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MINISTRIO DA EDUCAO
SECRETARIA DE EDUCAO PROFISSIONAL E TECNOLGICA
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DE SANTA
CATARINA
CAMPUS JOINVILLE
CURSO DE TCNICO EM MECNICA INTEGRADO AO ENSINO MDIO
UNIDADE CURRICULAR:
Cincia dos Materiais CM2
ESTRUTURA DE METAIS, CERMICAS E PLSTICOS
Professor: Paulo Srgio Bayer
Joinville - SC 2013
NOME:
...................................................................................................................
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Sumrio Introduo Cincia dos Materiais
...................................................................................2
Estrutura atmica e ligaes
qumicas.....................................................................................4
1. Materiais metlicos (metais)
.........................................................................................7
1.1 Estrutura cristalina
............................................................................................................7
1.2 Imperfeies da estrutura cristalina dos slidos
............................................................. 9
1.3 Diagrama de
fases............................................................................................................11
1.6.4 Diagrama de fases das ligas ferro-carbono
..................................................................17
Lista de exerccios
..................................................................................................................19
Micrografia
tica....................................................................................................................19
2.Materiais cermicos (cermicas)
..................................................................................27
2.1 Estrutura
.........................................................................................................................
28
2.2 Processamento
................................................................................................................30
Lista de questes
...................................................................................................................35
3. Materiais plsticos (polmeros)
...................................................................................37
3.1
Estrutura...........................................................................................................................38
Lista de questes
...................................................................................................................45
3.2 Processamento
................................................................................................................47
Lista de questes
...................................................................................................................63
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INTRODUO CINCIA DOS MATERIAIS tecnologia: a indstria trabalha
com as variveis de processamento de um material que influenciam sua
estrutura e propriedades; variveis: composio, temperatura, tempo,
carga, etc. Por exemplo, na indstria de fundio as variveis
importantes so a composio do material metlico e a velocidade de
resfriamento do metal no molde;
estrutura de um material:
visvel (a olho n) 1 mm .......... macroestrutura
visvel (lentes) 0,001 mm (1 m) ...... microestrutura
visvel (sonda) 0,001 m (1 nm) ....... nanoestrutura
Sua, 1981 inveno do microscpio de varredura por
tunelamento;
1 nanmetro ( um bilionsimo do metro)
1 tomo 0,3 nm
1 fio de cabelo 30.000 nm
propriedades: caractersticas de um material em relao ao tipo e
intensidade de resposta a certos estmulos que lhe so aplicados.
propriedades estmulo resposta mecnica fora deformao eltrica
campo eltrico condutividade, cte. dieltrica
magntica campo magntico magnetizao de saturao trmica calor
condutividade trmica
tica luz ou outra radiao ndice de refrao A relao linear entre:
PROCESSO DE FABRICAO ESTRUTURA PROPRIEDADES DESEMPENHO tecnologias
de fabricao integridade ou falha
em servio
Escalas de tamanho
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Por exemplo, a alumina uma cermica que apresenta diferentes
propriedades ticas, dependendo de sua estrutura, conforme ilustra a
Figura 1.
Figura 1) Propriedades ticas da alumina.
Por que estudar Cincia dos materiais? Para selecionar
corretamente os materiais para a construo de mquina ou equipamento
mecnico. Existem critrios para seleo de um entre vrios materiais
disponveis para uma aplicao especfica:
as condies de servio ditam as propriedades exigidas; o custo do
material e do processo de fabricao.
Classificao dos materiais
A classificao mais comum dos materiais slidos baseia-se na
estrutura atmica e composio qumica. Sob estes aspectos, as trs
classes de materiais resultantes so as seguintes: metais, cermicas
e polmeros. Existem outros grupos que, alm destes, so importantes
do ponto de vista tecnolgico: compsitos, semicondutores e
biomateriais. O diagrama da Figura 2 apresenta a classificao do
ponto de vista dos materiais metlicos e no metlicos, com as
subsequentes classes de materiais usados na fabricao mecnica.
Figura 2. Classes de materiais usados na fabricao mecnica.
A seguir so dadas as definies dos materiais de construo
mecnica:
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Materiais metlicos: so formados essencialmente por um metal ou
pela combinao de elementos metlicos, mas que podem conter elementos
no metlicos ou semi-metlicos em menor proporo; aproximadamente 2/3
dos elementos so metais. Caractersticas: so opacos, possuem brilho,
conduzem bem o calor e a eletricidade, e podem ser deformados. Ex.
ao (Fe-C), lato (Cu-Zn) etc.
Materiais cermicos: so materiais inorgnicos formados por
elementos metlicos e no metlicos. Caractersticas: no tem o brilho
metlico, so isolantes de calor e eletricidade, possuem dureza
elevada e so frgeis. Ex. alumina (xido de alumnio), quartzo (xido
de silcio), zircnia (xido de zircnio), carbetos e nitretos.
Materiais plsticos (polmeros): so materiais orgnicos formados
pela unio de grandes cadeias moleculares (polmeros), com estrutura
constituda por carbono, hidrognio e elementos no-metlicos. Ex.
polietileno ...-C2H4-..., PVC ...- C2H3Cl-...
Compsitos: so materiais formados pela combinao de mais de um
tipo de material. Ex. fibra de vidro, metal duro, etc.
Semicondutores: materiais que exibem propriedades intermedirias
entre aquelas apresentadas pelos condutores eltricos e isolantes.
Ex. Si, Ge, GaAs.
Biomateriais: so materiais destinados fabricao de dispositivos
biomdicos. Ex. Ti6Al4V, Ti puro, porcelana dental, alumina,
hidroxiapatita.
1.1 Estrutura atmica e ligaes qumicas.
O tipo de ligao interatmica e o arranjo geomtrico dos tomos em
um slido permite explicar suas propriedades. A seguir so abordados
aspectos da estrutura de um tomo, que nos auxiliam na compreenso de
como ocorrem as ligaes qumicas em materiais.
Estrutura atmica Elemento qumico: nmero de prtons = nmero atmico
(Z) nmero atmico = nmero de eltrons massa do tomo (A): mA = mp +mn
A = Z + N O nmero de prtons o mesmo para um elemento, mas o seu
nmero de nutros pode no ser; tem-se assim os istopos do elemento
(massa diferentes para um mesmo elemento); massa atmica (peso
atmico) = A = mdia das massas dos istopos que ocorrem na natureza
Em que unidade expressamos a massa de um tomo? em gramas ?
ncleo (prtons + nutrons) mp = mn = 1,67 x 10-27 kg
eltrons me = 9,11 x 10-31 kg
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massa do istopo mais comum do elemento carbono (C12) = mc mc /
12 = 1 unidade de massa atmica (u.m.a.) 1 g = 6,023 x 1023 u.m.a.
(nmero de Avogadro) um mol da substncia = 6,023 x 1023 tomos ou
molculas 1 uma/tomo (ou molcula) = 1 g/mol ex. massa atmica do
ferro mFe = 55,85 uma/tomo ou mFe = 55,85 g/mol Os eltrons que
giram ao redor do ncleo atmico situam-se em diferentes nveis de
energia (camadas). Alm disso, cada elemento apresenta uma
configurao eletrnica particular. Os eltrons da camada mais externa
(de valncia) participam da ligao entre tomos, formando os
agrupamentos atmicos ou molculas. Na tabela peridica os tomos de
elementos com configurao eletrnicas estveis so Ne, Ar, Kr, He
(gases inertes). Ligaes interatmicas
Cada material apresenta diferentes magnitudes de energia de
ligao e forma da curva de energia, pois ambas dependem do tipo de
ligao interatmica. A figura acima mostra que a energia de ligao
mnima na distncia interatmica de equilbrio. Ligaes primrias
Ligao inica: a ligao em que o tomo metlico cede seu(s) eltron(s)
de valncia para o tomo adjacente no metlico, para formar a
configurao eletrnica estvel. Ex. Sal (NaCl) uma grande parte das
cermicas possui % de carter inico em sua estrutura;
Ligao covalente: a ligao formada pelo compartilhamento de
eltrons entre tomos adjacentes, produzindo a configurao eletrnica
estvel. Ex. (C2H4)n. A ligao covalente forte. Entretanto, nos
polmeros as ligaes entre as grandes molculas so fracas.
Ligao metlica: a ligao formada pelos eltrons de valncia do metal
(carga negativa) com os ncleos inicos do mesmo (ncleos e demais
eltrons = carga positiva). A ligao pode ser forte ou fraca
dependendo da energia de ligao.
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Ligaes secundrias ou de Van der Waals. Algumas das propriedades
dos plsticos so dependentes das ligaes fracas de dipolo e de
hidrognio entre as molculas.
1.2 Estrutura cristalina dos materiais Muitos materiais slidos
possuem uma ordenao de longa distncia no arranjo de seus tomos
constituintes, que denominada rede cristalina. A menor poro da rede
com caracterstica geomtrica definida denominada clula unitria do
sistema cristalino. Existem 07 sistemas cristalinos, e seus
parmetros de rede so dados por relaes axiais (a, b, c) e ngulos
axiais (, , ).
1.MATERIAIS METLICOS (Processamento, Estrutura, Aplicaes)
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Algumas indstrias metalrgicas e mecnicas tm como meta principal
a fabricao de peas metlicas para setores tais como automobilstico,
eletrodomstico e aeronutico. Os processos de fabricao empregados
podem ser classificados em dois grupos: conformao (fundio,
soldagem, metalurgia do p, forjamento, laminao, extruso, trefilao)
e usinagem (torneamento, fresamento, furao, retfica, eletroeroso).
Os parmetros de processo influenciam a microestrutura do material
de uma pea, determinando a sua qualidade final em termos de
desempenho (propriedades). Durante a solidificao, os tomos do metal
se agrupam de acordo com uma ordem de longo alcance, o que define a
sua estrutura cristalina. A seguir so apresentadas as
caractersticas das principais estruturas cristalinas dos metais.
