SENAI - Apostila Materiais Construção Mecânica 2011

8/19/2019 SENAI - Apostila Materiais Construção Mecânica 2011

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Federação das Indústrias do Estado do Ceará

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

Departamento Regional do Ceará

Centro de Formação Profissional Antônio Urbano de Almeida

Fortaleza – CE

2010

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

MECÂNICA

C U

R S O

T É C

N I C O

E M

M E C Â

N I C A


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ÍNDICE

1 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS............................................................................................. ..0

Metais .......................................................................................................................................05Cerâmicos.................................................................................................................................10Polímeros .................................................................................................................................16Semicondutores........................................................................................................................25Compósitos ..............................................................................................................................26Biometais .................................................................................................................................27

2 ESTRUTURA DE S!LIDOS CRISTALINOS ...................................................................................2"

# IM$ERFEIÇ%ES EM S!LIDOS .......................................................................................................#&

DIA'RAMA DE FASES....................................................................................................................(

& DIA'RAMA FERRO)CAR*ONO .....................................................................................................+0

+ LI'AS MET,LICAS ........................................................................................................................ (0Normalia!"o ...........................................................................................................................#0$erro $undido .........................................................................................................................#5 %lumínio....................................................................................................................................##

Co&re .......................................................................................................................................'(

( $RO$RIEDADE MECÂNICA DOS METAIS ................................................................................... ""

)e*orma!"o +l,stica ............................................................................................................. 101)e*orma!"o Pl,stica ..............................................................................................................105)uctilidade .............................................................................................................................10#-esilincia ..............................................................................................................................10'/enacidade ............................................................................................................................110

- MECANISMOS DE AUMENTO DE RESISTNCIA EM METAIS...................................................111

" $ROCESSO T/RMICO DE LI'AS MET,LICAS ......................................................................... 11(/mpera .................................................................................................................................11'-eenimento ..........................................................................................................................120-ecoimento ..........................................................................................................................122Cementa!"o ...........................................................................................................................12Nitreta!"o ...............................................................................................................................126

10 FRATURA ....................................................................................................................................12(

!


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11 FLUENCIA ....................................................................................................................................1#2

12 FADI'A ....................................................................................................................................... 1#+

1# REFERNCIA ............................................................................................................................. 11

"


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1) CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

1 Metais.

2 Cerâmicos.

( Polímeros.

Semicondutores.

5 Compósitos.

6 Biomateriais.

% estrutura eletr3nica determina a naturea das li4a!es e in*luencia as propriedades *ísicas e

mecânicas. arrano dos ,tomos em uma estrutura cristalina ou amor*a in*luencia o comportamento

do material. 8mper*ei!es no arrano at3mico e9ercem uma importante in*luencia na de*orma!"o e

propriedades mecânicas do material.

moimento at3mico :di*us"o ; importante para muitos tratamentos t;rmicos e processos

de *a&rica!"o< assim como para as propriedades *ísicas para os metais.

+strutura do Material = Comportamento do Material

/a&ela > +9emplos de aplica!es e propriedades para cada cate4oria dos materiais

#


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METAIS

Materiais met,licos s"o normalmente com&ina!es de elementos met,licos. +les tm 4rande

n?mero de el;trons n"o localiados< isto ;< estes el;trons n"o est"o amarrados a particulares

,tomos. Muitas propriedades de metais s"o diretamente atri&uíeis a estes el;trons.Metais s"o

e9tremamente &ons condutores de eletricidade e de calor e n"o s"o transparentes @ lu isíelA a

super*ície de um metal polido tem aparncia lustrosa. %l;m disso< metais s"o &astante *ortes< ainda

de*orm,eis< ue respondem pelo seu e9tensio uso em aplica!es estruturais.

%plica!esA +struturas e Carre4amentos

i4asA Proporcionam uma melDora de uma propriedade particular ou uma melDor com&ina!"o

de propriedades. Nos a!os o car&ono aria de 0


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Core

Propriedades B,sicasA

• )ensidadeA #


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FERRO

*erro :do latim *errum ; o se4undo metal mais a&undante da crosta terrestre e o uarto

elemento mais encontrado< depois do o9i4nio< silício e alumínio. Por;m< uando se considera a

totalidade do planeta< o *erro sur4e como o primeiro constituinte do corpo sólido da /erra< ocupando<

untamente com o níuel< os cerca de 7000 Jm de diâmetro ue compem o seu n?cleo.

)e n?mero at3mico 26 e sím&olo uímico $e< o *erro ; um elemento de transi!"o< pertencente

ao oitao 4rupo da ta&ela periódica. Kuando puro< o *erro ; um metal &ranco>cinento &rilDante.

Caracteria>se pela 4rande ducti&ilidade< ue permite trans*orm,>lo em *ios e arames< e

malea&ilidade< ue *acilita a *a&rica!"o de *olDas laminares. +ntre suas propriedades *ísicas destaca>

se o ma4netismo< ue o torna um ótimo material para *a&ricar ím"s. Kuanto @s propriedades

uímicas< o *erro ; inalter,el< em temperatura normal< uando e9posto ao ar seco. Su&metido ao ar

?mido< o *erro met,lico so*re o9ida!"o e se trans*orma lentamente em *erru4em :ó9ido de *erro< o

ue pode ser eitado se o *erro *or reestido de metal mais resistente @ corros"o< como inco :*erro

4alaniado< estanDo :*olDa>de>*landres ou cromo :*erro cromado. *erro ; atacado *acilmente por

,cidos.

$e5a6 4e 7erro

&


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+ste elemento ; detect,el na composi!"o de uase todos os seres ios< sendo essencial

para a esma4adora maioria destes. % mauinaria celular dos or4anismos depende &iouimicamente

do *erro para e9ecutar muitas das suas *un!es< em particular a respira!"o< sendo um componente

essencial na Demo4lo&ina do san4ue. ser Dumano n"o ; e9ce!"o< necessitando de tomas di,rias

deste elemento< normalmente proporcionadas por uma dieta euili&rada.

Ioe em dia s"o produidos cerca de 500 milDes de toneladas de *erro a partir das reseras

naturais e outros (00 milDes de toneladas proenientes da recicla4em. % e9istncia de *erro nas

suas diersas *ormas em reseras naturais ultrapassa os 100 &ilDes de toneladas :maoritariamente

na *orma de $e(< $e2(< $e :I e $eC(.

M3ro 4e 7erro

L a mat;ria>prima portadora do principal elemento ue ; o *erro< normalmente este aparece

com&inado com o o9i4nio na *orma de ó9ido :composto uímico. +sta com&ina!"o pode ocorrer de

,rias *ormas ori4inando min;rios de composi!"o uímica e características di*erentes.

min;rio de *erro ; composto por trs partes a sa&erA

' til → parte ue cont;m o *erro

' an4a → impureas sem alor direto

' +st;ril → rocDa onde o min;rio

s min;rios ue apresentam interesse econ3mico para a siderur4ia s"o &asicamente os ó9idos<

sendo os mais utiliados a Dematita e a ma4netita


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cor cina escuro e apresenta propriedades ma4n;ticas< o ue *acilita a sua concentra!"o nas

opera!es de &ene*iciamento de min;rios.

F:;ra + – Ma:etta

L9ota

Consiste essencialmente em Iematita Didratada :presen!a de ,4ua com *órmula $e 2(< na

ual a propor!"o de mol;culas de ,4ua de Didrata!"o pode ariar de 1 a (. +m conseOncia aria

tam&;m o teor nominal de *erro sendo ue o teor real normalmente n"o ultrapassa 65E. %presenta>

se como um material de cor marrom.

F:;ra ( ) L9ota

S4erta

L um tipo pouco *reOente de min;rios< ocorrendo normalmente como componente de mistura

da Dematita e em peuenas propor!es. %presenta>se na *órmula $eC( :Car&onato< sendo ue

seu teor real aria de 10 a 0E.

F:;ra - ) S4erta

$rta

)


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/am&;m de pouca importância< normalmente aparece como componente de mistura de

min;rios de outros metais :min;rios de co&re< por e9emplo. Sua *órmula &,sica ; $eS2.

F:;ra " ) $rta

1.2 CERÂMICOS

Normalmente apresentam eleadas resistncias mecânicas< eleadas esta&ilidade t;rmica<&ai9a condutiidade el;trica e t;rmica< sendo normalmente utiliados como isolantes. S"o duros e

resistentes< mas tam&;m muito *r,4eis e com &ai9a ductilidade. :Dúctil: Que pode ser batido,

comprimido, estirado; flexível; elástico, maleável).

*


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setor cerâmico ; amplo e Detero4neo o ue indu a diidi>lo em su&>setores ou se4mentos

em *un!"o de diersos *atores< como mat;rias>primas< propriedades e ,reas de utilia!"o.

)essa*orma< a se4uinte classi*ica!"o< em 4eral< ; adotada.


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Co9>o65o

Sílica > Si2 > &,sica > itri*icante.

Soda > Na2 > &ai9a o ponto de *us"o da sílica.

C,lcio > Ca > esta&ilidade do idro.

Ma4n;sio > M4 > enriuece sua resistncia mecânica.

%lumina > %l2( > re*or!a suas resistncias.

Cloreto de Sódio< Nitrato de Sódio< Q9ido de Selnio > a*inantes.

Q9ido de %rsnico :%R< Q9ido de $erro :T+-)+< Q9ido de Selnio :C8NR% > corantes.

Sucatas de idros > 20E a 0E para *us"o.

Utlza5o

Tidros ocos ...... arra*as< *rascos< etc.

Planos ................ Uanelas< portas< *acDadas< automóeis< etc.

$inos .................. âmpadas< aparelDos eletr3nicos< tu&os de la&oratório.

!

http://zmramos.110mb.com/CuteNews/data/upimages/lampada.jpghttp://2.bp.blogspot.com/_wpQC34cxQ-c/SULzh98GmyI/AAAAAAAAAhY/vHWRBsLMtmU/s400/porta.jpghttp://2.bp.blogspot.com/_AoSPkxh1H7c/SNj-FwKc_eI/AAAAAAAAClU/v2SfUAqr2kM/s400/garrafa.jpg


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Curos .............. %utomo&ilísticos e constru!"o ciil.

Far=a5o

#00G CA a mistura atin4e o estado pastoso< *undindo>se ao atin4ir 1000H C.

Core6

8ncolor. $um. Brone. Terde. Cristal re*letio de alta per*ormance< ori4inando ,rias cores.

Cla667=a5o

• -ecoidoA

• /emperadoA Processo de tmpera ue esta&elece tenses nas onas super*iciais e

correspondentes a altas tenses no centro :e9ternamente em compress"o e internamente

em e9pans"o.

