INTRODUÇÃO À CIÊNCIAS DOS MATERIAIS

Prof. Carlos César Pestana

São Paulo2009

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ASSUNTO

1. Introdução à ciência e engenharia dos materiais e classificação dos materiais

INTRODUÇÃO

�Ciência dos materiais faz parte do para todas as áreas tecnológicas

As propriedades dos materiais definem:� o desempenho de um determinado

componente e o processo de fabricação do mesmo

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O número de materiais cresceu muito nas últimas décadas e a tendência éde se proliferarem mais num futuro

próximo

� Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de extração de materiais da natureza

� Modificação de materiais naturais� Combinação de materiais conhecidos para a

formação de novos materiais

Entre 40000 e 80000 diferentes, contando as variantes

de tratamento térmico e composiçãode cada material

QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ?

COMO ESCOLHER ??

Como definir qual o melhor material para um determinado fim?Exemplo: Copo

�Vidro�Cerâmica�Plástico�Madeira�Metal�Papel

� Custo� Durabilidade� Aparência� Finalidade� Existência no mercado� Resistência térmica� Resistência mecânica� Resistência elétrica� Resistência a

Intempéries � Produtividade� Lucratividade

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Quais os critérios que deve adotar para

selecionar um material entre tantos outros?

1º)Quais as condições de operação que será submetido o material

2º)Levantar as propriedades requeridas3º)Como esses valores foram

determinados4º)Quais as limitações e restrições

quanto ao uso destes materiais

Quais os critérios que deve adotar para selecionar

um material entre tantos outros?

� A segunda consideração na escolha do material refere-se ao levantamento sobre o tipo de degradação que o material sofrerá em serviço.

� Por exemplo, elevadas temperaturas e ambientes corrosivos diminuem consideravelmente a resistência mecânica.

Quais os critérios que deve adotar para selecionar

um material entre tantos outros?

� Finalmente, a consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica:

Qual o custo do produto acabado??? Um material pode reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo elevadíssimo.

SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO

�Resistência à tração:Material Aço-liga Ti Al PRFC

(alta resist.)

Resist. (MPa) 1000 800 500 700à tração

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SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO

�Resistencia /peso:

Material Aço-liga Ti Al PRFC(alta resist.) (AA7074)

133 170 185 390

SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO

�Ex. Custo em Kg/US$:

Material Aço-liga Ti Al PRFC(alta resist.) (AA7074)

0,75 15 3 20

INDÚSTRIA DE PONTA PRODUÇÃO EM MASSA

TIPOS DE INDÚSTRIA - INFLUÊNCIA DOS MATERIAIS

SELEÇÃO CUIDADOSA(FATOR CUSTO SECUNDÁRIO)

SELEÇÃO CUIDADOSA(FATOR CUSTO PRIMORDIAL)

• Grande exigência tecnológica

• Utilização dos mate-riais nos limites

• Produtos nãodiferenciados

• Utilização de materiais abaixo dos limites

Quais os critérios que deve adotar para selecionar

um material entre tantos outros?

� Dificilmente 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.

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

�Metais�Cerâmicas�Polímeros�Compósitos�Semicondutores�Biomateriais (Mat. Biocompatíveis)

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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

Metais � elementos metálicos

� condutores de calor

� condutores de eletricidade

� Não são transparentes

� Têm aparência polida

� resistentes e deformáveis

� aplicações estruturais

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

Cerâmicas � combinação de elementosmetálicos e não-metálicos

� são óxidos, nitretos e carbetos

� isolantes de calor e eletricidade

� resistêntes à altas temperaturas

� resistêntes à ambientes severos

� são duras, porém frágeis

� são leves

ALUMINA

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

Polímeros� compostos orgânicos

� moléculas muito grandes

� baixa densidade

� extremamente flexíveis

� plásticos

� borrachas

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

� Compósitos� constituídos de vários materias

� características melhoradas

� desenvolvimento recentes

� fibra de vidro

� fibra de carbono

� resistência da fibra associado a flexibilidade do polímero

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

� Semicondutores� propriedades elétricas

intermediárias entre metais e isolantes

� sensíveis à impurezas

� circuito integrado querevolucionou as indústrias

� Ex: Si, Ge…�� �

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

� Biomateriais � Biomateriais são empregados emcomponentes para implantes de partes em seres humanos

� Esses materiais não devemproduzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não devecausar rejeição).

� Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usadoscomo biomateriais.

EVOLUÇÃO DA UTLIZAÇÃO DOS MATERIAIS

MATERIAIS AVANÇADOS� São materiais utilizados em aplicações de

tecnologia de ponta.

� Exemplos destas aplicações incluem: equipamentos eletrônicos (VCRs, CD players, DVDs), computadores, sistemas de fibra óptica, foguetes e mísseis militares, detectores, lasers, displays de cristal líquido, indústria aeroespacial, etc.

ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE A NECESSIDADE DE MATERIAIS MODERNOS

Apresentação:- Alto desempenho- Baixo peso e alta resistência- Resistência à altas temperaturas- Ecologicamente corretos- Reciclados- Regenerados

Bibliografia)

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Prof. Carlos Pestana – LPF I