1.1 Estrutura cristalina cbica de faces centradas (CFC) (Al, Cu,
Ni, Pb, Au, Ag ...)
no de tomos / cl. unit. CFC = 8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4 tomos /
clula
1.2 Estrutura cristalina cbica de corpo centrado (CCC) (Fe , Cr,
Mo, W, ...) no de tomos / cl. unit. CCC = 8 x 1/8 + 1 = 2 tomos /
clula
1.3 Estrutura cristalina hexagonal compacta (HC) (Ti , Zn, Co,
...)
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no de tomos / cl. unit. CCC = 12 x 1/6 + 2 x 1/2 + 3 = 6 tomos /
clula
As estruturas mais empacotadas so a CFC e a HC, ou seja, o
volume ocupado por tomos na clula maior em relao a estrutura CCC.
Isto pode ser demonstrado atravs do clculo do fator de
empacotamento atmico (f.e.a.): f.e.a.(CCC) = volume dos
tomos/volume da clula =(2 x (4/3 r3)) /a3 dC2 = a2 + (a2)2 ( 4 r )2
= 3a2 a = 4 r /3 f.e.a.(CCC) = (2 x (4/3 r3 )) / (4 r /3)3 = 0,68
(68% do volume da clula CCC ocupada por tomos)
LISTA DE EXERCCIOS No 01 1) Calcular o f.e.a. dos metais CFC. 2)
Calcular a densidade terica (verdadeira) do elemento ferro e
comparar com a densidade medida
experimentalmente (Fe= 7,85 g/cm3). Dados: mFe = 55,85 uma
rFe = raio atmico do ferro = 0,1241 nm 1.4 Polimorfismo e
alotropia. Um metal ou no metal pode ter mais do que uma estrutura
cristalina. Esta caracterstica denominada polimorfismo; o polimorfo
a forma ou hbito cristalino do material. A alotropia corresponde
mudana de estrutura cristalina do slido elementar devido mudana de
temperatura ou presso. Por exemplo, o ferro puro = Fe (ferrita) CCC
na temperatura ambiente transforma-se em Fe (austenita) CFC na
temperatura de 912 C. Geralmente, os diferentes polimorfos de um
mesmo elemento ou composto tm algumas propriedades fsicas
distintas, tais como densidade, expanso trmica etc.
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1.5 Imperfeies em slidos. No interior de um material cristalino
no existe uma ordem atmica perfeita, pois todos os materiais
possuem defeitos ou imperfeies. As imperfeies existentes no
material influenciam suas propriedades. Por isso, importante o
conhecimento dos tipos de imperfeies e como elas afetam o
comportamento dos materiais. Um metal puro, por exemplo, pode
exibir melhores propriedades se lhe forem adicionados tomos de
impurezas; o caso do aumento da dureza e resistncia mecnica da
prata pura resultante de adies de 7,5% em peso cobre. Um
semicondutor de circuito integrado (computadores, calculadoras
etc.) outro exemplo do benefcio de concentraes controladas de tomos
de impurezas no material, as quais regem suas propriedades
eltricas. defeito cristalino : irregularidade na rede cristalina
com uma ou mais de suas dimenses na ordem de um dimetro atmico.
Defeitos pontuais Lacuna: uma posio atmica vaga na rede cristalina,
ou seja, a falta de um tomo na rede.
Autointersticial: um tomo do cristal que est comprimido em uma
posio intersticial (espao vazio na rede que normalmente no
ocupado). Impurezas em slidos: no possvel existir um metal puro
costitudo de somente um tipo de tomo (elemento). Sempre estaro
presentes outros elementos como impurezas (ou tomos estranhos) que
podero existir na forma de defeitos pontuais da rede cristalina.
Refino de um metal 99,9999 % (possui tomos de impurezas da ordem de
1022 a 1023 tomos/m3). Os metais mais conhecidos so ligas devido ao
aumento da resistncia mecnica e resistncia corroso. Ex. prata de
lei, ao inoxidvel. ADIO DE TOMOS SOLUO SLIDA DEPENDENDO DE
IMPUREZAS E/OU COMPOSTO - tipos de impurezas - concentraes -
temperaturas
solvente: elemento ou composto em maior quantidade SOLUO
SLIDA
soluto: elemento ou composto em menor quantidade Na soluo slida
os tomos de soluto so adicionados e a estrutura cristalina do
elemento hospedeiro (solvente) mantida. A composio homognea em todo
o volume do material, ou seja, os tomos esto distribudos
uniformemente no interior do slido). Assim ocorre tambm com uma
soluo lquida, por exemplo na soluo gua + lcool, que formada por uma
mistura de molculas que tm composio homognea em toda a sua
extenso.
Soluo slida substitucional : tomos de solutos substituem os
tomos hospedeiros. Ex. Nquel em Cobre
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REGRAS DE SOLUBILIDADE SLIDA: Ser maior o grau de solubilidade
(ou o grau de dissoluo do soluto no solvente) se: 1o ) a diferena
dos raios atmicos do solvente e do soluto no ultrapassar 15%; 2o )
a estrutura cristalina for a mesma; 3o ) a eletronegatividade for
prxima; 4o ) forem iguais os fatores acima, um solvente dissolver
maior quantidade do soluto que tiver maior valncia. Soluo slida
intersticial: tomos de impureza nos interstcios que existem entre
tomos hospedeiros (concentrao 10 %). O dimetro atmico do soluto
deve ser muito menor do que o do solvente. Ex. Carbono no ferro.
Defeitos lineares discordncias A discordncia o defeito gerado pelo
deslocamento de uma linha de tomos de suas posies de equilbrio na
rede cristalina, em torno da qual existe uma distoro na rede.
Discordncia aresta: quando existe um plano extra de tomos na rede,
ficando definida um linha de tomos na extremidade deste plano.
Discordnica espiral: cisalhamento de planos cristalogrficos que
produz o deslocamento de uma distncia atmica de plano de tomos
superior em relao ao plano de tomos inferior. A distoro ocorre ao
longo de uma linha de deslocamento atmico. Discordncia mista: a
maioria das discordncias encontradas em materiais cristalinos no
puramente aresta ou espiral, mas uma combinao de ambas. Um vetor
pode ilustrar a magnitude e a direo da distoro da rede (vetor de
Burgers, b). Aresta: b linha de discordnica ( b perpendicular
linha); Espiral: b // linha de discordnica ( b paralelo linha);
Mista: b no nem perpendicular nem paralelo linha de discordnica. Em
materiais metlicos b aponta para a direo compacta (de maior
densidade linear). As discordncias em materiais pode ser visvel
atrav de microscopa eletrnica de transmisso. Defeitos planares
(interfaciais) superfcies externas, contornos de gros, contornos de
macla, contornos de fase, falha de empilhamento. Estes defeitos so
bidimensionais e separam os constituintes dos materiais que tm
diferentes orientaes cristalogrficas e/ou diferentes estruturas
cristalinas.
Superfcies externas: so contornos do material onde termina a
estrutura do cristal. Os tomos de superfcie possuem maior energia
em relao aos tomos internos, por no estarem ligados a um mximo de
tomos vizinhos.
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Contornos de gro: os materiais policristalinos so formados por
infinidades de gros ou cristais com diferentes orientaes
cristalogrficas que so separados pelos contornos bidimensionais.
Este contorno possui a dimenso de poucas distncias interatmicas,
possuindo desncontros atmicos na regio da rede entre as diferentes
orientaes cristalogrficas de gros adjacentes. Os contornos de gro
so arranjos de discordncias e, portanto, uma regio de maior energia
em relao ao interior do cristal. Existem contornos de gro de baixo
e alto ngulo, dependendo da orientao cristalogrfica dos gros
adjacentes. Contornos de macla: tipo especial de contorno de gro
por meio do qual existe simetria em espelho da rede cristalina. As
maclas podem ser produzidas por deformao (metais CCC e HC) ou por
recozimento (metais CFC). Defeitos interfaciais diversos: ainda
podem existir defeitos oriundos de falhas de empilhamento e
contornos de fase; a fase pode ser um composto ou um gro de outro
elemento ou com outra estrutura cristalina. 1.6 Diagramas de fases.
Os diagramas de fases so grficos que ilustram o comportamento
trmico de ligas metlicas e materiais cermicos. Estes grficos
mostram constituintes de materiais em funo da composio e
temperatura, sendo, portanto, importantes fontes de consulta tanto
para a fabricao de ligas como para o projeto e controle de
tratamentos trmicos destas ligas. As microestruturas desenvolvidas
esto relacionadas ao processo trmico utilizado. Uma liga formada
por componentes, que podem ser metais puros e/ou compostos; por
exemplo, os metais Cu e Zn so os componentes do lato cobre-zinco.
Um sistema consiste de uma srie de ligas possveis com os mesmos
componentes, o que define uma composio diferente para cada liga do
referido sistema. A soluo slida formada por pelo menos dois tipos
de tomos: soluto que ocupa posies substitucionais ou intersticiais
da rede cristalina do solvente, sendo que o solvente mantm sua
estrutura cristalina. Existe um limite de concentrao de soluto no
solvente denominado limite de solubilidade, que a concentrao mxima
do soluto no solvente para formar a soluo slida numa dada
temperatura. A adio de soluto em excesso, isto , alm deste limite,
produz outro constituinte de composio diferente da soluo slida.
Para ilustrar o comportamento da mistura de dois componentes (gua e
acar ), toma-se como exemplo 1 kg da soluo (mistura). A figura 3
mostra o diagrama do sistema gua e acar, onde est indicada a curva
limite de solubilidade.
Figura 3 Diagrama de fases para um sistema formado pela dissoluo
do acar na gua.