• aminadoA m ou mais idros intercalados com PTB &utiral ue após passar por

processos de tratamento semi>cola4em e< *inalmente< a cola4em *inal em euipamentoespecialmente desenDado para este *im.

CERAMICAS TRADICIONAIS

Cerâmica TermelDa > compreende aueles materiais com colora!"o aermelDada

empre4ados na constru!"o ciil :tiolos< &locos< telDas< elementos aados< laes< tu&os cerâmicos ear4ilas e9pandidas e tam&;m utensílios de uso dom;stico e de adorno. %s laotas muitas ees s"o

enuadradas neste 4rupo por;m o mais correto ; em Materiais de -eestimento.

"

http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.vidreks.com.br/wp-content/uploads/2010/02/para_brisa.jpg&imgrefurl=http://www.vidreks.com.br/parabrisa-e-vidros-automotivos/&usg=__HG5Ym11uFGhmEA3cIJ04XB1EMo8=&h=240&w=240&sz=33&hl=pt-br&start=3&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=Lx4WKHniVBUVwM:&tbnh=110&tbnw=110&prev=/images%3Fq%3Dparabrisa%26um%3D1%26hl%3Dpt-br%26sa%3DG%26rlz%3D1T4PRFA_pt-BRBR404BR406%26tbs%3Disch:1


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Cerâmica Branca > +ste 4rupo ; &astante diersi*icado< compreendendo materiais

constituídos por um corpo &ranco e em 4eral reco&ertos por uma camada ítrea transparente e

incolor e ue eram assim a4rupados pela cor &ranca de massa< necess,ria por raes est;ticas eFou

t;cnicas. Com o adento dos idrados opaci*icados< muitos dos produtos enuadrados neste 4rupopassaram a serem *a&ricados< sem preuío das características para uma dada aplica!"o< com

mat;rias primas com certo 4rau de impureas< respons,eis pela colora!"o. )essa *orma ; mais

adeuado su&diidir este 4rupo emA

ou!a sanit,ria F lou!a de mesa F isoladores el;tricos para alta e &ai9a tens"o F cerâmica

artística :decoratia e utilit,ria F cerâmica t;cnica para *ins diersos< tais comoA uímico< el;trico<

t;rmico e mecânico.

Matera6 Re7ratBro6

+ste 4rupo compreende uma diersidade de produtos< ue tm como *inalidade suportar

temperaturas eleadas nas condi!es especí*icas de processo e de opera!"o dos euipamentos

industriais< ue em 4eral enolem es*or!os mecânicos< ataues uímicos< aria!es &ruscas de

temperatura e outras solicita!es. Para suportar estas solicita!es e em *un!"o da naturea das

#


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mesmas< *oram desenolidos in?meros tipos de produtos< a partir de di*erentes mat;rias>primas ou

mistura destas.

)essa *orma< podemos classi*icar os produtos re*rat,rios uanto a mat;ria>prima ou

componente uímico principal emA

• sílica

• sílico>aluminoso<

• aluminoso<

• mulita<

• ma4nesianocromítico<

• cromítico>ma4nesiano<

• car&eto de silício<

• 4ra*ita<

• car&ono<

• irc3nia<

• irconita<

• espin;lio

• outros.

A*RASIprimas e processos semelDantes aos

da cerâmica< constituem>se num se4mento cerâmico. +ntre os produtos mais conDecidos podemos

citar o ó9ido de alumínio eletro *undido e o car&eto de silício.

$


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Cer9=a 4e Alta Te=olo:a Cer9=a Aa5a4a

apro*undamento dos conDecimentos da cincia dos materiais proporcionou ao Domem o

desenolimento de noas tecnolo4ias e aprimoramento das e9istentes nas mais di*erentes ,reas<

como aeroespacial< eletr3nica< nuclear e muitas outras e ue passaram a e9i4ir materiais com

ualidade e9cepcionalmente eleada. /ais materiais passaram a ser desenolidos a partir de

mat;rias>primas sint;ticas de altíssima purea e por meio de processos ri4orosamente controlados.

+stes produtos< ue podem apresentar os mais di*erentes *ormatos< s"o *a&ricados pelo cDamado

se4mento cerâmico de alta tecnolo4ia ou cerâmica aan!ada.

s produtos deste se4mento s"o de uso intenso e a cada dia tende a se ampliar.

$OLÍMEROS

%

http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://static.hsw.com.br/gif/clutch-fig6.jpg&imgrefurl=http://carros.hsw.uol.com.br/embreagem.htm&h=300&w=400&sz=14&tbnid=X50ntQIpUGYrZM:&tbnh=93&tbnw=124&prev=/images%3Fq%3Ddisco%2Bde%2Bembreagem&zoom=1&q=disco+de+embreagem&hl=pt-BR&usg=__CKY6ekllPGqXV2ShU1_HKgzWbWs=&sa=X&ei=Wa4lTfLiFYKClAfEp9THAQ&ved=0CCwQ9QEwBAhttp://img10.imageshack.us/img10/4936/freiofftrazebc.jpghttp://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.cefamol.pt/cefamol/pt/docs_news/Folder.2009-07-24.2892283150/PloneArticle.2009-07-27.8730812756/Image00064732&imgrefurl=http://www.cefamol.pt/cefamol/pt/docs_news/Folder.2009-07-24.2892283150/PloneArticle.2009-07-27.8730812756/PloneArticle_view&usg=__rlnjLSTPYvoSoTRSc4EsBCG4HKs=&h=768&w=803&sz=395&hl=pt-br&start=3&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=wqeB6JGy8SAi3M:&tbnh=137&tbnw=143&prev=/images%3Fq%3Dpastilha%2Bde%2Bcorte%26um%3D1%26hl%3Dpt-br%26rlz%3D1T4PRFA_pt-BRBR404BR406%26tbs%3Disch:1http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.cimm.com.br/conteudo/noticias/imagem/Image/taurus2.jpg&imgrefurl=http://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/1724-expositores-mostram-o-que-tm-de-melhor-na-intermach-2007&usg=__RZGwL1rFszFoleyUoSEB0eTnV94=&h=484&w=484&sz=99&hl=pt-br&start=6&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=uA5EuBvG2jc8RM:&tbnh=129&tbnw=129&prev=/images%3Fq%3Dferramenta%2Bde%2Bcorte%2Bem%2Bcer%25C3%25A2mica%2Bavan%25C3%25A7ada%26um%3D1%26hl%3Dpt-br%26rlz%3D1T4PRFA_pt-BRBR404BR406%26tbs%3Disch:1http://www.paparazzinamoda.com.br/site/wp-content/uploads/2010/11/armani1-300x262.jpg


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S"o produidos pela cria!"o de uma 4rande estrutura molecular a partir de mol;culas

or4ânicas menores :mon3meros em um processo conDecido como polimeria!"o. Possuem &ai9a

condutiidade el;trica e t;rmica e &ai9a resistncia mecânica. N"o s"o indicados para aplica!es em

altas temperaturas.

• $ol?9ero6 Ter9o>lB6t=o6A N"o possuem li4a!es cruadas ue unem as macromol;culas

entre si.

• $ol?9ero6 Ter9or?:4o6A Possuem li4a!es cruadas ue unem as macro mol;culas entre

si.

$i4ura 1.1 V Polimeria!"o ocorre uando peuenas mol;culas< representadas por es*eras<

se com&inam para produir 4randes mol;culas ou polímeros. %s mol;culas podem ter uma estrutura

linear ou rami*icada :termopl,sticos ou pode *ormal uma rede tridimensional :termorí4idos.

$ol?9ero6 Ter9o>lB6t=o6

&


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L auele ue derrete e *lui uando auecido< ao contr,rio dos termorí4idos. Polímeros

termopl,sticos 4eralmente n"o s"o altamente reticulado < e a4em como sólidos molecularA &ai9a

temperatura de *us"o e pontos de e&uli!"o< &ai9a resistncia< d?cteis e assim por diante.

Principais tipos de Polímeros

• Polietileno

• Polipropileno

• Poliestireno

• Policar&onato

• Poliuretano

• %crílicos

• PTC :Poli Cloreto de Tinila

• /e*lon

$oletleo

Polietileno ; um polímero parcialmente cristalino< *le9íel< cuas propriedades s"o

acentuadamente in*luenciadas pela uantidade relatia das *ases amor*a e cristalina. s polietilenos

s"o inertes *ace @ maioria dos produtos uímicos comuns< deido @ sua naturea para*ínica< seu alto

peso molecular e parcialmente cristalina. +m temperaturas a&ai9o de 60 GC< s"o parcialmentesol?eis em todos os solentes.

/ipos de PolietilenoA

Polietileno de &ai9a densidade :P+B) ou )P+

Polietileno de alta densidade :P+%) ou I)P+

Polietileno linear de &ai9a densidade :P+B) ou )P+ >

Polietileno de ultra alto peso molecular :P+%PM ou IMWP+

+spumas e manta $ita )upla $ace Coletes

(

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=pt-BR&langpair=en%7Cpt&u=http://www.cartage.org.lb/en/themes/sciences/Chemistry/Organicchemistry/Organicindex/Polymers/Crosslinking/Crosslinking.htm&rurl=translate.google.com.br&usg=ALkJrhglOLRy15ufPvLhtSBurS50WTFmJAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=pt-BR&langpair=en%7Cpt&u=http://www.cartage.org.lb/en/themes/sciences/Chemistry/Organicchemistry/Organicindex/Polymers/Crosslinking/Crosslinking.htm&rurl=translate.google.com.br&usg=ALkJrhglOLRy15ufPvLhtSBurS50WTFmJA


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$ol>ro>leo

polipropileno ; um termopl,stico semicristalino< produido atra;s da polimeria!"o do

mon3mero propeno< usando um catalisador estereoespecí*ico *ormando cadeias lon4as. %s

macromol;culas de polipropileno podem conter milDares de unidades monom;ricas. termo

estereoespecí*ico do catalisador se re*ere @ característica de controlar a posi!"o do 4rupo metila na

cadeia polim;rica de *orma ordenada.

% maior parte do polipropileno comercial ; do tipo Xisot,ticoX< em ue a maioria das unidades

de propeno est, com a Xca&e!aX unida @ XcaudaX< *ormando uma cadeia com todos os 4rupos metila

orientados para o mesmo lado. +sta estrutura estereorre4ular *aorece o desenolimento de re4ies

cristalinas< ue< dependendo das condi!es de processamento< permite o&ter uma cristalinidade

entre 0 e 70E.

