão e ao
desgaste, biocompatibilidade, efeito decorativo

- PROPRIEDADES DE CORPO
comportamento mecânico, propriedades elétricas e
magnéticas, condutividade térmica

METAIS APLICAÇÕES PROPRIEDADES
Cobre Cabos elétricos
Alta condutividade elétrica, boa
conformabilidade
Fofo cinzento Blocos de motores de combustão
Boa moldagem por fundição, absorção de
vibrações, usinabilidade
Aços Forjados
Boa susceptibilidade a tratamentos
térmicos
CERÂMICOS APLICAÇÕES PROPRIEDADES
SiO2 – Na2O – CaO Vidro de Janela
Boas propriedades óticas e
isolamento térmico
Al2O3, MgO, SiO2 Refratários
Isolamento térmico, alto ponto de
fusão, relativamente inerte ao metal
fundido
Titanato de bário Transdutor para toca-discos
Comportamento piezoelétrico
(converte som e eletricidade)
Exemplos representativos: aplicações e propriedades de cada categoria de material

Exemplos representativos: aplicações e propriedades de cada categoria de material
COMPÓSITOS APLICAÇÕES PROPRIEDADES
Grafite-epóxi
Componentes para a indústria
aeronáutica
Elevada relação resistência
mecânica/peso
Carbeto de W-Co
Ferramentas de corte para
usinagem
Elevada dureza e boa resistência ao
impacto
Aços recobertos com Ti Vasos de reatores
Baixo custo, alta resistência mecânica
do aço com boa resistência à
corrosão do titânio
POLÍMEROS APLICAÇÕES PROPRIEDADES
Polietileno Embalagem para alimentos
Facilmente moldável em filmes
finos, flexíveis e impermeáveis
Epóxi
Encapsulamento para circuitos
integrados
Bom isolamento elétrico e
resistência à umidade
Fenólicos
Adesivos para madeiras
condensadas
Resistência mecânica e à umidade

PROCESSOS DE
FABRICAÇÃO
• FUNDIÇÃO
• LAMINAÇÃO
• EXTRUSÃO
• METALURGIA DO PÓ
• PRENSAGEM
• COLAGEM
• OUTROS ...

– PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
• os materiais precisam adquirir forma e dimensões
para ser utilizáveis na Indústria
• são definidos em função das propriedades dos
materiais iniciais e das propriedades necessárias
para fazer frente às condições de serviço da peça ou
componente

- PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
METAIS
Fundição: areia, vazamento, molde
permanente, cera perdida, lingotamento
contínuo
Conformação: forjamento, extrusão,
estampagem profunda, dobramento,
laminação
Junção: soldagem a gás, por resistência
elétrica, brasagem, a arco, a estanho, por
fricção e por difusão
Usinagem: torneamento, perfuração, fresa,
corte
Metalurgia do pó
CERÂMICOS
Fundição ou colagem
Compactação: extrusão, prensagem e
prensagem isostática
Sinterização
POLÍMEROS
Moldagem por injeção
Conformação: a vácuo, por repuxamento,
por extrusão
SEMI-CONDUTORES
Crescimento de cristais
Deposição química de
vapores
COMPÓSITOS
Fundição, incluindo infiltração
Conformação
Junção: junção adesiva, ligadura por
explosão, por difusão
Compactação e sinterização

- PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
DIFERENTES PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
DIFERENTES MICROESTRUTURAS

• MATERIAIS PARA
ENGENHARIA
– Exemplo da relação
tripartite aplicada a uma
barra de alumínio laminado

– ESTRUTURA
– PROPRIEDADES
– PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
– DESEMPENHO
• como os materiais se comportam nas condições de serviço
• (laboratório, acompanhamento e análise post-mortem)
PROCESSO DE FABRICAÇÃO
DESEMPENHO

• Os materiais têm seu comportamento influenciado
pelo meio em que se encontram:
- TEMPERATURA
- CORROSÃO
- RADIAÇÃO
- DESGASTE

• Temperatura
Tendência:  T  RM
troca
rápida de temperatura - catastrófica
Aumento de
temperatura
diminui a
resistência
mecânica dos
materiais

1-4 EFEITOS DO MEIO SOB O COMPORTAMENTO
DO MATERIAL
• Corrosão
Metais e polímeros reagem com O2 e outros gases
aumento de temperatura reage mais
pode ocorrer corrosão por líquidos
pits, trincas  fratura
Cerâmicos podem ser atacados por outros líquidos cerâmicos
Alumínio
atacado por
bactéria
Hidrogênio dissolvido no
cobre
fratura frágil

• Radiação De alta energia
Ex.: neutrons de reatores nucleares que podem afetar a estrutura interna dos
materiais, diminuir a resistência mecânica e fragilizar o material, devido a
formação de fissuras.
• Desgaste Abrasão
Ex.: pisos cerâmicos desgastados com o tráfego de pessoas
1-4 EFEITOS DO MEIO SOB O COMPORTAMENTO
DO MATERIAL

Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar
um material entre tantos outros?
 Em primeiro lugar, o engenheiro deve caracterizar quais as condições de serviço a que será
submetido o material e levantar as propriedades requeridas para tal aplicação. Deve-se
incluir os fatores de degradação de propriedades, como temperatura de trabalho, agentes
corrosivos - ataque químico, desgaste, radiações, nessas considerações.
 Determinar (ou saber como foram determinados) as propriedades de interesse e saber qual o
desempenho e limitações e restrições no uso dos materiais selecionados.
 Em raras ocasiões um material reúne uma combinação ideal de propriedades, ou seja,
muitas vezes é necessário reduzir uma em benefício da outra. Um exemplo clássico são
resistência e ductilidade, geralmente um material de alta resistência apresenta
ductilidade limitada. Este tipo de circunstância exige que se estabeleça um
compromisso (comprometimento) razoável entre duas ou mais propriedades.
 Disponibilidade de matéria-prima e viabilidade técnica em obter a dimensão e forma da peça
para seu emprego.
 Impacto ambiental da produção e reciclabilidade do material após uso
 Custo total

Em resumo deve-se selecionar um material que:
1. Apresente as propriedades adequadas
Compromisso entre propriedades
Confiabilidade
2. Possa ser processado na forma desejável
3. Seja economicamente viável (matéria-prima e processo de fabricação)
4. Possa ser produzido com baixo impacto ambiental e posa ser reciclado

Material Resistência Mecânica
(MPa)
Densidade Resistência/peso
(m2
s-2
103
)
Polietileno 7 0,83 8
Alumínio puro 45 2,7 17
Cobre puro 207 8,9 23
Aço baixo-carbono 393 7,8 50
Titânio puro 241 4,4 55
Al2O3 207 3,9 53
Nylon 76 1,11 68
Epóxi 103 1,4 74
Aço alto-carbono 614 7,8 79
Si3N4 483 3,2 151
Aço-liga tratado termicamente 1655 7,8 212
Liga de alumínio tratada termicamente 593 2,7 220
Compósito carbono-carbono 414 1,8 230
Liga de titânio tratada termicamente 1172 4,4 256
Compósito Kevlar-epóxi 448 1,4 320
Compósito carbono-epóxi 551 1,4 393
RELAÇÃO: RESISTÊNCIA/DENSIDADE

RELAÇÃO: RESISTÊNCIA/DENSIDADE

1-6 EXERCÍCIOS
(Data de entrega: DATA DA 1a PROVA)
1 Com que se ocupa a Ciência dos Materiais e qual sua importância na engenharia moderna?
2 Diferencie conhecimento fenomenológico e enciclopédico.
3 Classifique os materiais segundo os seguintes critérios: a) aplicação na indústria; b) grau de
desenvolvimento tecnológico e c) morfologia.
4 Cite dois produtos que podem ser classificados como: a) monoestruturado; b) recobrimento; c)
gradiente e d) composição aleatória.
5 Como se interrelacionam estrutura, propriedades, processamento e desempenho em serviço de um
material?
6 Como se divide e qual o critério no estudo da estrutura de um material?
7 Em que estaria baseada a mudança de propriedades de um mesmo material fabricados por diferentes
processos?
8 Diferencie propriedades de corpo e de superfície.
9 Compare a microestrutura de um cobre fundido com a de um cobre trefilado.
10 Do que depende a escolha de um determinado processo de fabricação?
11 Diferencie com suas palavras os tipos de materiais quanto às suas propriedades (físicas, químicas e
mecânicas) típicas.
12 Dê dois exemplos que evidenciam a relação entre estrutura e propriedades dos materiais.

1-6 EXERCÍCIOS
(Data de entrega: DATA DA 1a PROVA)
13 Por que utiliza-se uma alumina translúcida como invólucro de uma lâmpada de sódio?
14 A partir de um material de sua escolha, dê duas aplicações para o mesmo e descreva as
propriedades de interesse em cada aplicação.
15 Como podem se degradar as propriedades dos materiais em serviço? Cite 3 exemplos práticos.
16 Quais são os critérios para a seleção de um material para determinada aplicação.
17 O que é compromisso entre as propriedades de um material?
18 Como a questão ambiental está presente na seleção de um material para determinado emprego.
19. Liste seis diferentes classificações de propriedades dos materiais que determinam sua
aplicabilidade.
20. Cite os quatro componentes que estão envolvidos no design, produção e utilização de materiais, e
descreva brevemente a interrelação entre estes componentes.
21. Cite três critérios que são importantes no processo de seleção de materiais.
22. Defina materiais inteligentes
23. Explique o conceito de nanotecnologia e como esta é aplicada aos materiais.

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