Base 1 kg de soluo
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T = 0 oC mgua = 400 g 40% em peso de gua macar = 600 g 60% em
peso de acar
T = 20 oC mgua = 350 g 35% em peso de gua macar = 650 g 65% em
peso de acar
T = 100 oC mgua = 200 g 20% em peso de gua macar = 800 g 80% em
peso de acar
FASE: parte homognea de um sistema que tem caractersticas fsica
e qumica uniformes. ex. metal puro, composto puro, soluo slida,
lquida e gasosa. A soluo de gua e acar (xarope) da Figura 3 uma
fase, pois uma soluo homognea. Exerccios: verificar as fases
presentes nos seguintes sistemas: 1) xarope e acar
(slido=cristais): Resp.: duas fases com diferente composio qumica e
diferente propriedade fsica (uma fase lquida e a outra slida); 2)
gua e gelo: Resp.: duas fases com igual composio qumica e diferente
propriedade fsica (uma fase lquida e a outra slida); 3) liga de
titnio Ti6Al4V (esto presentes nesta liga as duas formas
polimrficas do metal titnio: Ti (CCC) e Ti (HC)). Resp.: duas fases
slidas com diferente composio qumica e diferente propriedade fsica
(uma fase CCC e a outra HC); Microestrutura: as aparncias das fases
presentes no material so reveladas atravs da tcnica de
metalografia, a qual consiste da preparao da amostra e observao ao
microscpio. Equilbrio de fases: as fases presentes de material
coexistem em equilbrio quando no so alteradas suas quantidades e
composio qumica, aps transcorrido qualquer intervalo de tempo. O
tempo para atingir o equilbrio de fases muito longo em sistemas
slidos e, portanto, estes sistemas encontram-se num estado de
no-equilbrio ou metaestvel. Os diagramas de fases em equilbrio
ilustram as relaes entre temperaturas, composies e quantidades
relativas de fases em condies de equilbrio. 1.6.1 Sistema isomorfo
binrio. Diagrama de fases binrio do sistema cobre-nquel.
Figura 4 Diagrama de fases cobre-nquel (Cu-Ni).
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Especificao da composio: concentrao dos elementos (Ci).
Porcentagem em peso: peso de um elemento em relao ao peso total dos
elementos. (base 1 kg = 1000 g da liga) Clculo da porcentagem em
peso de cobre para uma massa de 1 kg da liga Cu-Ni40: mCu 600 CCu =
__________ x 100 = _____________ x 100 = 60.000 = 60 % mCu + mNi
600 + 400 1.000 Clculo da porcentagem em peso de nquel para uma
massa de 1 kg da liga Cu-Ni40: mNi 400 CNi = __________ x 100 =
_____________ x 100 = 40.000 = 40 % mNi + mCu 400 + 600 1.000
DETERMINAO DA QUANTIDADE RELATIVA DE FASES PRESENTES EM UMA LIGA
(REGRA
DA ALAVANCA):
Exemplo: A composio Co da liga cobre-nquel ilustrada na poro do
diagrama de fases cobre-nquel acima Cu-Ni35%. Calcular as
quantidades relativas de fases presentes em equilbrio na
temperatura de 1250 C. Soluo: A quantidade relativa de fase lquida
e fase slida a 1250 oC para a liga Cu-Ni35 % Lq. = BC = C - Co x
100 = 42,5 - 35 x 100 = 0,68 x 100 = 68 % AC C - CLq. 42,5 - 31,5 %
= AB = Co - CLq. x 100 = 35 - 31,5 x 100 = 0,32 x 100 = 32 % AC C -
CLq. 42,5 - 31,5 Obs.: a aplicao da regra da alavanca (ou do trao
inverso) tambm permite o clculo de quantidades relativas em peso
das duas fases slidas de uma liga bifsica na temperatura
ambiente.
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1.6.2 Sistema euttico binrio. Diagramas de fases binrio dos
sistemas cobre-prata e chumbo-estanho. Os sistemas eutticos binrios
so aqueles em que uma mistura adequada de dois elementos produz uma
liga que possui menor ponto de fuso do que qualquer um dos
elementos em separado. O termo euttico significa facilmente
fundido. O diagrama que ilustra as fases presentes nas ligas
conhecido como diagrama de fases euttico binrio. Nesse diagrama so
mostradas duas fases slidas ( e ) e uma lquida. Por exemplo, no
sistema cobre-prata da Figura 5 a fase uma soluo slida rica em
cobre (fase CFC contendo a prata como soluto), e a fase a fase rica
em prata contendo cobre como elemento soluto (fase CFC). O limite
de solubilidade do soluto nas solues slidas e definido pelas linhas
solvus BC e slidus AB / solvus GH e slidus FG respectivamente. A
linha horizontal BEG pode tambm ser considerada uma linha slidus.
Ao se observar a linha AE, nota-se que na medida em que a prata
adicionada ao cobre puro, a temperatura na qual o cobre torna-se
totalmente lquido diminui. Do mesmo modo, na medida em que o cobre
adicionado prata pura, a temperatura na qual a prata est totalmente
lquida diminui (linha FE). O ponto E o ponto de encontro dessas
linhas lquidus com a isoterma BEG. Este ponto E denominado ponto
euttico, e tem coordenadas (CE , TE ). Em uma liga de composio CE
(liga euttica) durante o aquecimento/resfriamento ocorre a seguinte
reao euttica: Lquido CE (CE) + (CE) onde: CE , CE so as composies
das fases e temperatura TE (temperatura euttica) ponto E = ponto
euttico CE = composio do euttico Para o sistema cobre-prata a reao
euttica fica:
Lquido (71,9% Ag) ( 8 % p Cu) + ( 91,2 % p Ag)
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Figura 5 Diagrama de fases euttico binrio do sistema
cobre-prata.
No diagrama de fases para o sistema chumbo-estanho tambm existe
um ponto euttico, localizado em 61,9 %p de Sn a 183 oC, conforme
ilustra a Figura 7.4. Um exemplo de aplicao desta liga euttica a
solda estanho 60-40 para baixas temperaturas.
Figura 6 Diagrama de fases euttico binrio do sistema
chumbo-estanho.
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Exerccio: Considere a liga chumbo-estanho de composio C1
indicada no diagrama de fases. Quais as fases que esto presentes
nesta liga C1 = Sn (40%) Pb (60% ) a 150 oC ? Fornea a composio
aproximada de cada uma das fases. Quais as quantidades relativas em
peso (%p) destas fases ? Dados: Sn = 7,24 g/cm3 , Pb = 11,23 g/cm3
a 150 oC. Soluo: Fases presentes (ponto B) : e Composies
aproximadas das fases e : C C Quantidades relativas em peso das
fases e : %p = BC = C - C1 x 100 = 98 - 40 x 100 = 0,66 x 100 = 66
% AC C - C 98 - 10 %p = AB = C1 - C x 100 = 40 - 10 x 100 = 0,34 x
100 = 34 % AC C - C 98 - 10
LISTA DE QUESTES E EXERCCIOS No 02 1)Fornea as definies para os
seguintes termos relacionados aos diagramas de fases de ligas
metlicas binrias: soluto, soluo slida, fase, componente, sistema,
limite de solubilidade, equilbrio de fases, ponto euttico. 2) Como
pode ser expressa a composio qumica de uma liga? 3) Qual(is) a(s)
fase(s) presente(s) em uma liga Cu-Ni30 mantida em condies de
equilbrio na temperatura de 1200 oC ? 4) Uma liga de cobre contm
20% em peso de prata. Se esta for aquecida em condies de equilbrio
e for mantida a temperatura de 900 oC por algumas horas,
pergunta-se: a) quantas fases estaro presentes nesta temperatura ?
b) quais as composies aproximadas de cada uma das fases nesta
temperatura, e c) quais as quantidades relativas em peso (%p) e em
volume (%v) de cada fase ? Dados: Cu = 8,56 g/cm3 , Ag = 9,97 g/cm3
a 900 oC 5) Quantas fases se formam na solidificao completa de uma
liga euttica ? e quantas se formam na fuso completa ? Exemplifique
a reao euttica. 6) Calcule a composio em percentuais atmicos (%at.)
da liga euttica chumbo-estanho. Quais as fases presentes desta liga
resfriada em condies de equilbrio estvel a partir do estado lquido?
Qual a composio qumica aproximada de cada uma destas fases? Quais
as quantidades relativas em peso e a frao volumtrica de cada uma
destas fases na temperatura ambiente ? Obs.: considere as
densidades dos elementos na temperatura ambiente a mesma do que a
150 oC. 1.6.3 Diagramas que possuem fases intermedirias na forma de
solues slidas ou de compostos
intermedirios. Nos diagramas eutticos binrios existem as
chamadas solues slidas terminais ( e ), situadas em faixas de
composio prximas das extremidades do diagrama. Existem outros
sistemas de ligas binrias em que as solues slidas encontram-se em
regies de composies intermedirias, conforme ilustrado pela fase da
liga hipottica A-B da Figura 7.5. A fase intermediria pode tambm
ser um composto, denominado composto intermetlico, que possui uma
frmula qumica especfica, como mostra a Figura 7.6.
10% Sn 90% Pb
98% Sn 2% Pb
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Figura 7. Fase intermediria (soluo slida ) Figura 8 Fase
intermediria (composto intermetlico no diagrama de fases hipottico
A-B. C2D) no diagrama de fases hipottico C-D. Uma reao eutetide
ocorre quando em um sistema existe transformao de uma fase slida em
outras duas fases slidas no resfriamento; o que acontece no
diagrama da Fig. 7.6 durante o resfriamento da liga no ponto a. A
reao eutetide deste exemplo fica + C2D CLASSIFICAO DAS TRANSFORMAES
DE FASES Transformaes congruentes: no ocorre alterao na composio
qumica das fases envolvidas. Exs. Transformaes alotrpicas e fuso de
metais puros. Transformaes incongruentes: ao menos uma fase tem a
sua composio alterada. Exs. Reaes eutticas e eutetides, a
fuso/solidificao de uma liga de um sistema isomorfo. 1.6.4 Diagrama
de fases ferro-carbono. O diagrama ferro-carbono um dos mais
importantes do ponto de vista tecnolgico, pois nos permite
compreender a estrutura dos aos e ferros-fundidos (ligas
ferro-carbono), bem como as transformaes que estas ligas
experimentam em tratamentos trmicos. Durante o aquecimento do ferro
puro, antes de ser atingida a temperatura de fuso, a estrutura
cristalina deste metal se altera duas vezes. Como visto
anteriormente, este fenmeno diz respeito alotropia do ferro,
conforme ilustra a linha vertical esquerda do diagrama da Figura
7.7. Na temperatura ambiente o ferro puro tem estrutura cristalina
CCC (ferro ) e denomina-se ferrita. Esta ferrita sofre uma
transformao para austenita (ferro ) de estrutura CFC na temperatura
de 912 oC. A austenita se mantm estvel at 1394 oC, quando ocorre
nova transformao (reverso) para a estrutura CCC (ferro ). A fuso do
ferro puro acontece a 1538 oC. A microestrutura da ferrita (ferro )
e da austenita (ferro ) est nas Figuras 7.8 (a) e (b)
respectivamente.