$ro>re4a4e6@

% densidade do polipropileno ; da ordem de 0


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$ole6treo

poliestireno ; um Domopolímero resultante da polimeria!"o do mon3mero de estireno. L

um termopl,stico duro e ue&radi!o com transparncia cristalina< semelDante ao idro.

Y temperatura am&iente< o poliestireno apresenta>se no estado sólido. /rata>se de uma resina

do 4rupo dos termopl,sticos< cua característica reside na sua *,cil *le9i&ilidade ou molda&ilidade so&

a a!"o do calor.

PropriedadesA

$,cil processamento por molda4em @ uente

$,cil colora!"o

Bai9o custo SemelDante ao idro

+leada resistncia a ,lcalis e ,cidos

Bai9a densidade e a&sor!"o de umidade

Bai9a resistncia a solentes or4ânicos< calor e intemp;ries

Pasta -eló4io 8sopor +spuma

!*

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cidoshttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cidos


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$ol=aroato

L o ?nico material capa de o*erecer transparncia e alto níel de se4uran!a ao mesmo

tempo. % com&ina!"o de propriedades *ísicas< t;rmicas e el;tricas indicam este produto para um

4rande n?mero de aplica!es< principalmente em su&stitui!"o ao idro< pois ; o mais resistente dos

materiais transparentes.

$ro>re4a4e6@

Possui e9celente resistncia mecânica< n"o de*orma uando e9posto , temperaturas de at;

120HC. L um material lee< ató9ico e de alta dura&ilidade. Possui densidade de 1


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$ol;retao

poliuretano pertence a um 4rupo de materiais ue aliam características de elast3mero com

possi&ilidade de trans*orma!"o como termopl,stico deido @ 4rande aria!"o de dureas possíeisde se esta&elecer na sua *ormula!"o. )eido @ sua estrutura sem i4ual< ultrapassa com anta4ens a

&orracDa conencional nos mais ariados setores da ind?stria. Seu comportamento t;rmico est,

diretamente relacionado com a sua estrutura molecular< ue determina o tipo de poliuretano< se4undo

@ sua durea.

$ro>re4a4e6@

Possui alta resistncia @ tra!"o e compress"o< e9celente *le9i&ilidade a &ai9as temperaturas<

4rande resistncia a propa4a!"o de ras4os e ; ideal na produ!"o de pe!as ue e9iam

4rande dura&ilidade.

+strelas< discos< protetores< raspadores< amortecedores< co9ins< &atentes< pu9adores<

ciclones< separadores< reestimentos de impulsores< apoio para &ra!o< &ola de câm&io.

!!

http://www.elastosul.com.br/ft-pig01.htm


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A=r?l=o

Su&stitui o idro com 4randes anta4ens. L 17 ees mais resistente e t"o transparente

uanto este< al;m de ser 75E mais lee. Sua resistncia ao impacto ; maior ue ualuer tipo de

idro< incluindo os temperados. MelDor isolante t;rmico do ue o idro.

PropriedadesA

+9celentes propriedades ópticas

%lta resistncia @s intemp;ries

+sta&ilidade dimensional

Bai9a contra!"o

%lto &rilDo

Boas propriedades t;rmicas

$acilidade de pi4menta!"o

$acilidade de 4raa!"o

Boa molda&ilidade

!"


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+spelDos /u&os

Cadeiras Suporte

$se aí a na*ta lee :;

um deriado de petróleo utiliado principalmente como mat;ria>prima da ind?stria petrouímica. %

Na*ta passa pelo processo de craueamento catalítico :ue&ra de mol;culas 4randes em mol;culas

menores com a a!"o de catalisadores para acelera!"o do processo< 4erando>se o eteno. /anto o

cloro como o eteno est"o na *ase 4asosa e eles rea4em produindo o )C+ :dicloro etano.

% partir do )C+< o&t;m>se o MTC :mono cloreto de inila< unidade &,sica do polímero. %s

mol;culas de MTC s"o su&metidas ao processo de polimeria!"o< ou sea< elas "o se li4ando

*ormando uma mol;cula muito maior< conDecida como PTC :policloreto de inila< ue ; um pó muito

*ino de cor &ranca.

!#


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PTC ; lar4amente utiliado tanto na ,rea m;dica e alimentícia uanto na constru!"o ciil<

em&ala4ens< cal!ados< &rinuedos< *ios e ca&os< reestimentos< ind?stria automo&ilística< etc.< onde

sua presen!a tem se mostrado t"o necess,ria uanto indispens,el.

Portas Material Iospitalar

PisosTEFLON

/e*lon ; uma marca comercial ue se trans*ormou na desi4na!"o corrente de um polímero

: P/$+ desco&erto acidentalmente por -oZ U. PlunJett :1'10>1'' para a empresa )uPont< em

1'(# e apresentado< para *ins comerciais< em 1'6. P/$+ ; um polímero similar ao polietileno<

onde os ,tomos de Didro4nio est"o su&stituidos por *luor. % press"o necess,ria para produir o

te*lon ; de cerca de 50 000 atm.

L o pl,stico ue melDor resiste ao calor e @ corros"o por a4entes uímicos por isso< apesar

de ser caro< ele ; muito utiliado em encanamentos< ,lulas< re4istros< panelas dom;sticas<

próteses< isolamentos el;tricos< antenas para&ólicas< reestimentos para euipamentos uímicos etc.

!$


26/145

Sedes /iras ou $itas

Panelas

SEMICONDUTORES

Possuem características el;trica e ópticas ue os *aem essenciais em componenteseletr3nicos. Por de*ini!"o os semicondutores tem uma resistiidade entre auelas dos condutores e

dos isolantes. % condutiidade el;trica desses materiais pode ser controlada permitindo o uso em

componentes eletr3nicos como transistor< diodos e circuitos inte4rados.:Silício< ermânio.

!%


27/145

COM$!SITOS

S"o *ormados a partir de dois ou mais materiais ue resultam em propriedades di*erentes das

encontradas nos materiais simples. Com compósitos ; possíel produir materiais resistentes<

d?cteis e resistentes a altas temperaturas ou materiais duros e resistentes ao cDoue.

!&

http://www.electronica-pt.com/imgps/gravar-audio-integrado.gifhttp://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://profs.ccems.pt/PaulaFrota/images/diodo.jpg&imgrefurl=http://www.rceletrico.net/phpBB3/viewtopic.php%3Ff%3D10%26t%3D4229&usg=__7AKnlNpDiZrcHkkz-mk2Pzki1ig=&h=160&w=230&sz=5&hl=pt-br&start=9&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=hqpBc8WMgYCC1M:&tbnh=75&tbnw=108&prev=/images%3Fq%3Ddiodo%26um%3D1%26hl%3Dpt-br%26rlz%3D1T4PRFA_pt-BRBR404BR406%26tbs%3Disch:1http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.bpiropo.com.br/graficos/FPC_AC20070611_1.jpg&imgrefurl=http://www.bpiropo.com.br/fpc20070825.htm&usg=__vGLnQlHLoD4-ls9tmbqmu-h5s28=&h=470&w=300&sz=21&hl=pt-br&start=20&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=QoYOuifT6ZODfM:&tbnh=129&tbnw=82&prev=/images%3Fq%3Dsemicondutores%26um%3D1%26hl%3Dpt-br%26sa%3DN%26rlz%3D1T4PRFA_pt-BRBR404BR406%26tbs%3Disch:1http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://battlenerds.files.wordpress.com/2008/10/semiconductors_385x261.jpg&imgrefurl=http://battlenerds.wordpress.com/2008/10/05/semicondutores/&usg=__2T7GnQ1oiIPyGbdxtOD9iQDZHEU=&h=261&w=385&sz=28&hl=pt-br&start=2&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=Ktdu2JBOIo33zM:&tbnh=83&tbnw=123&prev=/images%3Fq%3Dsemicondutores%26um%3D1%26hl%3Dpt-br%26sa%3DN%26rlz%3D1T4PRFA_pt-BRBR404BR406%26tbs%3Disch:1


28/145

$i4ura 1.(. I;lice de um moderno Delicóptero *a&ricada com um material compósito de

polímero re*or!ado com *i&ra de car&ono.

*IOMATERIAIS

Biomateriais< &ioen4enDaria< en4enDaria &iom;dica< &iotecnolo4ia< &iomecânica< li&era!"o

controlada de *,rmacos< en4enDaria de tecidos e medicina re4eneratia s"o especialidades doconDecimento relatiamente noas< cua de*ini!"o nem sempre ; clara< sendo praticamente

impossíel eitar a superposi!"o entre essas ,reas e temas. Por ordem de a&ran4ncia teríamosA

!(

http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://img10.imageshack.us/img10/1598/020921006fmm005954856.jpg&imgrefurl=http://www.mundogump.com.br/ultimas-do-maglev-cobra/&usg=__95eOfQ7jMyWr17cfx35lkWjJYQo=&h=424&w=595&sz=58&hl=pt-br&start=28&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=YQhlltnr_7IjxM:&tbnh=96&tbnw=135&prev=/images%3Fq%3Dmaterial%2Bcomposito%26start%3D20%26um%3D1%26hl%3Dpt-br%26sa%3DN%26rlz%3D1T4PRFA_pt-BRBR404BR406%26ndsp%3D20%26tbs%3Disch:1http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.engenhariacivil.com/imagens/material-composito-fibra-carbono.jpg&imgrefurl=http://www.engenhariacivil.com/aplicacoes-estruturais-materiais-compositos&usg=__6uNrjssANBwMjPbtNt0k-HEQ45o=&h=360&w=540&sz=92&hl=pt-br&start=18&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=zjdHaHSnIw3f9M:&tbnh=88&tbnw=132&prev=/images%3Fq%3Dmaterial%2Bcomposito%26um%3D1%26hl%3Dpt-br%26rlz%3D1T4PRFA_pt-BRBR404BR406%26tbs%3Disch:1http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.chinatraderonline.com/Files/Household/Sports%2520and%2520Outdoor%2520Living%2520Products/Helmet/FULL-FACE-HELMET/Composite-material-Helmets-20522786387.jpg&imgrefurl=http://www.chinatraderonline.com/Sports-and-Outdoor-Living-Products/HELMET/&usg=__-OETQKk58cgeRPYLetVA6K1O9O8=&h=322&w=350&sz=21&hl=pt-br&start=7&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=XHZlzCMX6TzykM:&tbnh=110&tbnw=120&prev=/images%3Fq%3Dmaterial%2Bcomposito%26um%3D1%26hl%3Dpt-br%26rlz%3D1T4PRFA_pt-BRBR404BR406%26tbs%3Disch:1http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.brazilianfibres.com.br/wp-content/uploads/2009/12/composito1.jpg&imgrefurl=http://www.brazilianfibres.com.br/%3Fp%3D774&usg=__CHQ9KarFBs8x7TbHLEmbs7DcsV0=&h=706&w=472&sz=30&hl=pt-br&start=13&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=UikkHDTRdsE1JM:&tbnh=140&tbnw=94&prev=/images%3Fq%3Dcomposito%26um%3D1%26hl%3Dpt-br%26rlz%3D1T4PRFA_pt-BRBR404BR406%26tbs%3Disch:1


29/145

Biotecnolo4iaA

so de or4anismos ios< suas c;lulas ou mol;culas para produ!"o racionaliada de

su&stâncias< 4erando produtos comerciali,eis.

