Cincia dos Materiais I
Prof. Dr. Carlos Roberto GrandiniProf. Dr. Carlos Roberto Grandini
Bauru2006
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ProgramaoCincia dos Materiais: Histria e Perspectivas 10/03Estrutura Atmica 17/03Arranjos Atmicos 24/03Imperfeies em Arranjos Atmicos 31/03Movimentao Atmica em Materiais 07/04Primeira Avaliao 28/04Equilbrio Termodinmico: Estado e Fase 06/05Estabilidade de Estados 19/05Transformaes de Fase 26/05Processos de Difuso e Transporte 02/06Segunda Avaliao 09/06Viso Geral sobre Propriedades Fsicas e Aplicaes de Materiais: metais, polmeros, cermicas e vidros, semicondutores, compsitos 23, 30/06Segunda Avaliao 07/07Avaliao Substitutiva 14/07
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Critrio de Avaliao
Mdia de 3 provas;A prova substitutiva, se realizada, substitui a menor nota, independente de for maior ou menor que a anterior;
Conceitos:
10 Mp 9,0 Conceito A8,9 Mp 7,0 Conceito B6,9 Mp 5,0 Conceito CAbaixo de 4,9 Reprovado
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Bibliografia Bsica
D.R. Askeland, P.P. Phul, The Science and Engeneering of Materials, 4th Edition, Thomson, New
York, 2003.
W.D. Callister Jr., Materials Science and Engeneering: an integrated approach, 2th Edition, John Willey, New York,
2005.
J.F. Shackelford - Materials Science for Engineers, 6thEdition, Prentice Hall, New York, 2005.
W.F. Smith, Principles of Materials Science and Engineering, 3rd Edition, McGraw Hill, New York, 1998.
L.H. Van Vlack, Princpios de Cincia e Tecnologia de Materiais, 4a Edio, Campus, Rio de Janeiro, 1984.
C. Kittel, Introduo Fsica do Estado Slido, 5 Edio, Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 1978.
P.W. Atkins, Physical Chemistry, 4th. Edition, OxfordUniversity Press, Oxford, 1992.
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Cincia dos MateriaisCincia dos MateriaisHistHistria e Perspectivasria e Perspectivas
Materiais:
presentes em nosso dia-a-dia;
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engajados em nossa cultura;
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intimamente relacionados com a ascenso do homem:
Idade da pedra:
Idade do bronze:
Idade do ferro:
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Civilizaes antigas:
Evoluo:
materiais naturais:
Pedra, madeira, argila, peles(couro), etc...
Materiais naturais poderiam ser tratados originando outros com propriedades melhores.
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O que so materiais?
Uma parte da matria no universo;
Cincia e Engenharia de Materiais (CEM):
So as substncias cujas propriedades as tornam utilizveis em estruturas, mquinas, dispositivos ou produtos consumveis.
a rea da atividade humana associada com a gerao e com a aplicao de conhecimentos que relacionem composio, estrutura e processamento dos materiais s suas propriedades e aplicaes.
Cincia dos Materiais:
a CEM, em conjunto, formam uma ponte de conhecimentos sobre materiais, que liga as cincia bsicas s diversas especialidades de engenharia.
visa essencialmente a descoberta de conhecimentos fundamentais sobre os materiais.
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Se desejarmos realar a parcela da Cincia dos Materiais neste espectro, devemos agir no sentido de entender a
natureza dos materiais, estabelecendo teorias ou descries que relacionem a estrutura com a composio,
propriedades e comportamento. A Engenharia de Materiais, por seu turno, sintetizar e empregar, tanto os
conhecimentos fundamentais quanto os empricos, no sentido de desenvolver, preparar, modificar e aplicar os
materiais que atendam s exigncias.
Engenharia de Materiais:
se dedica principalmente aplicao desses conceitos.
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Cincia dos Materiais um empreendimento com propsitos que alcanam desde omicromundo dos tomos e dos eltrons at o gigantesco macromundomaterial com funes e servios que apiem o homem na busca das solues para os problemas da sociedade;
sentido mais amplo:
uma multidisciplina que abraa (mas no substitui) algumas disciplinas:
metalurgia e cermicos;
fsica do estado slido e qumica orgnica.
H, por certo, muitos cientistas e engenheiros que so especialistas em materiais - metalurgistas, ceramistas e qumicos especializados em polmeros -
inteiramente envolvidos com a Cincia e Engenharia de Materiais. Um importante registro assinala que a cada seis horas do trabalho profissional de qualquer outro tipo de engenheiro, pelo menos uma hora ele lida diretamente
com materiais e sua utilizao. Para fsicos e qumicos as fraes so bem mais altas.