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Figura 9 Diagrama de equilbrio da ligas ferro-carbono.
A parte rica em ferro do diagrama est ilustrada na figura acima;
o teor de carbono no excede a 6,7%, que a composio do composto
carbeto de ferro ou cementita (Fe3C), localizado na extremidade
direita do diagrama. Todos os aos e ferros fundidos comuns ao
carbono situam-se nesta faixa de composies. Os aos podem conter at
2,14 %C, embora as ligas de ao comerciais tenham 1,0 %C no mximo.
Os ferros fundidos contm de 2,14 %C at 6,7 %C, mas normalmente os
ferros fundidos comerciais possuem menos de 4,5 %C em peso.
Figura 10 Microestruturas do ferro puro na forma de ferro :
ferrita (a), e do ferro : austenita (b).
A formao da cementita (Fe3C) ocorre quando o limite de
solubilidade do C na ferrita excedido em temperaturas menores do
que 727 oC. Como a cementita muito dura e frgil por ser uma fase
cermica, o aumento da resistncia de alguns aos se deve presena
deste composto. A cementita uma fase metaestvel que permanece
indefinidamente como microconstituinte da liga ferrosa na
temperatura ambiente, mas se a liga for aquecida at aproximadamente
650-700 C e mantida nesta temperatura por vrios anos, ocorrer a
transformao da cementita em ferro + grafite (carbono), e estes sero
os constituentes da liga aps o resfriamento. Como a taxa de
decomposio da cementita muito lenta, e a solubilidade do carbono no
ferro muito pequena ( 0,008%C na ferrita), praticamente todo o
carbono presente no ao estar na forma de Fe3C. Entretanto, em
ferros fundidos a adio do elemento silcio
(a) (b)
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aumenta muito a taxa de decomposio da cementita. Por isso, o
carbono est normalmente na forma livre na microestrutura do ferro
fundido; este constituinte conhecido por grafita (carbono livre).
Para entendermos o desenvolvimento das microestruturas em aos e
ferros fundidos se torna fundamental identificarmos dois pontos
importantes de transformao de fases no diagrama:
LISTA DE QUESTES E EXERCCIOS No 03 1) Fornea as definies para os
seguintes termos relacionados aos diagramas de fases de ligas
metlicas binrias: soluto, soluo slida, fase, componente, sistema,
limite de solubilidade, equilbrio de fases, ponto euttico. 2) Como
pode ser expressa a composio qumica de uma liga? 3)Qual(is) a(s)
fase(s) presente(s) em uma liga Cu-Ni30 mantida em condies de
equilbrio na temperatura de 1200 oC ? 4)Uma liga de cobre contm 20%
em peso de prata. Se esta for aquecida em condies de equilbrio e
for mantida a temperatura de 900 oC por algumas horas, pergunta-se:
a) quantas fases estaro presentes nesta temperatura ? b) quais as
composies aproximadas de cada uma das fases nesta temperatura, e c)
quais as quantidades relativas em peso (%p) e em volume (%v) de
cada fase ? Dados: Cu = 8,56 g/cm3 , Ag = 9,97 g/cm3 a 900 oC
5)Quantas fases se formam na solidificao completa de uma liga
euttica ? e quantas se formam na fuso completa ? Exemplifique a
reao euttica. 6)Calcule a composio em percentuais atmicos (%at.) da
liga euttica chumbo-estanho. Quais as fases presentes desta liga
resfriada em condies de equilbrio estvel a partir do estado lquido?
Qual a composio qumica aproximada de cada uma destas fases? Quais
as quantidades relativas em peso e a frao volumtrica de cada uma
destas fases na temperatura ambiente ? Obs.: considere as
densidades dos elementos na temperatura ambiente a mesma do que a
150 oC. 1.6.3 Micrografia tica. A micrografia permite a observao e
o registro da microestrutura de diferentes materiais. Esta tcnica
consiste da preparao de amostra e observao da textura da superfcie
do material ao microscpio. As etapas a serem seguidas para execuo
da micrografia de ligas ferrosas so as seguintes: 1) Escolher a
seco da pea a ser examinada; 2) Preparar superfcie plana e polida
da amostra (corte, lixamento, polimento); 3) Observao das
caractersticas da superfcie da amostra com auxlio de microscpio
tico; amostra sem ataque qumico; 4) Observao da microestrutura do
material com auxlio de microscpio tico; aps ataque qumico da
amostra com reagente adequado; 5) Obteno da fotomicrografia da
microestrutura observada. Seo a ser examinada: esta escolha
fundamentada nas caractersticas que se pretende observar,
geralmente relacionadas ao processo de fabricao da pea, ou partes
da pea sujeitas a solicitaes mecnicas em servio. Por exemplo, em
peas fundidas de grande porte pode ser necessrio retirar amostras
de diferentes regies, em razo de heterogeneidades presentes no
material. Uma pea sujeita a deformao permanente na fabricao (p. ex.
forjamento) apresenta diferentes aspectos na seo transversal e
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longitudinal, conforme ilustra a Figura 8.0 (Fonte: Colpaert, H.
Metalografia dos produtos siderrgicos comuns Ed. Edgard
Blcher).
Figura 11 Seo transversal e longitudinal de uma barra de ao.
Preparao da superfcie da amostra: a retirada da amostra feita
mediante corte, geralmente realizado por cortadeira de disco
abrasivo, que possui um sistema de circulao de lquido para
refrigerar o processo, conforme ilustra a Figura 8.1.
Figura 12 Cortadeira de disco abrasivo Figura 13 Lixadeira
manual Figura 14 Politriz motorizada com recirculao de fluido
refrigerante. com disco de polimento. Dependendo do tamanho ou da
forma da amostra, torna-se necessrio mont-la em resina plstica para
viabilizar o lixamento e polimento posteriores. O embutimento da
amostra metalogrfica feito geralmente numa prensa hidrulica, que
funciona com sistema de aquecimento para a cura do termoplstico,
conforme ilustra a Figura 8.4.
Figura 15 Prensa de embutimento e amostras embutidas Figura 16
Microscpio tico para observao em resina termoplstica. da
microestrutura de materiais metlicos.
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O lixamento da superfcie pode ser feito em lixadeira manual de
bancada, como a mostrada na Figura 8.2, ou pode ser feito em
lixadeiras motorizadas (rotativas). No trabalho de lixamento so
utilizadas papis de lixa de nmero 100, 220, 320 e 600. Como o calor
e esforos aplicados nas operaes de corte e lixamento
deformam/alteram regies da superfcie da amostra, torna-se necessrio
remover a zona afetada (encruada) por meio do polimento, para que a
observao no seja comprometida. O polimento das amostras de ao e
ferro fundido pode ser realizado em politrizes para polimento com
soluo de alumina ou com pasta de diamante. As solues de alumina
utilizadas possuem ps de granulometria de 1, 0,5 e 0,3 micron. As
pastas de diamante possuem materiais com granulometrias em torno de
10, 5 e 1 micron. Uma das formas de se evitar a oxidao da superfcie
polida conservar a amostra num dessecador (campnula) contendo
cloreto de clcio, caso a amostra no seja logo submetida ao ataque
qumico. Observao da superfcie polida da amostra ao microscpio/
Caractersticas do microscpio tico: o microscpio tico possui dois
sistemas de lentes convergentes: a objetiva e a ocular. A imagem
que vista atravs da ocular, geralmente provm da luz de uma lmpada
refletida na superfcie da amostra e que projetada pela objetiva
(vide sistemas de iluminao de campo claro dos microscpios ticos na
Figura 8.6). Nestes sistemas de iluminao as partes polidas e no
atacadas por reagente qumico apresentam imagem em claro, enquanto
que as regies no polidas (trincas, poros, incluses) ou atacadas
(contornos de gro, perlita etc) aparecem em escuro.
Figura 17 Sistemas de iluminao de campo claro de microscpios
ticos. (Fonte: Colpaert, H.
Metalografia dos produtos siderrgicos comuns Ed. Edgard
Blcher).
Antes da exposio da amostra ao reagente qumico, vrias
caractersticas do material podem ser observadas, tais como
incluses, trincas, porosidades e forma da grafita em ferros
fundidos. Nas Figuras 8.7 a 8.10 so apresentados resultados de
operaes de polimento de ligas ferrosas (Fonte: Colpaert, H.
Metalografia dos produtos siderrgicos comuns Ed. Edgard
Blcher).
Figura 18 Superfcie bem polida e sem ataque qumico Figura 19
Superfcie mal polida contendo riscos de um ao com numerosas
incluses. 200X de polimento. 100X
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Figura 20 Superfcie bem polida e sem ataque qumico Figura21
Superfcie mal polida contendo de um ao com numerosas incluses. 200X
A) Cometas; B) Manchas C) Halos em torno de pequenos orifcios. 200X
Alguns aspectos observveis em superfcies polidas sem ataque esto
ilustrados nas Figuras 8.11 e 8.12.
Figura 22 Incluses quebradias em ao Figura 23 Trincas em ao
temperado sem ataque. 200X sem ataque. 200X Observao da
microestrutura do material ao microscpio: O contraste das fases
presentes no material revelado por meio do ataque qumico da
superfcie da amostra. As Figuras 8.7-8.9 apresentam microestruturas
de aos comuns ao carbono.