Bioen4enDariaA

%plica!"o dos princípios de en4enDaria ao estudo de processos &ioló4icos< desenolimento

de componentes< euipamentos e processos para preen!"o< dia4nóstico e tratamento de doen!as

rea&ilita!"o e promo!"o da sa?de.

*o9atera6 ue ; uma parte importante dos cerca de (00.000 produtos para a sa?de.

Se4undo a %NT8S%< o setor Xprodutos para sa?deX :PS en4lo&a 4rupos a sa&erA

materiais de uso em sa?deA luas< cateteres< serin4as< stents< próteses< etc.

euipamentos de uso em sa?deA marcapassos< &isturis eletr3nicos< &om&as de co&alto< etc.

produtos para dia4nóstico in vitroA meios de cultura< Jits< etc.

!)


30/145

materiais para uso em educa!"o *ísica< em&eleamento ou corre!"o est;tica.

ma das de*ini!es correntes di ue [*o9atera6 s"o materiais :sint;ticos ou naturais sólidos

ou< @s ees< líuidos utiliados em dispositios m;dicos ou em contacto com sistemas &ioló4icos\

enuanto ue na de*ini!"o cl,ssica &iomaterial ; [parte de um sistema ue trata< aumenta ou

su&stitua ualuer tecido< ór4"o ou*un!"o do corpo\.

rande parte dos Xmateriais de uso em sa?deX< con*orme de*ini!"o anterior da %NT8S% s"o

enuadrados como &iomateriaisA próteses< lentes< en9ertos< stents< cateteres< tu&os de circula!"o

e9tra>corpórea e arca&ou!os empre4ados na +n4enDaria de tecidos< entre outros.

2 ESTRUTURA DE S!LIDOS CRISTALINOS

ESTRUTURAS CRISTALINAS@ CONCEITOS FUNDAMENTAIS

"*

http://ipaumirim.net/colunas/media/blogs/Cezario/silicone.jpg


31/145

Materiais sólidos podem ser classi*icados de acordo com a re4ularidade com ue ,tomos ou

íons se arranam entre si. m material cristalino ; um no ual ,tomos est"o situados numa

disposi!"o repetitia ou periódica ao lon4o de 4randes distâncias at3micas isto ;< e9iste uma

ordena!"o de 4rande alcance tal ue na solidi*ica!"o< os ,tomos se posicionar"o entre si num modo

tridimensional repetitio< onde cada ,tomo est, li4ado aos seus ,tomos iinDos mais pró9imos.

/odos os metais< muitos materiais cerâmicos< e certos polímeros *oram estruturas cristalinas so&

condi!es normais de solidi*ica!"o. Para aueles ue n"o se cristaliam< n"o e9iste esta ordena!"o

at3mica de lon4o alcance estes materiais n"o>cristalinos ou amor*os.

%l4umas das propriedades dos sólidos cristalinos depende da estrutura cristalina do material<

a maneira na ual ,tomos< íons ou mol;culas s"o espacialmente arranados. +9iste um

e9tremamente 4rande n?mero de estruturas cristalinas di*erentes todas elas tendo uma ordena!"o

at3mica de lon4o alcance estas ariam desde estruturas relatiamente simples para metais< at;

estruturas e9cessiamente comple9as< como e9i&idas por al4uns materiais cerâmicos ou polim;ricos.

% presente discuss"o trata das ,rias estruturas cristalinas met,licas comuns.

Kuando se descree estruturas cristalinas< pensa>se em ,tomos :ou íons como sendo

es*eras sólidas tendo diâmetros &em de*inidos. 8sto ; denominado modelo at3mico de es*era rí4ida

no ual as es*eras representando os ,tomos iinDos mais pró9imos se tocam entre si. m e9emplo

do modelo de es*era rí4ida para o arrano at3mico encontrado em al4uns dos metais elementares

comuns ; e9posto na $i4ura 2.1c.

Neste caso particular todos os ,tomos s"o idnticos. %l4umas ees o termo rede ; usado no

conte9to de estruturas cristalinas neste sentido XredeX si4ni*ica um arrano tridimensional de pontoscoincidindo com as posi!es dos ,tomos :ou centros de es*eras.

2.1 C/LULAS UNIT,RIAS

% ordena!"o at3mica em sólidos cristalinos indica ue peuenos 4rupos de ,tomos *oram um

modelo repetitio. %ssim< ao descreer estruturas cristalinas< ; muitas ees coneniente su&diidir aestrutura em peuenas entidades de repeti!"o denominada c;lulas unit,rias. C;lulas unit,rias para a

maioria das estruturas cristalinas s"o paralelepípedos ou prismas tendo trs conuntos de *aces

paralelas dentro do a4re4ado de es*eras :$i4ura 2.1c est, tra!ada uma c;lula unit,ria< ue neste

caso consiste de um cu&o.

ma c;lula unit,ria ; escolDida para representar a simetria da estrutura cristalina< dentro do

ual todas as posi!es dos ,tomos no cristal podem ser 4eradas por transla!es das distâncias

inte4rais da c;lula unit,ria ao lon4o de suas arestas. %ssim a c;lula unit,ria ; a unidade estrutural

&,sica ou o tiolo de constru!"o da estrutura cristalina e de*ine a estrutura cristalina em ra"o da sua4eometria e das posi!es dos ,tomos dentro dela.

% conenincia usualmente dita ue os cantos em paralelepípedo coincidam com centros dos

"

http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://i.ytimg.com/vi/b0ASB2gk1t8/0.jpg&imgrefurl=http://www.territorioscuola.com/youtube/index.php%3Fkey%3DC%25C3%25A9lula%2520unit%25C3%25A1ria&usg=__MuBhH1lJPhTUUleJQFpqjs_ZMkM=&h=360&w=360&sz=6&hl=pt-br&start=7&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=e9CgOO5mIFIU3M:&tbnh=121&tbnw=121&prev=/images%3Fq%3Dc%25C3%25A9lula%2Bunit%25C3%25A1ria%26um%3D1%26hl%3Dpt-br%26rlz%3D1T4PRFA_pt-BRBR404BR406%26tbs%3Disch:1


32/145

,tomos de es*era rí4ida. %l;m disso< mais do ue uma c;lula unit,ria indiidual pode ser escolDida

para uma particular estrutura cristalina entretanto< nós 4eralmente usamos a c;lula unit,ria tendo o

mais alto níel de simetria 4eom;trica.

2.2 ESTRUTURAS CRISTALINAS MET,LICAS

% li4a!"o at3mica neste 4rupo de material ; met,lica e assim n"o>direcional em naturea.

Conseuentemente< n"o e9istem restri!es uanto ao n?mero e posi!"o dos ,tomos iinDos mais

pró9imos isto condu a n?meros relatiamente 4randes de iinDos mais pró9imos e empilDamento

at3mico denso para a maioria das estruturas cristalinas. /am&;m para metais< usando o modelo da

es*era rí4ida para a estrutura cristalina< cada es*era representa um n?cleo do íon.

% /a&ela 2.1 apresenta os raios at3micos para um n?mero de metais. Kuatro estruturas

cristalinas relatiamente simples s"o encontradas para muitos dos metais comunsA c?&ica simples<

c?&ica de *ace centrada< c?&ica de corpo centrado e De9a4onal compacta.

$i4ura 2.1 +strutura cristalina c?&ica de *ace centrada C$C.

A ESTRUTURA CRISTALINA C*ICA DE FACE CENTRADA

% estrutura cristalina encontrada para muitos metais tem uma c;lula untaria de 4eometria

c?&ica< com os ,tomos localiados em cada um dos cantos e nos centros de todas as *aces do cu&o.

"!


33/145

+la ; apropriadamente cDamada estrutura c?&ica de *ace centrada :C$C. %l4uns dos metais

*amiliares tendo esta estrutura cristalina s"o co&re< alumínio< prata e ouro :ide tam&;m a /a&ela

2.1.

% $i4ura 2.1a mostra um modelo de es*era rí4ida para a c;lula unit,ria C$C< enuanto ue na

$i4ura 2.1& os centros dos ,tomos est"o representados por peuenos círculos a *im de *ornecer uma

isualia!"o das posi!es dos ,tomos.

a4re4ado de ,tomos na $i4ura 2.1c representa uma se!"o do cristal ue consiste de

muitas c;lulas unit,rias C$C. +stas es*eras ou n?cleos de íon se tocam entre si ao lon4o de uma

dia4onal de *ace o comprimento da aresta de cu&o a e o raio at3mico - est"o relacionados atra;s

da se4uinte rela!"oA

Para a estrutura cristalina C$C< cada ,tomo do canto ; compartilDado por oito c;lulas

unit,rias< enuanto ue um ,tomo de *ace centrada pertence a apenas duas c;lulas

unit,rias.Portanto< um oitao de cada um dos oito ,tomos de canto e metade de cada um dos seis

,tomos *aciais< ou um total de uatro ,tomos inteiros< podem ser atri&uídos a uma dada c;lula

unit,ria.

8sto ; es&o!ado na $i4ura 2.1a< onde est"o representadas apenas as por!es es*;ricas

con*inadas no interior do cu&o. % c;lula compreende o olume do cu&o< ue ; 4erado a partir dos

centros dos ,tomos dos cantos como mostrado na *i4ura.

/a&ela 2.1 -aios at3micos e estrutura para al4uns metais.

$CCA G=H=o 4e 7a=e =etra4a – CFC

BCCA GCH=o 4e Cor>o Cetra4o–CCC

ICPA G8eJa:oal Co9>a=ta)8C.

%s posi!es de ;rtice e de *ace s"o realmente euialentesA isto ;< transla!"o do canto docu&o a partir de um ,tomo do ;rtice ori4inal para um ,tomo de centro de *ace n"o ir, alterar a

estrutura da c;lula.

