Aula introdução ciências_dos_materiais-parte1

INTRODUÇÃO A CIÊNCIAS DOS MATERIAIS

Disciplina : Introdução à ciência dos Materiais

Carga horária:

40 aulas/ 2 aulas semanais

Ementa :

Estudo da propriedade mecânica dos materiais, bem como dos diagramas de fases

Objetivos :

Compreender características físicas e estruturais dos materiais metálicos, plásticos e cerâmicos.

Unidade de ensino:

1 – Visão geral dos diferentes grupos de materiais, características, comportamento, propriedades e relação estrutura-propriedade-processo.

2 – Estrutura atômica e ligação interatomica

3 – Estrutura cristalina e amorfa

4 – Imperfeições em sólidos

5 – Diagramas de fase em condições de equilíbrio; Sistema ferro carbono

6 – Deformação elástica e plástica

Procedimento metodológico:

Aulas expositivas e diálogos

Trabalhos individuais e em grupo

Seminário

Avaliações: Data

1° Prova - 30,0 pontos

2° Prova - 30,0 pontos

Trabalhos - 30,0 pontos

PI - 10,0 pontos ( Se não discutir com a turma)

MATERIAIS??

É TUDO AQUILO QUE FORMA OS UTENSÍLIOS USADOS PELO HOMEM;

SÃO AS SUBSTÂNCIAS COM AS QUAIS SE PRODUZEM ARTEFATOS:

• argila,madeira, pedra;

• metais,plásticos, vidros;

•borracha,couro.

PORQUÊ ESTUDAR CIÊNCIAS DOS MATERIAIS ??-Ciência dos Materiais: medicina,eletrônica, farmacêutica, mecânica e metalúrgica.

-Analisa o comportamento dos materiais no tocante as suas partículas sub-atômicas, aos seus átomos, aos seus arranjos atômicos e, finalmente, ao nível macroscópico.

-Trata os materiais em função de suas composições químicas, da natureza e disposições de seus átomos no espaço e da influência dos processos de transformação em suas propriedades e características.

PORQUÊ ESTUDAR CIÊNCIAS DOS MATERIAIS ??-Ciência dos materiais: visa compreender o comportamento e as propriedades dos materiais em função de sua estrutura interna e dos processos utilizados em seu processamento.

PARA SE CONHECER AS PROPRIEDADES E O COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS É PRECISO CONHECER SUA ESTRUTURA

QUAL A RELAÇÃO DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS E ENGENHARIA ?

NOVOS MATERIAIS NA INDUSTRIA:

Novos materiais estão substituindo os antigos na construção de máquinas e equipamentos

NEUTRALIZADORES DE PH:

Resíduos de calcinação e de fabricação de CaC03

“RECICLAGEM” DE MATERIAIS: Conhecer os resíduos, que são materiais, para estudar sua aplicação.

Ex:- PET, perde suas propriedades com a reciclagem,

-Uso de pneus para fabricar tijolos

-Uso de escória da alto-forno na fabricação de cimento

-Uso de resíduos da fabricação de celulose na fabricação de tijolos

FUNÇÃO

PROCESSO

FORMAMATERIAL

METAIS

POLÍMEROS

VIDROS

CERÂMICASCOMPÓSITOS

1-INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS

1.1.HISTÓRICO

Desde o início da civilização os materiais são usados com o objetivo de permitir e melhorar a vida do ser humano.

-PRÉ-HISTÓRIA:

-Pedra lascada e polida

-Descoberta do fogo: uso do barro(cerâmica)

-Barro reforçado com madeira e palha:compósitos

-Metais(cobre,bronze,ferro)

EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS

Materiais sendo constantemente substituídos

Metais Cerâmicas Polímeros Compósitos SemicondutoresBiomédicos

Novos materiais são constantemente desenvolvidos:

Mais leves

Mais baratos

Mais resistentes

2004

Carcaça,freios molas, embreagens,transmissão e engrenagens em aço

-Paineis em compósitos com fbra de carbono(68 kg),

-Estrutura e suspensão em fibra de carbono,

- Rodas em liga de Mg

EXEMPLOS

Blocos de motor que eram fabricados em ferro fundido, hoje são de alumínio

Automóvel experimental projetado pela Chrysler com carroceria produzida em uma única peça de plástico, o que pode resultar em reducão de até 25% de seu preço final (Cortesia Chrysler Corporation, E.U.A.).SEMINÁRIO

Equipamento mais leve, menor consumo de combustível

SEMINÁRIO

Falar sobre as latas de refrí

1.2.CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

Metais Cerâmicas Polímeros Compósitos Semicondutores BiomédicosNaturais

METAIS

Disco de freio-aço

Circuito integrado-ouro

- Átomos arranjados no espaço de forma ordenada(estrutura cristalina),

- Em função disto apresentam boa resistência mecânica e podem ser deformados permanentemente sob a ação de forças externas e são bons condutores de calor e eletricidade.

- Ligas de alumínio: construção de aeronaves

- Ligas de titânio: implantes ortopédicos

- Superligas de níquel: componentes para operação em temperaturas elevadas

Célula UnitáriaComo a rede cristalina tem uma estrutura repetitiva, é

possível descrevê-la a partir de uma estrutura básica, como um “tijolo”, que é repetida por todo o espaço.

Células Não-Unitárias

Célula Unitária

Menor “tijolo” que repetido reproduz a rede cristalina

As 14 redes de BravaisSão 14 as redes cristalina possíveis – iremos estudar as cúbicas

TIPOS DE ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAISÉ o arranjo dos átomos no espaço que se repete, ou que é periódico ao longo de grandes distâncias atômicas( ordem de longo alcance), de modo que quando ocorre a solidificação, os átomos se posicionarão em um padrão tridimensional repetitivo.

É o menor volume que representa( e forma) a estrutura cristalina.

-modelo das esferas rígidas

-modelo das esferas reduzidas

ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS

CCC-Cúbica de corpo centrado

CFC-Cúbica de face centrada

CFC - Ouro

CCC - Cromo

Exemplo real de estrutura cristalina

A rede cfcA rede cúbica de face centrada é uma rede cúbica na qual

existe um átomo em cada vértice e um átomo no centro de cada face do cubo. Os átomos se tocam ao longo das diagonais das faces do cubo.

Número de átomos na célula unitária

Na= 6x1/2 + 8x(1/8) = 4 Relação entre a e r R = a2 => a = 2R2

Fator de empacotamento atômico

FEA cfc = Volume dos átomos = 0,74

Volume da célula A rede cfc é mais compacta

1/2 átomo

1/8 de átomo

Calculo do fator de empacotamento e do parâmetro de rede.

Célula unitária - CFCO parâmetro cristalino “a” da célula unitária, varia em função

da temperatura

A célula unitária da estrutura CFC (cúbica de face centrada) do

ferro- um átomo ocupa cada vértice e um átomo se localiza no centro da face do cubo.

Número de coordenação é doze : cada átomo tem 12 vizinhos mais próximos, situados a uma distância de a /2 (Å a 916ºC).

2

É uma estrutura compacta, em que 74% do espaço disponível está ocupado pelos átomos.