Figura 24 Microestrutura de um ao carbono hipoeutetde (Ferrita +
Perlita)
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Figura 25 Microestrutura de um ao Figura 26 Microestrutura de um
ao eutetide (Perlita) hipereutetide (Perlita + Cementita)
Procedimento de preparao metalogrfica Material necessrio -
amostra a observar, - serra, - lima, - prensa de montagem a quente,
- resina para montagem a quente - funil, - colher de medida, -
lixas - mesa de polimento, - politriz rotativa, - panos de
polimento, - algodo, - papel, - detergente, - disperso de alumina 1
um, - disperso de alumina 0,25 um, - lcool, - nital a 3%, - pinas,
- recipiente, - secador, - microscpio, A1 Posicionar a barra na
cortadeira de disco abrasivo, prendendo-a no suporte; proceder o
corte de forma lenta, garantindo que no ocorra um aquecimento
excessivo. A2 - Se necessrio, melhore a planicidade da amostra com
uma lima. Se necessrio, efetuar a montagem da amostra numa resina.
Durante o polimento haver necessidade de observar vrias vezes a
amostra ao microscpio para controlar o estado de superfcie da
amostra. Para tal existe no laboratrio um microscpio de operao
simples. Escolhida a objetiva, coloque a amostra no prato
porta-amostra, aproxime-a o mais possvel da objetiva, embora sem
tocar, ligue a fonte de alimentao e, com o auxlio dos botes
recartilhados laterais, proceda focagem. Ao terminar a observao,
desligue a fonte de alimentao. Ateno: tanto a amostra como as mos
devero estar perfeitamente secas sempre
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que utilizar o microscpio. B1 - O processo inicia-se na bancada
de lixamento. B2 - Mantenha-se frente da lixadeira (lixadeira
manual de bancada). Segure a amostra com os polegares, indicadores
e dedos mdios de ambas as mos. Memorize bem a orientao da amostra
ao iniciar o lixamento. O conjunto formado pela amostra, pelas mos
e pelos pulsos dever manter-se rgido, mas descontrado, para que a
presso exercida no seja exagerada e os movimentos sejam executados
com suavidade. O lixamento ser conseguido atravs de movimentos
regulares de vai-vem ao longo de toda a extenso da lixa. Para
assegurar esses movimentos, os antebraos, os pulsos e as mos
manter-se-o quietos. Dever portanto mover apenas os cotovelos.
Evite exercer sobre a amostra uma presso assimtrica para evitar que
ela adquira uma forma em bisel, e no execute o vai-vem atravs de
movimentos bruscos, para no abaular a superfcie a observar. B2 -
Mantenha-se frente da lixadeira rotativa. Segure a amostra com trs
dedos de uma das mos. Lembre-se de que dever manter a rigidez do
conjunto amostra-mo-pulso- antebrao-cotovelo. Os movimentos
verticais para colocar a amostra no prato e para ajustar a presso
devero ser feitos com o ombro. Oriente a amostra de forma que os
riscos deixados pela rotao da lixa sejam perpendiculares aos
deixados pela ltima lixa. B3 - O desbaste deve ser realizado sob
gua corrente abundante, para evitar o aquecimento da amostra e para
a remoo das partculas arrancadas amostra e ao abrasivo, as quais
iriam alterar a microestrutura a observar. B4 - A seqncia de
polimento consiste, numa primeira fase, em utilizar as lixas de
bancada de lixamento, desde a mais grossa at a mais fina. A transio
entre lixas far-se- quando, por observao ao microscpio, no forem
observveis riscos em mais do que uma direo, correspondente direo em
que por ltimo se trabalhou. B5 - Ao passar de uma lixa para a
seguinte dever girar a amostra em 90, de modo que os riscos
deixados pelo abrasivo da nova lixa faam um ngulo reto com os
deixados pela lixa anterior. Tal cuidado tem por finalidade
detectar o momento em que desaparecem os riscos introduzidos pela
lixa anterior. Aps eliminar esses riscos dever-se- ainda proceder a
outro desbaste na mesma lixa, de modo a que os riscos cruzem a 90
com os anteriores, da mesma lixa, a fim de eliminar o material
deformado pelo abrasivo da lixa anterior. B6 - Ao acabar o
polimento numa lixa e antes de passar seguinte, lave cuidadosamente
a amostra e as mos, para evitar contaminaes de cada lixa com
material da lixa anterior, de maior granulometria. B7 - A presso a
utilizar durante o desbaste ser tanto maior quanto mais duro o
material a desbastar, no devendo ser excessiva para no o deformar e
fraturar, mas dever ser suficiente para que se d a eliminao rpida
dos riscos da lixa anterior. Um desbaste excessivamente prolongado
provoca mais um "empastamento" do material do que o corte que se
pretende. B8 - Terminada a utilizao da ltima lixa e lavadas as mos
e a amostra, poder passar politriz rotativa. Antes, porm, dever
limar o rebordo da amostra ou da montagem da amostra para no ferir
os panos de polimento. B9 - Com o aparelho desligado coloque o
prato sobre o qual est montado o pano destinado disperso de alumina
(granulometria de 1 um). Note que os pratos esto identificados com
a indicao da granulometria a que se destinam e que em caso
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algum se devero misturar aluminas de diferentes granulometrias
no mesmo pano, sob pena de impossibilitar qualquer polimento
posterior. Em caso de dvida, consulte o professor responsvel pelo
acompanhamento da aula prtica. B10 - Coloque o aro de proteo na
politriz. B11 - Se constatar que a alumina contida no pano
insuficiente, coloque uma pequena poro no centro e espalhe
ligeiramente. B12 - Para assegurar a lubrificao, coloque no pano um
pouco de detergente. B13 - Mantenha-se frente da politriz. Segure a
amostra com trs dedos de uma das mos. Lembre-se de que dever manter
a rigidez do conjunto amostra-mo-pulso- antebrao-cotovelo. Os
movimentos verticais para colocar a amostra no prato e para ajustar
a presso devero ser feitos com o ombro. B14 - Oriente a amostra por
forma a que os riscos deixados pela rotao do pano sejam
perpendiculares aos deixados pela ltima lixa. B15 - Ligue a
polidora e regule a velocidade de rotao para 300 rpm. B16 -
Lentamente, e segurando a amostra com firmeza, leve-a a contatar
com o pano, exercendo alguma presso. B17 - A forma mais simples de
proceder consiste em manter esttica a amostra durante algum tempo,
e retir-la ento a fim de observar os resultados. Uma tcnica
alternativa, mais delicada mas que garante melhores resultados,
consiste em, mantendo constante a orientao da amostra, imprimir-lhe
um movimento circular regular, em sentido contrrio ao da rotao do
prato. B18 - Antes de observar o estado de superfcie da amostra,
lave-a com algodo embebido em lcool, seguido de uma passagem por
gua corrente e novamente com algodo e lcool, aps o que dever
empregar o secador para secar completamente a amostra. Se for
trocar de pano, dever proceder da mesma forma e, alm disso, lavar
as mos. B19 - Se a amostra est em condies de passar alumina de
granulometria mais fina (1/4 um), troque o prato da politriz e
repita os procedimentos B10 a B18. No final, no se esquea de lavar
e secar a amostra. Terminado o polimento, rest proceder ao ataque.
C1 - Observe previamente a amostra no microscpio, a fim de comparar
o aspecto da superfcie antes e depois do ataque. C2 - No recipiente
verta cuidadosamente uma pequena quantidade de nital a 3%. Ateno:
sendo uma soluo (em etanol) de cido ntrico, este reagente custico.
Evite qualquer contacto com os olhos, a pele, ou a roupa. C3 - Abra
a torneira da gua e deixe-a correr abundantemente. C4 - Segure a
amostra com uma pina e mergulhe a superfcie a observar no lquido,
de preferncia com uma ligeira agitao. Controle bem o tempo de
contato, pois ele no dever, em princpio, exceder 3 a 5 s. C5 -
Coloque imediatamente a amostra em contacto com a gua corrente, a
fim de parar a reao, arrastando o nital que ainda sobrar.
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C6 - Lave a superfcie da amostra com lcool e seque com o
secador. C7 - Observe a amostra ao microscpio. Se o aspecto da
superfcie diferir pouco relativamente observao anterior, o ataque
foi insuficiente. Repita os procedimentos C4 a C6, limitando ainda
mais o tempo da reao. Se, por outro lado, a superfcie se apresenta
muito enegrecida ou acastanhada, sinal de que o ataque foi
exagerado, ou ainda se j efetuou dois ataques sem qualquer
resultado aprecivel, caso em que a estrutura da superfcie j poder
estar bastante perturbada, refaa a ltima etapa do polimento e volte
ento a atacar a amostra.
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2.MATERIAIS CERMICOS (Processamento, Estrutura, Aplicaes)
As cermicas so materiais inorgnicos e no metlicos, que consistem
em sua maioria de compostos formados por metais e no metais. Nesses
compostos as ligaes atmicas possuem carter inico e/ou covalente
CERMICA = do grego keramikos (matria-prima queimada, ou seja, em
que a consolidao da
pea ocorre por sinterizao, onde a unio das partculas acontece em
elevadas temperaturas). Cermicas tradicionais m.p. argilas loua,
porcelana, tijolos, telhas,
revestimentos e minerais (piso e azulejo), vidros e refratrios
(Fig. 1)
Figura 1. Cermicas tradicionais
Cermicas termomecnicas m.p.xidos, nitretos componentes
automotivos, /eletroeletrnicas carbetos elementos de bombas
centrfugas, partes de instrumentos e
equipamentos de medio, ferramentas de corte e abraso,
biomateriais (Figura 2)
Figura 2. Cermica termomecnica/eletroeletrnica
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2.1 Estruturas das cermicas. Quando a ligao inica predomina no
material cermico a sua estrutura cristalina formada
por ons metlicos positivos (ctions) e ons no-metlicos negativos
(nions). A estrutura cristalina da cermica depende:
1) da magnitude das cargas eltricas dos ons componentes
(neutralidade eltrica do
composto); ex. Ca+2F-2 (fluoreto de clcio); 2) do tamanho dos
ons (ctions e nions / razo entre os raios inicos) Uma estrutura
cristalina estvel se forma na cermica quando os nions vizinhos esto
todos
em contato com o ction conforme a seguinte ilustrao:
estvel estvel instvel Assim, existem materiais cermicos que se
cristalizam nos diferentes sistemas cristalinos, tais
como sistema cbico, hexagonal, tetragonal, monoclnico. O sistema
cbico possui trs tipos de estruturas cristalinas (AX, AmXp,
AmBnXp).