""


34/145

)uas outras importantes características de uma estrutura cristalina s"o o n?mero de

coordena!"o e o *ator de empacotamento at3mico>$+%:%P$< em in4ls.

Para metais< cada ,tomo tem o mesmo n?mero de ,tomos iinDos mais pró9imos ou ue se

tocam< ue ; o n?mero de coordena!"o. Para estruturas cristalinas c?&icas de *ace centrada< o

n?mero de coordena!"o ; 12. 8sto pode ser con*irmado pelo e9ame da $i4ura 2.1a o ,tomo da *ace

*rontal tem uatro ,tomos de ;rtice iinDos mais pró9imo circundando>o< uatro ,tomos *aciais ue

se encontram em contato com ele pela parte traseira< e uatro outros ,tomos *aciais euialentes

ue residem na pró9ima c;lula unit,ria @ *rente< ue n"o est, mostrada.

O APF é a fra!o do volume de esfera s"lida numa célula unitária, supondo o modelo de

esfera rí#ida, ou FEA $ %volume de átomos numa célula unitária&volume da célula unitária)

Para a estrutura C$C< o *ator de empacotamento at3mico ; 0


35/145

,tomo do centro< ue est, inte4ralmente contido dentro da sua c;lula. +m adi!"o< as posi!es dos

,tomos no canto e no centro s"o euialentes.

n?mero de coordena!"o para a estrutura cristalina CCC ; # cada ,tomo do centro tem

como iinDos mais pró9imos seus oito ,tomos dos cantos. )e e ue o n?mero de coordena!"o ;

menor do ue para C$C< tam&;m o *ator de empacotamento< de 0


36/145

respectios cantos de um cu&o.

$i4ura 2. +strutura C?&ica Simples

# IM$ERFEIÇ%ES EM S!LIDOS

Por ue estudar 8mper*ei!es em Sólidos^

"%


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%s propriedades de al4uns materiais s"o in*luenciadas pela presen!a de imper*ei!es

+9emploA

Propriedades mecânicas de metais puros e9perimentam altera!es si4ni*icatias uando

,tomos de impureas s"o adicionados.

Materiais semicondutores *uncionam deido a concentra!es controladas de impureas

especí*icas s"o incorporadas em re4ies peuenas e localiadas

T>o6 4e 9>er7e5e6

• )e*eitos pontuais

• )e*eitos de linDa :discordâncias

• )e*eitos de inter*ace :4r"o e maclas

• )e*eitos olum;tricos :incluses< precipitados

O ;e 3 ;9 4e7eto

L uma imper*ei!"o ou um XerroX no arrano periódico re4ular dos ,tomos em um cristal.

Podem enoler uma irre4ularidade na posi!"o dos ,tomos e no tipo de ,tomos

tipo e o n?mero de de*eitos dependem do material< do meio am&iente< e das circunstâncias

so& as uais o cristal ; processado.

I9>er7e5e6 E6tr;t;ra6

%penas uma peuena *ra!"o dos sítios at3micos s"o imper*eitos.

'enos de ( em ( mil!o

Menos sendo poucos eles in*luenciam muito nas propriedades dos materiais e nem sempre de *orma

ne4atia

+9emplos de e*eitos da presen!a de imper*ei!es.

processo de dopa4em em semicondutores isa criar imper*ei!es para mudar o tipo de

condutiidade em determinadas re4ies do material.

% de*orma!"o mecânica dos materiais promoe a *orma!"o de imper*ei!es ue 4eram umaumento na resistncia mecânica :processo conDecido como encruamento

"&


38/145

)e*eitos Pontuais V acunas e %uto>

intersticiais

acunas ou Taios

+nole a 7alta de um ,tomo

S"o *ormados durante a solidi*ica!"o do cristal ou como resultado das i&ra!es at3micas :os

,tomos deslocam>se de suas posi!es normais

/odos os sólidos cristalinos possuem lacunas

n?mero de aios aumenta e9ponencialmente com a temperatura

Iter6t=a6

+nole um Bto9o eJtra o ter6t?=o :do próprio cristal

Produ uma distor!"o no reticulado< , ue o ,tomo 4eralmente ; maior ue o espa!o do

interstício

"(


39/145

% *orma!"o de ;9 4e7eto ter6t=al 9>l=a a =ra5o 4e ;9 azo < por isso este de*eito

3 9eo6 >roBel ue um aio.

]tomo intersticial peueno ]tomo intersticial 4rande

era maior distor!"o na rede

")


40/145

Fote@ )onald -. %sJeland Pradeep P. PDul; > /De Science and +n4ineerin4 o* Materials< tD ed.

)e*eitos pontuaisA

:a lacuna<:& ,tomo intersticial<

:c ,tomo su&stitucional peueno<

:d ,tomo su&stitucional 4rande<

:e de*eito de $renJel<

:* de*eito de ScDottJZ.

/odos estes de*eitos pertur&am o [per*eito\ arrano at3mico dos ,tomos iinDos.

D7;6o

Como , imos< deido a presen!a de acâncias e intertícios< ; possíel Daer moimento de

,tomos de um material.

#*


41/145

Me=a69o 4e 47;6o

• Pode Daer di*us"o de ,tomos do próprio material< auto>di*us"o< ou de impureas<

interdi*us"o.

• %m&as podem ocorrer atra;s da ocupa!"o do espa!o aio dei9ado por acâncias.

• % interdi*us"o tam&;m pode ocorrer atra;s da ocupa!"o de intertícios. +ste mecanismo ;

mais elo porue os ,tomos das impureas s"o menores e e9istem mais intertícios do ue

acâncias.• /udo isto indica uma dependncia da di*us"o com o tipo de impurea< o tipo de material e a

temperatura.

$atores ue in*luenciam a di*us"o

/ipo de impurea e tipo de material

/emperatura

I9>;reza6 o6 6l4o6

m metal considerado puro sempre tem impureas :,tomos estranDos presentes

""P""""Q 1022 ) 102# 9>;reza6 >or =9#

% presen!a de impureas promoe a *orma!"o de de*eitos pontuais

L:a6 9etBl=a6

8mpureas s"o adicionadas intencionalmente com a *inalidadeA#


42/145

• %umentar a resistncia mecânica

• %umentar a resistncia @ corros"o

• %umentar a condutiidade el;trica

% adi!"o de ,tomos de impureas a um metal ir, resultar a *orma!"o deA

Solu!es sólidas _ limite de solu&ilidade

Se4unda *ase = limite de solu&ilidade

% solu&ilidade depende A

• /emperatura

• /ipo de impurea

• Concentra!"o da impurea

+lemento de li4a ou 8mpurea ` soluto:_ uantidade

Matri ou Iospedeiro ̀ solente :=uantidade

Sol;5e6 Sl4a6

% estrutura cristalina do material ue atua como matri ; mantida e n"o *ormam>se noas

estruturas.

%s solu!es sólidas *ormam>se mais *acilmente uando o elemento de li4a :impurea e

matri apresentam estrutura cristalina e dimenses eletr3nicas semelDantes.

Nas solu!es sólidas as impureas podem serA

8ntersticial

Su&stitucional

Sol;5e6 Sl4a6 S;6tt;=oa6

s ,tomos do soluto ou ,tomos de impureas tomam o lu4ar dos ,tomos Dospedeiros ou ossu&stituem.

#!


43/145

SU*STITUCIONAL SU*STITUCIONAL

ORDENADA DESORDENADA

$atores ue in*luem na *orma!"o de solu!es sólidas su&stitucionais

Rao at9=o ` dee ter uma di*eren!a de no m,9imo 15E< caso contr,rio pode promoer distor!es na rede e assim *orma!"o de noa *ase

E6tr;t;ra =r6tala ` mesma

Eletroe:at4a4e ` pró9imas


44/145

s ,tomos de impureas ou os elementos de li4a ocupam os espa!os dos interstícios

corre uando a impurea apresenta raio at3mico &em menor ue o Dospedeiro

Como os materiais met,licos tem 4eralmente *ator de empacotamento alto as posi!es

intersticiais s"o relatiamente peuenas

eralmente< no m,9imo 10E de impureas s"o incorporadas nos interstícios

+9emplo de Solu!"o Sólida 8ntersticial

$e C solu&ilidade m,9ima do C no $e ; 2


45/145

D6=or4=a V m de*eito linear em um material cristalino.

D6=or4=a e9 =;Va GWe4:e 46lo=atoX V ma discordância introduida no cristal pela adi!"o

de um [meio plano e9tra\ de ,tomos.

D6=or4=a e9 V3l=e GW6=reY 46lo=atoX V ma discordância produida pela distor!"o

:tor!"o de um cristal< de modo ue um plano at3mico produa uma rampa ao redor da discordância

:caminDo para a discordância.

D6=or4=a 96ta GW9Je4 46lo=atoX V ma discordância ue contem componentes de

discordâncias em cunDa e em D;lice.

E6=orre:a9eto GW6l>X V )e*orma!"o de um material met,lico pelo moimento de discordâncias

atra;s do cristal.

D6=or4=a Are6ta

#$


46/145

+nole um Se9)>lao eJtra de ,tomos

etor de Bur4er ; perpendicular @ dire!"o da linDa da discordância

+nole onas de tra!"o e compress"o

cristal per*eito em Ga ; cortado e um meio plano at3mico e9tra ; inserido G. %

e9tremidade da parte in*erior do plano e9tra ; uma discordância em cn!a G=.

etor de +ur#ers & ; necess,rio para *ecDar um circuito de i4ual espa!amento at3mico ao

redor da discordância.

:%daptado deA . D. -eroeven< $undamentals o* PDZsical Metallur4Z< ile/, (012 .

D6=or4=a 83l=e

#%


47/145

Produ distor!"o na rede deido a tens"o de cisalDamento

etor de &ur4er ; paralelo @ dire!"o da linDa de discordância

cristal per*eito Ga ; cortado e cisalDado em um espa!amento interat3mico< G e G=. % linDa

ao lon4o da ual ocorre o cisalDamento ; uma discordância em !"lice.

m etor de Bur4ers b ; reuerido para *ecDar o circuito de i4ual espa!amento interat3mico

ao redor da discordância.Fote@ )onald -. %sJeland Pradeep P. PDul; > /De Science and +n4ineerin4 o* Materials< tD ed.