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Estrutura Propriedades Desempenho
Processamento
Cincia e Entendimento Bsico
Necessidades e Experincias Sociais
Conhecimento Cientfico Conhecimento Emprico
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METAIS
POLMEROS
VIDROS
CERMICASCOMPSITOS
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Classificao dos MateriaisOs materiais so agrupados em trs grupos principais, baseados em princpios qumicos e na estrutura:
Metais: Materiais metlicos so normalmente uma combinao de elementos metlicos;
Possuem eltrons livres;
Bons condutores de eletricidade e calor;
No transparentes;
Muito resistentes;
Facilmente deformveis.
Aplicaes
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Cermicas:
Composies de elementos metlicos e no metlicos;
xidos, nitretos e carbetos;
Argilas, cimento e vidro;
Normalmente isolantes;
Duros e quebradios;
Resistente a altas temperaturas
Aplicaes
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Polmeros:
Plsticos, borrachas e adesivos;
Compostos orgnicos baseados em carbono, hidrognio e outros elementos no metlicos;
Produzidos pela criao de grandes estruturas moleculares a partir de molculas orgnicas;
Baixa condutividade eltrica;
Baixa resistncia temperatura.
Aplicaes
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Em adio, existem outras categorias de importncia que consistem na combinao destes tipos de materiais:
Compsitos:
Formados por dois ou mais tipos de materiais.
Aplicaes
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Compsitos de fibras reforadas (fibras de carbono em matriz polimrica) utilizados na estrutura de bicicletas.
Partes do corpo de carros de corrida, e de alguns veculos comuns, so feitos de fibras de vidro em matriz polimrica.
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Semicondutores:
Possuem propriedades eltricas intermedirias entre condutores e isolantes;
Sensveis presena de impurezas.
Aplicaes
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Nanomateriais:
So materiais contendo cristais ou clusters de tomos com dimenses da ordem do nanmetro, que corresponde a uma escala intermediria entre o tomo isolado e o material macroscpico.
Aplicaes
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Biomateriais:
So materiais biolgicos que so implantados no corpo humano.
Aplicaes:
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O projeto de James Auger e Jimmy Loizeau, pesquisadores do Laboratrio de Mdia do Massachusetts Institute of Technology -MIT em Dublin, na Irlanda, desenvolveu um dente que pode ser usado para receber sinais de um telefone celular.
O dispositivo apenas um conceito e sequer um prottipo foi construdo. SegundoAuger, necessrio esperar que haja interesse comercial na idia.
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Existem vrias propriedades que devem ser levadas em considerao no desenvolvimento de materiais e/ou alternativas de processo e aplicaes:
Econmicas
Mecnicas
Superficiais
Fabricao
Fsicas e Qumicas
Microestruturais
Estticas
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FUNO
PROCESSO
FORMAMATERIAL
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Preo Custos Financeiros Valor de Mercado Incentivos Fiscais Disponibilidade Fornecedores Alternativos Materiais com Propriedades Equivalentes Atualizao Tecnolgica Cincia e Tecnologia Evoluem Rapidamente! Necessrio Estudo Permanente
Propriedades Econmicas
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Propriedades Mecnicas
Resistncia
Dureza
Ruptura
Fadiga
Escoamento (incio da deformao plstica)
Fluncia (processo lento de deformao, depende da temperatura e tempo)
Desgaste, etc.
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Corroso
Desgaste
Abraso
Adeso
Eroso
Revestimento
Propriedades Superficiais
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Usinagem
Soldagem
Colagem
Fundio
Conformao
Acabamento
Propriedades de Fabricao
METALURGIA DO P
As peas so produzidas a partir de pequenas partculas na forma de p, aquecidas sob presso dentro de uma matriz, abaixo da temperatura de fuso.
Este processo de consolidao chamado de Sinterizao
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Propriedades Fsicas e Qumicas
Eltricas (resistncia, piezo e termoeletricidade)
Magnticas
ticas (cor, transparncia, refrao, absoro)
Trmicas
Dilatao
Durabilidade Qumica
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Propriedades Microestruturais
Tipo (cristalina, cadeias, amorfa)
Cristalizao (CFC, CCC, HC, ...)
Defeitos (discordncias, vazios)
Fases
Solubilidade
Tratamentos Trmico
Dendrites numa superliga base de nquel
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Propriedades Estticas
So propriedades que variam muito com o tempo e so difceis de quantificar, mas tm grande valor econmico.
Aparncia
Textura
Tato
Jeito
Moda