Os silicatos so os compostos mais abundantes da crosta
terrestre; so formados por unidades tetradricas bsicas de silicatos
(carregadas negativamente), conforme ilustram as Figuras 3 e 4.
Figura 3. Tetraedro de silcio-oxignio SiO+44 Figura 4.
Estruturas formadas por tetraedros SiO+44
Existem vrias estruturas de silicatos dependendo do arranjo das
unidades SiO+44 , ex. slica
cristalina, slica vtrea. Slica (SiO2): estrutura cristalina
formada quando todos os tomos de oxignio da unidade
tetradrica esto compartilhados (ligados entre si); os tetraedros
esto arranjados regularmente e ordenadamente. Existem trs formas
polimrficas da slica: quartzo, tridimita e cristobalita.
Vidro de slica (slica vtrea): O vidro um material cermico no
cristalino formado por
uma rede de xidos interligados sem arranjo ordenado; o mais
comum o de silicato de sdio (soda-cal) utilizado em janelas (Figura
5).
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SiO2 GeO2 XIDOS FORMADORES DE REDE B2O3 Na2O CaO XIDOS
MODIFICADORES DE REDE TiO2 Al2O3 XIDOS INTERMEDIRIOS
Figura 5. Representao da estrutura no cristalina de um vidro de
silicato de sdio.
O carbono existe tanto na forma cristalina como no estado
amorfo. Os seguintes polimorfos do
carbono apresentam caractersticas distintas: grafita, diamante e
fullereno. A grafita possui uma estrutura cristalina composta por
camadas de tomos de carbono em um arranjo hexagonal. Os carbonos
das camadas esto ligados entre si por ligaes covalentes; entre as
camadas a ligao do tipo van der Waals (fracas), o que explica as
propriedades lubrificantes da grafita (Figura 6a). O diamante
possui estrutura cristalina cbica,
(a) (b) (c)
Figura 6. Estruturas cristalinas do carbono: (a) grafita, (b)
diamante e (c) fullereno.
como indicado na figura 6b. Cada tomo de carbono se liga
covalentemente a quatro tomos de carbono; por isso um material de
extrema dureza. Ademais, o diamante possui boa condutividade
eltrica, transparente e tem elevado ndice de refrao. Um arranjo CFC
de molculas de fullereno forma um slido cristalino que, quando
puro, eletricamente isolante; uma molcula do fullereno tende a
apresentar forma esfrica, tal como ilustra a Figura 6c. A adio de
impurezas, entretanto, pode tornar o slido altamente condutor ou
semicondutor.
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A estrutura cristalina de cermicas normalmente apresenta
imperfeies pontuais, lineares ou planares, tal como ocorre nos
materiais metlicos. Os defeitos pontuais so as lacunas ou
intersticiais que, tanto ocorrem nos ctions como nos nions; a
condio de neutralidade eltrica mantida na regio do defeito. As
solues slidas so os tomos de impureza substitucional ou
intersticial presentes na rede cristalina. Diagramas de fases:-
Assim como ocorre na metalurgia, os diagramas de fases binrios e
ternrios auxiliam tcnicos e engenheiros no processamento de
materiais cermicos. Exs. Al2O3 - SiO2, ZrO2 CaO.
Processamento de materiais cermicos
VIDROS:
Variao do volume especfico com a temperatura (materiais
cristalinos x no cristalinos)
Viscosidade em funo da temperatura para vrios vidros de
silicato
Vol
ume
espe
cfic
o
Temperatura
Vidro
Lquido
Lquido super-resfriado
Cristalizao
Slido Cristalino
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Distribuio de tenses residuais na seo de uma lmina de vidro
(Tamb)
Vidro borosilicato
Vidro com 96% slica
Slica fundida
Ponto de deformao
Ponto de recozimento
Ponto de amolecimento
Ponto de operao
Ponto de fuso
Faixa de operao
Tenso (MPa)
Compresso Trao
Tenso (103 psi)
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Conformao de vidros por prensagem e insuflao (sopro)
Conformao de vidros planos e perfis por estiramento
tarugo
Molde de parison
Operao de prensagem
Parison suspenso
Molde de Acabamento
Ar comprimido
Lmina de vidro Rolo rotativo
Rolo de conformao
Barreira resfriada a gua
Vidro fundido
Queimadores
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Conformao de peas cermicas Resistncia trao
Microestruturas de Cermicas
Tens
o (M
Pa)
Deformao
xido de alumnio
Processo de sinterizao de ps
Diamante policristalino (carbono)
Porcelana Abrasivo base de alumina
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Conformao de produtos base de argila por colagem de
barbotina
Conformao por prensagem uniaxial de ps cermicos
A barbotina (supenso) vertida para o
interior do molde por gravidade
A gua absorvida pelo molde de gesso
Pea slida acabada
A barbotina (supenso) vertida para o
interior do molde por gravidade
A gua absorvida pelo molde de gesso O molde drenado
Retirada da parte superior
Recipiente
Preenchimento da cavidade do molde com o p
Compactao do p
Extrao da pea compactada
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Revestimentos cermicos em ferramentas de corte: TiN/PVD e
Alumina/CVD em cermets e metal duro.
LISTA DE QUESTES CERMICAS
1) Quais os tipos de materiais cermicos utilizados nas seguintes
aplicaes?
a) Objetos de cozinha: fabricao de cermica de mesa, copos,
garrafas, jarros,
potes;
.....................................................................................................................................
b) Construo civil: fabricao de blocos (tijolos), telhas;
palanques, construo de
paredes;
.....................................................................................................................................
c) Componentes de mquinas e equipamentos: ferramentas de
usinagem , bomba
centrfuga, componentes de motores.
.....................................................................................................................................
2) Cite os processos de fabricao de vidros e cermicas.
.....................................................................................................................................
-
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....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
3) O que temperatura de transio vtrea?
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
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4) Descreva o processo de tmpera do vidro plano.
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....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
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5) Como se denomina o processo de consolidao do compactado
cermico que se
realiza por tratamento trmico?
...........................................................................................................................................
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3.MATERIAIS PLSTICOS (Polmeros)
Existem duas classes de polmeros utilizados na fabricao de uma
grande variedade de produtos: os polmeros naturais e os sintticos.
Os polmeros naturais so materiais derivados de plantas e animais
(exs. madeira, borracha, algodo, l, couro, e seda), enquanto
polmeros sintticos (plsticos) so em sua maioria fabricados a partir
de pequenas molculas orgnicas derivadas do carvo e do petrleo.
As propriedades satisfatrias e o menor custo dos plsticos tm
possibilitado a substituio de metais e
madeira em algumas aplicaes. Como as estruturas moleculares e
cristalinas dos polmeros tm influncia tanto nas propriedades
mecnicas das peas como nas condies de conformao, estes assuntos
sero vistos a seguir em maior detalhe.
Figura 8 . A substituio dos metais e aplicaes de plsticos mais
resistentes vem crescendo na indstria automobilstica. (Fonte:
http://g1.globo.com/Noticias/Carros/0,,MUL581881-9658,00.html)
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3.1 Estruturas dos polmeros. Hidrocarbonetos:- so materiais
orgnicos compostos por hidrognio e carbono. Como a maioria dos
polmeros tem origem orgnica, comum se iniciar o estudo destes
materiais por uma reviso sobre os hidrocarbonetos. Na molcula de um
hidrocarboneto cada tomo de carbono pode compartilhar at quatro
eltrons de valncia, o que define ligaes covalentes entre os tomos
(ligaes intramoleculares).
Molculas ismeras possuem mesma composio mas diferentes arranjos
atmicos Qualquer um dos seguintes grupos orgnicos pode fazer parte
de uma estrutura polimrica:
Molculas saturadas possuem ligaes simples Molculas insaturadas
possuem ligaes duplas ou triplas | | C C = = C = C |
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R e R = radicais orgnicos so grupos de tomos que se ligam para
formar um hidrocarboneto; os radicais mantm sua estrutura durante
as reaes qumicas.
Ex. CH3 metila, C2H5 etila Sntese de polmeros Definio de
polmeros: consistem de uma grande quantidade de molculas gigantes
formadas por
reaes qumicas entre pequenas molculas de hidrocarbonetos
(monmeros). Estas reaes so conhecidas por polimerizao.
A grande cadeia carbnica composta por unidades estruturais que
se repetem, conhecidas por meros
Forma molecular
Polimerizao por adio (reao em cadeia):
caracterizada pela fixao dos monmeros, um de cada vez, formando
uma cadeia linear longa; a macromolcula resultante composta de um
mltiplo exato de monmero que iniciou a reao.
Polimerizao por condensao (reao em estgios):
reaes em que esto envolvidos mais de um tipo de monmero,
ocorrendo entre molculas etapa por etapa. Nesta reao normalmente
forma-se um sub-produto de pequeno peso molecular (ex. gua)
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As propriedades de um polmero dependem: do peso molecular da
forma molecular da estrutura molecular
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da configurao molecular Peso molecular mdio M = xi . Mi
xi = frao de molculas da faixa de tamanho i Mi = peso molecular
mdio da faixa de tamanho i Estrutura molecular
Configuraes moleculares
= tomo ou grupo de tomos do hidrognio
mero cabea-a-cauda cabea-a-cabea
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Estereoisomerismo:
Isottico sindiottico attico Isomerismo geomtrico:
cis trans
Copolmeros: so formados por mais de um tipo de mero.
Pesquisam-se polmeros que geralmente apresentam melhores
propriedades e custo reduzido
de fabricao.