#&


48/145

Co9o 6e o6era a6 46=or4=a

)iretamente ̀ microscopia eletr3nica de transmiss"o :M+/

8ndiretamente ` microscopia eletronica de arredura :M+T e microscopia óptica :após ataue

uímico seletio

#(


49/145

DIA'RAMA DE FASES

$i4ura .1 V Metalo4ra*ia em Microscópio +letr3nico de Tarredura mostrando a

microestrutura de um a!o car&ono com 0


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L9te 4e Sol;l4a4e

Para muitos sistemas de li4as em uma dada temperatura especí*ica< e9iste uma concentra!"o

m,9ima de ,tomos de soluto ue pode se dissoler no solente para *ormar uma solu!"o sólida< ue

; cDamado limite de solu&ilidade. % adi!"o de soluto em e9cesso< al;m desse limite de solu&ilidade<

resulta na *orma!"o de uma outra solu!"o sólida ou de outro composto ue possui composi!"o

marcadamente di*erente.

+9emploA sistema ,4ua a!?car :$i4ura .(

8nicialmente V solu!"o ou 9arope ,4ua>a!?car

imite de solu&ilidade ; atin4ido V solu!"o ,4ua>a!?car cristais sólidos de a!?car.

$i4ura .( V Solu&ilidade do a!?car :C12I22011 em um 9arope a!?car>a!?car

Fa6e6

Por!"o Domo4nea de um sistema ue possui características *ísicas e uímicas uni*ormes.

ma *ase possui as se4uintes característicasA b$i4ura . :a

a Possui a mesma estrutura ou arrano at3mico

& Possui apro9imadamente a mesma composi!"o

c +9iste uma inter*ace de*inida entre a *ase e as iinDan!as ou *ases adacentes.

$*


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E;l?ro 4e 7a6e6

m sistema est, em euilí&rio se a ener4ia lire se encontra em um alor mínimo para uma

com&ina!"o especi*ica de temperatura< press"o e composi!"o. +m sentido macroscópico< isso

si4ni*ica ue as características do sistema n"o mudam ao lon4o do tempo< mas persistem

inde*inidamente< isto ;< o sistema ; est,el.

$i4ura . V 8lustra!"o de *ases e solu&ilidadeA

:a %s trs *ormas da ,4uaA 4,s< líuido e sólido representam *ases di*erentes.

:& ]4ua e ,lcool possuem solu&ilidade ilimitada.

:c ]4ua e sal possuem solu&ilidade limitada.

:d ]4ua e óleo n"o possuem solu&ilidade.

Da:ra9a 4e Fa6e6 e Co45e6 4e E;l?ro

s dia4ramas de *ases s"o ?teis para preer as trans*orma!es de *ase e as microestruturas

resultantes< ue podem apresentar car,ter de euilí&rio ou de ausncia de euilí&rio. s dia4ramas

de *ases ou euilí&rio representam a rela!"o entre a temperatura e as composi!es< e as

uantidades de cada *ase em condi!"o de euilí&rio.

$


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S6te9a6 I6o9or7o6 *Bro6

+9A Sistema co&re>níuel.

solu!"o sólida su&stitutia ue cont;m ,tomos de Cu e Ni< e ue possui uma estrutura

cristalina C$C.

% temperatura a&ai9o de 10#5GC o co&re e o níuel s"o mutuamente sol?eis um ao outro no

estado sólido< para toda e ualuer composi!"o. +ssa solu&ilidade ; e9plicada pelo *ato de ue tanto

o Cu como o Ni possuem a mesma estrutura cristalina :C$C< raios at3micos e el;trone4atiidade

praticamente idnticos e alncias semelDantes. sistema co&re>níuel ; cDamado isomor*o deido

a completa solu&ilidade dos dois componentes no estado liuido e sólido.

/emperatura de *us"o Cu puro 10#5GC

/emperatura de *us"o Ni puro 15(GC

Para um sistema &in,rio com composi!"o e temperatura conDecidas e ue se encontra em

euilí&rio< pelo menos trs tipos de in*orma!es est"o disponíeisA :*i4ura .5a

a %s *ases ue est"o presentes

& %s composi!es das *ases

c %s percenta4em ou *ra!es das *ases.

$i4ura .5 :a )ia4rama de *ases co&re>níuel

:& por!"o do dia4rama de *ases co&re níuel para o ual as composi!es e uantidades de *ases

est"o determinadas para o ponto B.

$!


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Fa6e6 >re6ete6

Ponto % : 60E de Ni e 0E de Cu V/ 1100GC *ase a

Ponto B :(5E de Ni e 65E de Cu V/ 1250GC *ase a

Co9>o65o 4a6 7a6e6

a Constrói >se uma linDa de arma!"o atra;s da re4i"o &i*,sica a temperatura da li4a.

& 8denti*ica>se as interse!es da linDa de amarra!"o com as *ronteiras entre as *ases em am&os os

lados.

c /ra!am>se linDas perpendiculares a linDa de amarra!"o a partir dessas interse!es at; o ei9o

Doriontal< onde a composi!"o ; lida.

+9.A li4a (5E Ni V 65E Cu a temperatura 1250 GC

C E Ni E Cu

Ca ENi E Cu

Deter9a5o 4a6 ;at4a4e6 4a6 7a6e6

-e4i"o mono*,sica V eitura direta no dia4rama de *ases.

-e4i"o &i*,sica V -e4ra da alaanca ou re4ra da alaanca inersa. :$i4. >5&

+9.Aconsiderando uma li4a de co&re>níuel onde @ 1250GC am&as as *ases a liuido est"o

presentes em uma li4a com composi!"o de (5E Ni V 65E Cu. Calcule as *ra!"o das *ases a e

líuida. :$i4. .5 &

$"


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$ro>re4a4e6 Me==a6 4e L:a6 I6o9or7a6

%s propriedades mecânicas de uma li4a ariam em *un!"o da aria!"o da composi!"o uímica da

li4a.

$i4ura .6 V Para o sistema co&re>níuel

:a limite de resistncia a tra!"o em *un!"o da composi!"o

:& ductilidade :E % em *un!"o da composi!"o @ temperatura am&iente.+9iste uma solu!"o sólida para todas as composi!es.

Da:ra9a 4e Fa6e6 E;t3t=o *Bro

+9.A Sistema co&re > prata. :$i4ura .7

/rs re4ies mono*,sicas distintas < f e líuida

$ase solu!"o sólida rica em co&re :%4 como soluto.$ase f solu!"o sólida rica em prata :Cu como soluto.

/ecnicamente o co&re puro ; considerado como *ase e a prata pura ; considerada com *ase.

% solu&ilidade em cada uma dessas *ases ; limitada :CB% e :I$.

Solu&ilidade m,9ima da *ase # E %4 em 77' GC.

Solu&ilidade m,9ima da *ase #


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+9istem trs re4ies &i*,sicas

LVa L?;4;6 > % medida ue a prata ; adicionada ao co&re< a temperatura no ual a li4a se torna

totalmente liuida diminui ao lon4o da cura liuidus< cura AE. )essa *orma< a temperatura de *us"o

do co&re ; reduida pela adi!"o de prata. mesmo pode ser dito para a prata. % introdu!"o de co&re

redu a temperatura de *us"o ao lon4o da outra cura liuidus FE.

$oto Iarate > corre uma rea!"o importante para a li4a com composi!"o C+

So& res*riamento< uma *ase líuida ; trans*ormada nas duas *ases sólidas a e f. +ssa ;

cDamada uma rea!"o e;t3t=a e C+ representa a composi!"o e /+ a temperatura do eut;tico.

$reOentemente< a cura sólidus Doriontal em /+ ; cDamada de isoterma eut;tica.

% rea!"o eut;tica so& res*riamento< ; semelDante a solidi*ica!"o de componentes puros no

sentido de ue a rea!"o prosse4ue at; seu termino a uma temperatura constante< ou sea de

maneira isot;rmica. +ntretanto o produto sólido da solidi*ica!"o eut;tica consiste sempre em duas

*ases sólidas.

Na constru!"o de dia4ramas de *ase &in,rios< ; importante compreender ue uma *ase< ou no

m,9imo duas< pode estar em euilí&rio dentro de uma campo de *ase. Para um sistema eut;tico< trs

*ases :a< f e podem estar em euilí&rio< porem somente nos pontos ao lon4oda isoterma eut;tica.

utra re4ra 4eral ; de ue as re4ies mono*,sicas est"o sempre separadas uma das outras p3r uma

re4i"o &i*,sica.

O#s$ Ponto et"tico " a menor temperatra de %s&o o solidi%ica'&o de ma li(a

$$


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$i4ura .7 V )ia4rama de *ases para o sistema co&re>prata

De6eol9eto 4e M=roe6tr;t;ra6 e9 L:a6 E;t3t=a6

)ependendo da composi!"o s"o possíeis ,rios tipos de microestrutura para o res*riamento

lento de li4as ue pertencem ao sistema eut;tico &in,rio.

1Z Ca6o

Taria!"o entre um componente puro e a m,9ima solu&ilidade para auele componente atemperatura am&iente.

$%


57/145

$i4ura .# V )ia4rama de *ase para a li4a cDum&o>estanDo

• (50GC< liuido : $i4ura 16.'

• ((0GC< a *ase a come!a a se *ormar

• % solu&ilidade atin4e seu t;rmino no ponto onde a linDa WWg crua a cura sólidus.

• % li4a resultante ; policristalina com uma composi!"o uni*orme C1.

• NenDuma altera!"o su&seOente ir, ocorrer com o res*riamento at; a temperatura am&iente

:ponto C.

$&


58/145

$i4ura .' V -epresenta!"o esuem,tica das microestruturas em condi!es de euilí&rio para

uma li4a cDum&o>estanDo com composi!"o C1< @ medida ue ela ; res*riada desde a re4i"o de *ase

líuida.

2Z Ca6o

$(


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+nole a solidi*ica!"o da composi!"o eut;tica. Na medida em ue a temperatura ; reduida

nenDuma altera!"o ocorre at; ue a temperatura do eut;tico sea atin4ida. %o cruar a isoterma

eut;tica o liuido se trans*orma nas duas *ases e f< onde as composi!es das *ases e f s"o

ditadas pelos pontos nas e9tremidades da isoterma eut;tica. : a 1#


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$i4ura .12 V Micro4ra*ia mostrando a microestrutura de uma li4a cDum&o>estanDo com a

composi!"o eut;tica.

+ssa microestrutura consiste em camadas alternadas de uma solu!"o sólida da *ase a rica

em cDum&o :camadas escuras e de uma solu!"o sólida da *ase f rica em estanDo :camadas

claras. %mplia!"o (75 h

$i4ura 16.1( V -epresenta!"o esuem,tica da *orma!"o da estrutura eut;tica para o sistema

cDum&o>estanDo.

%*


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#Z Ca6o

8nclui todas as composi!es ue n"o s"o eut;ticas< mas< uando res*riadas< cruam o

isoterma eut;tico.