Estrutura cristalina dos polmeros
Cristalinidade arranjo ordenado do polmero de tomos das
cadeias
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Clulas unitrias so polmeros so freqentemente em geral complexas
semicristalinos (regies cristalinas
dispersas na fase amorfa) Grau de cristalinidade depende da
taxa de resfriamento na solidificao
configurao molecular
Menor taxa de resfriamento favorece a cristalizao
Complexidade qumica do mero, ramificao, ligaes cruzadas,
irregularidade geomtrica e de composio
no favorece a cristalizao exs. homopolmero linear cristaliza
fcil polmero em rede quase todo amorfo Micrografia eletrnica de um
cristal de polietileno (cristalitos) lamela (cristalito)
Formao de esferulitos (gros)
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Figura 9. Fotomicrografia ilustrando a microestrutura de um
polmero com os esferulitos (gros)
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Lista de questes - Estrutura de polmeros
1) Cite 05 polmeros naturais e 05 polmeros sintticos.
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2) De onde provm a matria-prima para fabricao dos plsticos?
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3) O que so hidrocarbonetos? Qual o tipo de ligao qumica
existente no interior da molcula de um polmero? Quantas ligaes
covalentes so possveis por tomo de carbono? Por que? Quais os tipos
de ligaes covalentes intramoleculares?
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O que so molculas saturadas e insaturadas?
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O que so molculas ismeras? O que so radicais orgnicos?
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4) D o significado dos seguintes termos: a) polmeros; b) mero;
c) forma molecular; d) polimerizao
por adio e e) polimerizao por condensao.
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5) Do que depende as propriedades de um material plstico?
Explique como so essas caractersticas do polmero que influenciam
suas propriedades.
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6) Do que depende o grau de cristalinidade de um polmero?
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7) O que so cristalitos?
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8) O que so esferulitos?
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3.2 Processamento e aplicaes dos polmeros. Aditivos
Os aditivos so substncias introduzidas para modificar a
estrutura de um polmero, visando melhorar suas propriedades
mecnicas, qumicas ou fsicas. Dependendo da funo que desempenham
podem ser classificados nos seguintes tipos: enchimentos,
plasticizantes, estabilizadores, corantes e retardadores de chama.
Enchimentos: materiais de carga ou de enchimento melhoram o limite
de resistncia trao ou de compresso, a resistncia abraso,
tenacidade, estabilidade dimensional e trmica (tipos de carga:-
serragem fina, farinha e areia de slica, argila, talco, calcrio e
polmeros / faixa de tamanhos dos enchimentos: 10 nm a 1 mm). A
utilizao de enchimentos possibilita uma reduo do custo final do
produto, j que as cargas so mais baratas comparativamente poro de
volume do polmero que substituda. Plasticizantes: tem por funo
aumentar a flexibilidade, a ductilidade e a tenacidade dos
polmeros, alm de provocar uma reduo de sua dureza e rigidez. As
pequenas molculas dessas substncias aumentam a distncia entre
cadeias, reduzindo as ligaes intermoleculares secundrias. (exemplos
de aplicao: utilizados em polmeros que so frgeis temperatura
ambiente, tais como PVC, copolmeros de acetato). Estabilizadores:
aditivos que previnem a deteriorao do polmero provocada por radiao
ultravioleta e oxidao. A radiao ultravioleta proveniente da luz
rompe ligaes covalentes da cadeia. A oxidao causada pela interao de
tomos de oxignio e as molculas do polmero. Corantes: as diferentes
cores dos plsticos so obtidas atravs da adio de corantes na forma
de tinturas ou pigmentos. As molculas das tinturas se dissolvem na
estrutura do polmero, ao passo que as molculas dos pigmentos no se
dissolvem, permanecendo como fase separada na estrutura. Os
corantes podem ser transparentes ou conferir opacidade ao polmero.
Retardadores de chama: substncias que aumentam a resistncia
inflamabilidade do polmero. Os retardadores interferem na combusto
atravs de uma fase gasosa ou reao qumica que inibe a queima. Tipos
de polmeros (quanto ao comportamento mecnico a temperaturas
elevadas). Termoplsticos: polmeros que amolecem e fundem ao serem
aquecidos durante o processamento, endurecendo ao resfriarem no
molde. Os termoplsticos podem ser novamente moldados, ou seja,
podem ser reaquecidos adquirindo a plasticidade/viscosidade
requerida na conformao. Ex. a maoria dos polmeros; os termoplsticos
so geralmente dteis (possuem estruturas lineares e ramificadas).
Termofixos: polmeros que endurecem permanentemente ao serem
aquecidos na moldagem, no adquirem plasticidade e fluidez ao serem
reaquecidos. Durante o aquecimento inicial so formadas ligaes
covalentes cruzadas entre as macromolculas. Essas ligaes impedem os
movimentos das cadeias a elevadas temperaturas. Geralmente os
polmeros termofixos possuem maior dureza, resistncia e fragilidade
do que os termoplsticos. Alm disso, so dimensionalmente mais
estveis. Exemplos: epxis, resinas fenlicas, resinas polister,
borrachas vulcanizadas (todos com ligaes cruzadas e em rede)
Tipos de polmeros (quanto s aplicaes): plsticos, elastmeros
(borrachas), fibras, revestimentos, adesivos, espumas e pelculas.
Plsticos: so polmeros termoplsticos ou termofixos com diversas
combinaes de propriedades e aplicaes. As principais caractersticas,
processamento e aplicaes dos plsticos so fornecidas a seguir.
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Os fatores que determinam a tcnica de conformao dos polmeros
plsticos so:
1) se o material termoplstico ou termofixo; 2) temperatura de
transio vtrea do termoplstico; 3) estabilidade do material frente s
condies ambientes; 4) forma e tamanho do produto.
Termoplsticos so conformados a temperaturas Tv se amorfos a
presso mantida durante o resfriamento da Tf se semicristalinos pea
no molde
1 estgio polmero linear de baixo peso molecular (lquido)
Termofixos so conformados em dois estgios 2 estgio cura atravs
de aquecimento e/ou pela adio de catalisadores (no molde
freqentemente sob presso; as peas podem ser extradas enquanto ainda
esto quentes , uma vez que se encontram dimensionalmente
estveis)
Os termofixos suportam maiores temperaturas de servio e so mais
inertes quimicamente do que os termoplsticos.
4
TermoplTermoplsticos utilizados atualmente:sticos utilizados
atualmente:
PP PS AC ABS PP PS AC ABS PVC PMMA PE SANPVC PMMA PE SAN
PPO PAPPO PAPOM PBTPOM PBTPET PCPET PC
PEEKPEEKPPA PPSPPA PPS
PlPlsticos Especiaissticos Especiais
PlPlsticos desticos deEngenhariaEngenharia
PlPlsticossticosde Massade Massa
DESEMPENHODESEMPENHO
CUSTOCUSTO
6
PolietilenosPolietilenos
Polietileno de Alta Densidade (PEAD) Poletileno de Mdia
Densidade (PEMD) Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) Polietileno
de Ultra Alto Peso Molecular
(PEUAPM) Etileno Acetato de Vinila (EVA) Etileno Metacrilato de
Metila (EMA)
7
Polietileno de Alta Densidade Polietileno de Alta Densidade
(PEAD/HDPE) (PEAD/HDPE) -- CaracterCaractersticassticas
Aparncia: Branco, translcido opaco Classificao: Poliolefina,
Vinlico, de Poliadio Cristalinidade: 75 - 95% Densidade: 0,94 -
0,98 g/cm3
Peso Molecular: 200.000 u.m.a Temperatura de Fuso: 130-135 o C
Temperatura de Transio Vtrea - 120 o C Tipo de Cadeia : Linear
8
Polietileno de Alta Densidade Polietileno de Alta Densidade
(PEAD/HDPE) (PEAD/HDPE) -- PropriedadesPropriedades
. Aceita Aditivos (conc. cor, modif. de impacto, cargas, etc..)
. Anti - Aderente . Atxico . Baixa absoro de umidade . Baixa
densidade . Baixo Custo . Boa Resistncia Qumica, ao Impacto . Bom
amortecedor de vibraes . Bom isolamento eltrico . Relativa
Resistncia abraso
. Embalagens ligadas ao processo de moldagem por sopro.
. Perfis . Caixas de leite . Engradados de cerveja . Brinquedos
. Tubos
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12
Polietileno de Baixa Densidade Polietileno de Baixa Densidade
(PEBD/LDPE) (PEBD/LDPE) -- CaracterCaractersticassticas
Aparncia: Branco, Translcido Classificao: Poliolefina, Vinlico,
de Poliadio Cristalinidade: 55 - 70% Densidade : 0,89 a 0,94
g/cm3
Peso Molecular: 50.000 u.m.a Temperatura de Fuso: 109-120 o C
Temperatura de Transio Vtrea: - 120 o C Tipo de Cadeia :
Ramificada
13
Polietileno de Baixa Densidade Polietileno de Baixa Densidade
(PEBD/LDPE) (PEBD/LDPE) -- PropriedadesPropriedades
As mesmas do PEAD, exceto possuir rigidez bem menor.
. 55% do total est ligado ao uso em filmes: . Embalagens para
alimentos e frmacos . Filmes para agricultura . Revestimento de
fios e cabos . Produtos domsticos (sacolas.....) . Brinquedos
. Peas de uso geral
AplicaAplicaeses
15
Polietileno de Ultra Alto Peso Polietileno de Ultra Alto Peso
Molecular (PEUAPM/UHMWPE)Molecular (PEUAPM/UHMWPE)
CaracterCaractersticassticas
Aparncia:Branco, opaco Classificao: Poliolefina, Vinlico, de
Poliadio Cristalinidade: 45% (mximo) Densidade : 0,93 a 0,94
g/cm3
Peso Molecular: 3.000.000 - 8.000.000 u.m.a. Temperatura de
Fuso:135 o C Temperatura de Transio Vtrea: -120 o C Tipo de Cadeia:
Linear
16
Polietileno de Ultra Alto Peso Polietileno de Ultra Alto Peso
Molecular (PEUAPM/UHMWPE)Molecular (PEUAPM/UHMWPE)
PropriedadesPropriedades As mesmas, exceto ser extremamente
rgido,
extremamente resistente desgaste por atrito.
Engrenagens Revestimento de correias (por onde deslizam os
butijes de gs nas refinarias)
AplicaAplicaeses
Polietilenos Limitaes : Baixa Resistncia ao Calor. Baixa
Resistncia Trao, Compresso e Flexo . Sofre degradao por raios U.V
(Sol) . Boa resistncia a cidos oxidantes (HCl, H2SO4, etc...) .
Baixa resistncia ao corte . Baixa estabilidade dimensional
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Etileno Acetato deEtileno Acetato de VinilaVinila
(EVA)(EVA)CaracterCaractersticassticas
% de Acetato de Vinila aceita: 3 - 25%Quanto maior a incorporao
de Acetato de Vinila,
maior a flexibilidade do polmero. . Atxico . Elasticidade
similar a borrachas . Excelente Flexibilidade e Tenacidade .
Excelente resistncia s tenses em ambientes agressivos
(Stress Ckracking) . Maior Transparncia que PEBD . Propriedades
mecnicas mantidas a baixas temperaturas . Resistncia a perfurao e
ao impacto maiores que aos PEs
20
Etileno Acetato deEtileno Acetato de VinilaVinila (EVA) (EVA)
AplicaAplicaeses
. Filmes termoretrteis (Strech) para congelados. . Filmes
multi-camadas (processo de co-extruso). . Revestimento de embalagem
de papel (Longa Vida). . Revestimento de fraldas. . Tubos para
Transfuso de sangue. . Mangueiras simples. . Revestimentos de fios.
. Vedaes. . Brinquedos Flexveis. . Flores Artificiais.
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22
EtilenoEtileno MetacrilatoMetacrilato dede MetilaMetila (EMA)
(EMA) CaracterCaractersticas / Aplicasticas / Aplicaeses
Caractersticas . Similares ao EVA . Maior estabilidade Trmica .
Produz filmes mais leves Aplicaes . Embalagens Mdicas . Luvas
Descartveis . Capas para Estofamento
24
PolipropilenosPolipropilenos
Polipropileno Homopolmero (PPH) Polipropileno Copolmero
(PPC)
25
Polipropileno Polipropileno -- CaracterCaractersticassticas
Aparncia: Branco, translcido Classificao: Poliolefina, Vinlico, de
Poliadio Cristalinidade: 60 - 70% Densidade: 0,9 g/cm3
Peso Molecular: 80.000 a 500.000 u.m.a Temperatura de Fuso: 165-
175 o C Temperatura de Transio Vtrea: -8 o C Tipo de Cadeia:
Helicoidal Adicionando-se de 1,5 a 7% de ETILENO na polimerizao
do Propileno tem-se o POLIPROPILENO COPOLMERO
26
Polipropileno HomopolPolipropileno Homopolmero mero
PropriedadesPropriedades
. Aceita Aditivos (conc. de cor, modif. impacto, cargas, etc..)
. Anti - Aderente . Atxico . Baixa absoro de umidade . Baixa
densidade / baixo custo . Boa Resistncia Qumica (maior de todos os
termoplsticos) . Boa Resistncia ao Impacto e ao atrito . Bom
isolamento eltrico . Excelente resistncia fadiga. . Propriedades
ticas razoveis. . Resistncia trmica razovel (115o C).
27
Polipropileno CopolPolipropileno Copolmero mero
PropriedadesPropriedades
. As propriedades do Polipropileno Copolmero so semelhantes ao
do Polipropileno Homopolmero, adicionando-se:
. Maior Transparncia . Maior Flexibilidade . Menor Temperatura
de Amolecimento . Reciclvel sem perda de transparncia
28
Polipropileno CopolPolipropileno Copolmero mero
AplicaAplicaeses
. Filmes . Embalagens flexveis de roupas, brinquedos, discos,
cigarros, etc... . Processos de moldagem por injeo sopro .
Embalagens Transparentes para lquidos quentes (mais de 120o C.) .
Processos de moldagem por injeo . Brinquedos . Caixas de fitas de
vdeo . Embalagens semi-rgidas para alimentos . Forma para gelo
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30
Polipropileno HomopolPolipropileno Homopolmero mero
AplicaAplicaeses
. Dobradias em geral . Grande peas da linha automotiva
(maanetas,
dutos de ar, ventoinhas, ...) . Haste para culos . Parafuso de
assento sanitrio
32
PoliestirenosPoliestirenos
Poliestireno Cristal (PSC) Poliestireno Alto Impacto (PSAI)
Poliestireno Expandido (EPS) Acrilonitrila - Butadieno - Estireno
(ABS) Estireno - Acrilonitrila (SAN)
33
Poliestirenos Poliestirenos -- CaracterCaractersticassticas
Aparncia: Transparente Classificao: Poliolefina, Vinlico,
Poliadio Cristalinidade: quase 0% (Polmero Amorfo) Densidade: 1,05
g/cm3
Temperatura de Fuso: 85 - 95 o C Temperatura de Transio Vtrea:
85 - 110 o C
34
Poliestireno Cristal Poliestireno Cristal (PSC/GPS) (PSC/GPS) --
CaracterCaractersticassticas
. Alta estabilidade dimensional . Alta rigidez . Atxico . Baixa
contrao no molde . Baixa densidade . Baixo custo . Baixa resistncia
ao calor e ao Impacto . Baixa resistncia Qumica (Cetonas e
aromticos) . Baixa resistncia aos raios U.V. (Sol) . Bom isolante
trmico e eltrico . Facilidade de processamento . Permeabilidade a
gases . Propriedades ticas boas
35
Poliestireno Cristal Poliestireno Cristal (PSC/GPS) (PSC/GPS) --
AplicaAplicaeses
. Box para banheiros . Brinquedos . Cabos de escovas . Caixas
para fitas cassetes e CDs . Eletrodomsticos . Embalagens e
recipientes . Embalagens Termoformadas . Instrumentos para anlises
clnicas . Material escolar . Porta - ovos, porta - carnes . Tampas
de toca - discos
37
Poliestireno Alto Impacto Poliestireno Alto Impacto (PSAI/HIPS)
(PSAI/HIPS) -- CaracterCaractersticassticas
O PSAI produzido pela mistura fsica, ou ainda adio de SBR
(borracha) ao Estireno no reator (a borracha enxertada ao
estireno).
. Alta rigidez . Atxico . Baixa densidade . Baixo custo . Baixa
resistncia ao calor . Baixa resistncia ao Impacto . Baixa
resistncia Qumica (Cetonas e aromticos) . Baixa resistncia aos
raios U.V. (Sol) . Bom isolante trmico e eltrico . Facilidade de
processamento . Permeabilidade a gases . Propriedades ticas
boas
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39
Poliestireno Alto Impacto Poliestireno Alto Impacto (PSAI/HIPS)
(PSAI/HIPS) -- AplicaAplicaeses
. Barbeadores descartveis . Brinquedos . Cabos de escovas de
dente . Corpos descartveis / . Talheres descartveis em geral .
Gabinete de refrigerador . Gabinete de TV e vdeo . Grade de ar
condicionado . Interruptor de luz . Peas de eletrodomsticos . Peas
eletroeletrnica e informtica
41
Poliestireno Expandido (EPS) Poliestireno Expandido (EPS)
CaracterCaractersticassticas
. Nomes comerciais: Styropor, Isopor (BASF) . Obtido atravs do
Poliestireno + Agente de Expanso . Material tpico: Poliestireno
Cristal + Penteno
Densidade = 0,01 a 0,16 g/cm3 Fornecimento em esferas de 0,25 a
2,5mm de dimetro
. Baixo custo . Baixa densidade . Flutuabilidade . timo
amortecimento de impactos . timo isolamento trmico Obs.: As
propriedades do Poliestireno Expandido dependem Obs.: As
propriedades do Poliestireno Expandido dependem
diretamente de sua densidade, ou seja, o volume de ar nas
cdiretamente de sua densidade, ou seja, o volume de ar nas clulas
lulas expandidas.expandidas.
Poliestireno Expandido (EPS) Aplicaes : Caixas e embalagens
trmicas . Embalagens . Isolamento acstico . Isolamento Trmico para
a indstria da construo civil . Isolamento Trmico para tubos
aquecidos
44
CopolCopolmerosmeros EstirnicosEstirnicos
. SAN - Estireno - Acrilonitrila . ABS - Acrilonitrila -
Butadieno -
Estireno
AcrilonitrilaAcrilonitrila:: Proporciona resistncia tProporciona
resistncia trmica, ao calor, rmica, ao calor, ququmica e
mecnica.mica e mecnica.
ButadienoButadieno:: Resistncia ao impactoResistncia ao impacto
Estireno:Estireno: Rigidez, facilidade de processamentoRigidez,
facilidade de processamento
45
Produtos TProdutos Tpicospicos
ABS Acrilonitrila = 15 a 30% Butadieno = 5 a 30% Estireno = o
restante
SAN Acrilonitrila = 15 a 35% Estireno = 65 a 85%
46
AcrilonitrilaAcrilonitrila -- ButadienoButadieno --
EstirenoEstireno(ABS) (ABS) -- AplicaAplicaeses
. Brinquedos . Carcaas de mquina de escrever . Carcaas de
microcomputadores (monitor, teclado) . Carcaas de telefones .
Console de automveis . Eletrodomsticos . Instrumentos de painis .
Painis de automveis . Para - choque de automveis . Peas
cromadas
48
Estireno Estireno -- AcrilonitrilaAcrilonitrila (SAN) (SAN)
AplicaAplicaeses
. Acessrios de banheiro . Compartimentos de filtros de gua .
Eletrodomsticos . Gavetas de refrigerador . Mquina de lav
![Apostila CM2 II Propriedades Mecânicaspaulosergio/Ciencia_dos_Materiais... · o = alongamento = l [mm] onde: L f = comprimento final do cdp; F esc = carga de escoamento [N]; L o](https://img.document.onl/doc/110x75/5be493ac09d3f25b628d4d52/apostila-cm2-ii-propriedades-meca-paulosergiocienciadosmateriais-o-.jpg?t=1685939173)