$i4ura .1 V -epresenta!"o esuem,tica das microestruturas em condi!es de euilí&rio

para u li4a cDum&o>estanDo com composi!"o C< @ medida ue ela ; res*riada desde a re4i"o da

*ase líuida.

desenolimento microestrutural entre os pontos U e ocorre de modo ue

imediatamenteantes do cruamento da isoterma eut;tica< as *ases :1#


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$i4ura .15 V Micro4ra*ia mostrando a microestrutura de uma li4a cDum&o>estanDo com

composi!"o de 50E Sn>50E P&. +ssa microestrutura ; composta por uma *ase a prim,ria rica em

cDum&o :4randes re4ies escuras no interior de uma estrutura eut;tica lamelar ue consiste de uma

*ase f rica em estanDo :camadas claras e uma *ase a rica em cDum&o :camadas escuras.

%mplia!"o 00 h

%!


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& O SISTEMA FERRO)CAR*ONO

)e todos os sistemas de li4as &in,rias o ue ; possielmente o mais importante ; auele

*ormado pelo *erro e o car&ono. /anto os a!os como os *erros *undidos s"o essencialmente li4as

*erro>car&ono.

Da:ra9a 4e Fa6e6 Ferro)Caroeto 4e Ferro GFe)Fe#C

*erro puro< ao ser auecido e9perimenta duas altera!es na sua estrutura cristalina antes

de se *undir. % temperatura am&iente< a *orma est,el< conDecida como *errita< ou *erro al*a possui

uma estrutura cristalina CCC. % *errita e9perimenta uma trans*orma!"o para austenita com estrutura

cristalina C$C ou *erro 3 < @ temperatura de '12HC. +ssa austenita persiste ate 1('HC< temperatura

em ue a austenita C$C reerte noamente para uma *ase com estrutura CCC< conDecida por *errita

4.

$i4ura 5.1 V )ia4rama de *ases para *erro>car&ono

+P+(Q C ` =areto 4e 7erroP =e9etta GFe#C.

%"


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sistema *erro>car&ono pode ser diidido em duas partesA uma por!"o rica em *erro e outra

:n"o mostrada para composi!es entre 64ra*ite puro. +m termos pr,ticos todos os a!os

e *erros *undidos possuem teores de car&ono in*eriores a 6car&eto de *erro. :*errita 4 ; desconsiderada.

car&ono ; uma impurea intersticial no *erro e *orma uma solu!"o sólida tanto com a *errita

a como com a austenita. Na *errita < com estrutura CCC< somente peuenas concentra!es de

car&ono s"o sol?eis. % solu&ilidade m,9ima ; 0


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% a;6teta< ou *erro^ C$C< uando li4ada somente com car&ono n"o ; est,el a

temperaturas in*eriores a 727GC. % solu&ilidade m,9ima do car&ono na austenita 2car&eto de

*erro< localiado a


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De6eol9eto 4a6 M=roe6tr;t;ra6 e9 L:a6 Ferro)Caroo.

i4as +utetóides :0 % microestrutura para um a!o eutetóide lentamente res*riada

atra;s da temperatura eutetóide consiste em camadas alternadas ou lamelas compostas por duas

*ases : $e(C. Perlita. :$i4ura 5..

$i4ura 5. V -epresenta!es esuem,ticas das microestruturas para uma li4a *erro>car&ono

de composi!"o eutetóide :0


67/145

$i4ura 5.5 Metalo4ra*ia de um a!o eutetóide em microscopia óptica mostrando a microstrutura

perlítica< ue consiste em camadas alternadas de *errita :*ase clara e $e(C :camadas *inas

escuras. %mplia!"o de 500 h.

$i4ura 5.6 V -epresenta!"o esuem,tica da *orma!"o da perlita a partir da austenita. %

dire!"o de di*us"o do car&ono est, indicada pelas setas.

%&


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i4as Iipoeutetóides :C_ 0


69/145

$i4ura 5.# V Metalo4ra*ia em m icroscópio óptico de uma a!o com 0


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$i4ura 5.' V -epresenta!"o esuem,tica das microestruturas para uma li4a *erro>car&ono com

composi!"o Dipereutetóide C 1 :contendo entre 0


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$i4ura 5.10 V Metalo4ra*ia em microscopia óptica de um a!o com 1eutetoide< &ranca< ue enole

as col3nias de perlita. %mplia!"o 1000 h.

8n*luncia de elementos de li4a na temperatura e composi!"o eutetóideA :$i4uras 5.11 e 5.12

$i4ura 5.11 V +*eito da concentra!"o de elementos

de li4a na temperatura eutetóide

$i4ura 5.12 V +*eito da concentra!"o de elementos de li4a

na composi!"o eutetóide

$i4ura 5.1( V -epresenta!"o esuem,tica dos

constituintes *ormados em a!o Dipo>eutetóide< a!o eutetóide< e a!o Dipereutetóide.

&


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-e4ra da %laanca %plicada ao Sistema $erro>Car&ono

Composi!"o :EPC

$i4ura 5.1 V -e4ra da alaanca aplicada ao sistema $;>C

&!


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+ LI'AS MET,LICAS

MelVora4o a6 >ro>re4a4e6 4o6 a5o6

)o ponto de ista da produ!"o industrial< uanto melDores *orem as propriedades mecânicas de um

material ualuer< melDor ser, sua utilia!"o. 8sso sere< tanto durante o processo de *a&rica!"o

uanto durante o uso da pe!a , *a&ricada. N"o muito depois de ter aprendido a usar o co&re< o

Domem perce&eu ue o &rone< uma mistura de co&re e estanDo< era muito melDor do ue o metal

puro. +m&ora desconDecesse a estrutura interna do &rone< ele perce&eu ue esse material era mais

duro. Mesmo para uem at; a4ora n"o tinDa parado para pensar< a so*istica!"o dos processos de

*a&rica!"o e dos produtos industriais @ disposi!"o no mercado d, uma pista do ue se est, *aendo

por aí em termos de [mistura\ de metais e o ue isso tra de &ene*ício ao metal>&ase dessa mistura.

+ essa pesuisa come!a em la&oratórios ue precisam atender a necessidades so*isticadas< como a

constru!"o de naes espaciais< sat;lites< aies ou carros de $órmula 1. )aí< para os produtos ue

est"o na coinDa de nossa casa< ; um passo muito peueno.

Com o a!o< o material mais usado na ind?stria mecânica< n"o podia ser di*erente. Sea pelo

controle da uantidade de car&ono e de impureas< sea pela adi!"o de outros elementos< ou por

meio de tratamento t;rmico< ; possíel *aer com ue ele tenDa um desempenDo muito melDor noprocesso de *a&rica!"o e na utilia!"o ue a 4ente *a da pe!a depois de *a&ricada.

Nesta li!"o< oc ai estudar os outros metais ue a 4ente pode misturar ao a!o para ue ele

*iue melDor ainda. + amos dier tam&;m como ele *ica melDor. +sse conDecimento ; muito

importante como &ase para uando oc *or estudar os processos de *a&rica!"o mecânica.

A5o)=aroo@ ;9 =a9>eo 4e >o>;lar4a4e

%ntes mesmo de conDecer o *erro< o Domem , conDecia ao menos uma li4a met,licaA o&rone. Por o&sera!"o< ele perce&eu ue a [mistura\ de dois metais melDoraa o desempenDo do

metal ue estaa em maior uantidade.

ue ele n"o sa&ia direito era o ue acontecia l, dentro e< portanto< porue era possíel

misturar os metais entre si e com outros elementos de tal *orma ue um *icaa dissolido dentro do

outro.

%ssim< as li4as met,licas s"o< na erdade< o ue cDamamos de uma solu!"o sólida. u sea<

a mistura completa dos ,tomos de dois ou mais elementos onde pelo menos um ; metal.

Nos metais< as solu!es sólidas s"o *ormadas 4ra!as @ li4a!"o entre os ,tomos dos metais<

causada pela atra!"o entre os íons positios e a [nuem eletr3nica\ ue *ica em olta dos ,tomos. %

*i4ura a se4uir representa< esuematicamente< tipos de solu!es sólidas.

&"


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Só ue< para ue isso aconte!a< os tamanDos e a estrutura dos ,tomos dos elementos de li4a

deem ser parecidos e ter propriedades eletrouímicas tam&;m parecidas. co&re e o *erro< por

e9emplo< dissolem muitos metais. s ,tomos de car&ono< por sua e< por serem relatiamente

peuenos< dissolem>se intersticialmente< ou sea< ocupando espa!os aios< entre os ,tomos do

*erro.

Por isso< o a!o mais comum ue e9iste ; o a!o>car&ono< uma li4a de *erro com peuenas

uantidades de car&ono :m,9imo 2E e elementos residuais< ou sea< elementos ue *icam no

material met,lico após o processo de *a&rica!"o.

)entro do a!o< o car&ono< untando>se com o *erro< *orma um composto cDamado =areto 4e

7erro :$e(C< uma su&stância muito dura. 8sso d, durea ao a!o< aumentando sua resistncia

mecânica. Por outro lado< diminui sua ductilidade< sua resistncia ao cDoue e @ solda&ilidade< e

torna>o di*ícil de tra&alDar por con*orma!"o mecânica. +sse tipo de a!o constitui a mais importante

cate4oria de materiais met,licos usada na constru!"o de m,uinas< euipamentos< estruturas<

eículos e componentes dos mais diersos tipos< para os mais di*erentes sistemas mecânicos.

%s impureas< como o man4ans< o silício< o *ós*oro< o en9o*re e o alumínio *aem parte das

mat;rias>primas usadas no processo de produ!"o do a!o. +las podem estar presentes no min;rio ou

ser adicionadas para proocar al4uma rea!"o uímica dese,el< como a deso9ida!"o< por e9emplo.

Ele9eto 4e l:a@ elemento< met,lico ou n"o< ue ; adicionado a um metal :cDamado de 9etal)

a6e de tal maneira ue melDora al4uma propriedade desse metal>&ase. Por e9emplo< adicionando

uantidades adeuadas de estanDo ao co&re< o&t;m>se o &rone< ue ; mais duro ue o co&re.

Por mais controlado ue sea o processo de *a&rica!"o do a!o< ; impossíel produi>lo sem

essas impureas. + elas< de certa *orma< tm in*luncia so&re as propriedades desse material.

Kuando adicionadas propositalmente s"o consideradas ele9eto6 4e l:a< con*erindo

propriedades especiais ao a!o. Ys ees< elas audam< @s ees< elas atrapalDam. %ssim< o ue sedee *aer ; controlar suas uantidades.


75/145

9a:a6 ; a impurea encontrada em maior uantidade no a!o :at; 1eral4a4e< a

resistncia ao cDoue e o limite el,stico. +m uantidades maiores< ele se com&ina com parte do

car&ono e *orma o car&eto de man4ans :Mn(C< ue ; muito duro. 8sso diminui a ductilidade do a!o.

utro elemento ue ; adicionado ao metal líuido para au9iliar na deso9ida!"o ; o al;9?o.

+le ; usado para XacalmarX o a!o< ou sea< para diminuir ou eliminar o desprendimento de 4ases ue

a4itam o a!o uando ele est, se solidi*icando.

For[al4a4e ; a capacidade do metal de ser *orado. Te9>eral4a4e ; a capacidade do metal de

endurecer por meio de um tratamento t;rmico cDamado t9>era.

767oro ; um elemento cua uantidade presente no a!o dee ser controlada<

principalmente< nos a!os duros< com alto teor de car&ono. Kuando ultrapassa certos limites< ele *a o

a!o *icar mais duro ainda e< por isso< mais *r,4il a *rio. 8sso uer dier ue a pe!a de a!o< com

alores indese,eis de *ós*oro< pode ue&rar *acilmente uando usada em temperatura am&iente.

m teor de *ós*oro em torno de 0


76/145

e9emplo< com&ina>se com o o9i4nio e *orma um composto cDamado al;9a :%l2(. Kuando em

uantidades reduidas< a alumina< ue se apresenta so& a *orma de partículas muito peuenas< a*eta

minimamente as propriedades do a!o.

utras incluses n"o>met,licas s"o os silicatos< *ormados a partir do silício e ue *aorecem o

aparecimento de microtrincas na estrutura do a!o e os sul*etos< *ormados a partir do en9o*re< ue

causam menor in*luncia ue os silicatos no sur4imento de microtrincas.

I, ainda outros elementos< como os 4ases introduidos no processo de *a&rica!"o

:Didro4nio< o9i4nio e nitro4nio e os resíduos de metais proenientes das sucatas :níuel< co&re<

moli&dnio e cromo.

Sa&endo o ue a presen!a de cada uma dessas impureas causa ao material< ; possíel< a partir de

um controle de suas uantidades e do conDecimento da composi!"o e9ata do a!o< utiliar o material

adeuado ao processo de *a&rica!"o e ao tipo de pe!a ue se uer *a&ricar.

Mas< se oc precisa *a&ricar um produto ue tenDa aplica!es especiais como< por e9emplo<

recipientes para a ind?stria uímica< ue deem ser resistentes aos ataues de produtos uímicos<

certamente o a!o ue oc usar, tam&;m ter, ue ter características especiais. 8sso ; o&tido com o

au9ílio dos tratamentos t;rmicos e dos elementos de li4a.

&%


77/145

EJer=?=o6

PreencDa as lacunas com a alternatia ue completa corretamente cada *rase a se4uirA

%> Domem desco&riu ue o &rone< uma mistura de .........................................< era muito

melDor do ue o co&re puro.

1. : inco e estanDo

2. : co&re e estanDo

#. : co&re e inco

. : cDum&o e co&re.

B> % mistura completa entre dois metais ocorre 4ra!as @ li4a!"o entre

os ............................................. dos metais.

1. : neutros

2. : prótons

#. : ,tomos

. : íons ne4atios.

C> ue d, durea ao a!o e aumenta sua resistncia mecânica ; um compostocDamado ..............................

1. : sul*eto de *erro

2. : sul*eto de man4ans

#. : ó9ido de *erro

. : car&oneto de *erro.

)> %s impureas< como o man4ans< o silício< o *ós*oro< o en9o*re< o alumínio< *aem parte

das ..................................... para a produ!"o do a!o.1. : estruturas cristalinas

2. : mat;rias>primas

#. : solu!es líuidas

. : solu!es sólidas.

+>Na produ!"o do a!o< o ............................................. ; adicionado para au9iliar na deso9ida!"o

do metal líuido.

1. : *ós*oro

2. : en9o*re

#. : car&ono

&&


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. : man4ans.

$> ue *a o a!o se romper com *acilidade ao ser con*ormado ; o en9o*re com&inado com

o............................................... em temperaturas acima de 1.000HC.

1. : inco

2. : *erro

#. : silício

. : man4ans.

> +m a!os de &ai9o teor de car&ono o ........................................................au9ilia no aumento da

durea e da resistncia @ tra!"o e @ corros"o.

1. : man4ans

2. : *ós*oro

#. : silício

. : estanDo.

I> silício ; acrescentado ao metal líuido para au9iliar na .............................................. e

impedir a *orma!"o de &olDas nos lin4otes.

1. : o9ida!"o

2. : usina&ilidade#. : deso9ida!"o

. : corros"o.

8> No processo de deso9ida!"o do metal líuido< o man4ans se com&ina primeiro com o en9o*re

e *orma o .................................................. .

1. : ó9ido de man4ans

2. : car&onato de man4ans

#. : sul*eto de man4ans. : Didrato de man4ans.

U> s silicatos s"o incluses n"o>met,licas *ormadas a partir do silício e ue *aorecem o

aparecimento de ............................................................. na estrutura do a!o.

1. : &olDas

2. : partículas o9idantes

#. : corros"o

. : microtrincas.

&(


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O ;e ;6ar >ara 9elVorar

Na erdade< oc tem trs possi&ilidades para melDorar a resistncia mecânica de ualuer

metalA aplicar processos de *a&rica!"o por con*orma!"o mecânica< como prensa4em e lamina!"o<

por e9emplo pode< tam&;m< tratar o metal termicamente< ou sea< su&met>lo a auecimento e

res*riamento so& condi!es controladas. u acrescentar elementos de li4a. /udo isso ai me9er com

a estrutura do metal>&ase< de acordo com o ue , estudamos na li!"o so&re as propriedades dos

materiais.

Por e9emplo< o a!o>car&ono com &ai9o teor de car&ono :at; 0


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+< para tornar o estudo mais *,cil para oc< colocamos essas in*orma!es no uadro da

pró9ima p,4ina.

+studando o uadro< d, para perce&er ue os elementos de li4a< em 4eral< alteram a

elocidade das trans*orma!es ue ocorrem dentro da estrutura do a!o< uando ele est, es*riando e

passando do estado líuido para o estado sólido. +ssas altera!es das microestruturas modi*icam a

capacidade do material de passar por um tratamento t;rmico cDamado t9>era. +sse tratamento<

por sua e< de*ine a maior resistncia e tenacidade do a!o.

%ssim< nos a!os>li4as< as propriedades mecânicas s"o melDoradas por meio de tratamento

t;rmico para endurecimento.

(*


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EJer=?=o6

2. -esola as se4uintes uestesA

a +screa com suas palaras< como ; possíel melDorar a resistncia mecânica de um metal.

Kuando um a!o ; um a!o>li4a^

= ue a adi!"o de elementos de li4a tra ao a!o^

4 Kuais os elementos de li4a mais comumente adicionados ao a!o^

e Kual a di*eren!a entre um a!o de &ai9a li4a e um a!o especial^

(


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7 +m ue momento ocorrem as modi*ica!es na estrutura do a!o e ue lDe d"o características

especiais^

: ue a tmpera con*ere ao a!o^

#. %ssocie os elementos listados na coluna % com as características ou aplica!es propostas na

coluna B.

Col;a A

a : man4ans

: %lumínio

= : +n9o*re

4 : Silício

e : $ós*oro

Col;a *1. +lemento usado para diminuir ou eliminar o desprendimento de 4ases ue a4itam o a!o<

uando ele est, se solidi*icando.

2. +lemento cua uantidade dee ser controlada< principalmente nos a!os duros< com alto

teor de car&ono.

#. +lemento ue ; acrescentado ao metal líuido< para au9iliar na deso9ida!"o e para impedir

a *orma!"o de &olDas nos lin4otes.

. 8mpurea encontrada em maior uantidade no a!o< ela ; adicionada para au9iliar na

deso9ida!"o do metal líuido.

&. No a!o< ele pode se com&inar com o *erro e *ormar o sul*eto *erroso :$eS< ue *a o a!o se

romper com *acilidade ao ser laminado< *orado ou er4ado< em temperaturas acima de 1.000HC.

(!


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NORMALI\AÇÃO

%s normas t;cnicas *oram criadas para *acilitar a ida dos consumidores e dos *a&ricantes.

+las s"o as respons,eis por uma coisa muito importante cDamada or9alza5o. % normalia!"o

permite ue uma empresa montadora de eículos< por e9emplo< produa automóeis com pe!as

*a&ricadas pelos mais di*erentes *a&ricantes< at; de outros países. Permite< tam&;m< ue oc

possa< com *acilidade< repor ualuer pe!a de ualuer produto ue oc compre. 8sso ; importante<

uando se est, proetando um noo produto.

%s normas "o dier< para o 4rupo enolido nesse tra&alDo< se as mat;rias>primas com as

características e propriedades ue eles necessitam , s"o *a&ricadas. + eles "o desco&rir isso

consultando cat,lo4os.

s cat,lo4os de *a&ricantes descreem sempre seus produtos em termos de con*ormidade

com as normas t;cnicas< em i4or em nosso país. +< mesmo ue sua *un!"o em uma ind?stria

mecânica n"o enola decises< como a escolDa de um material para um noo produto< ; importante

aprender a manusear cat,lo4os e manuais t;cnicos.

Na erdade< os manuais nos ensinam muito e< se oc desea ser um &om pro*issional de Mecânica<

dee se disciplinar no sentido de estar sempre atualiado com o ue est, acontecendo em sua ,rea.

8sso< certamente< inclui a leitura de cat,lo4os.

%l;m disso< uem 4arante ue um dia desse oc n"o poder, se trans*ormar em um

microempres,rio de sucesso^ Certamente< nesse caso< oc ter, nos cat,lo4os uma das melDores

*ontes de in*orma!es t;cnicas a sua disposi!"o.

+nt"o< usando o a!o e o *erro *undido como e9emplo< amos< nesta aula< mostrar como eles

s"o classi*icados em termos de normas t;cnicas. + amos mostrar como isso aparece nos cat,lo4os

dos *a&ricantes. $iue atento para as dicas.

("


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A5o 1020. O ;e 3 66o

Kuem tra&alDa na produ!"o< em uma ind?stria mecânica< *a seu tra&alDo de acordo com

instru!es escritas em um impresso cDamado 4eralmente de or4e9 4e 6er5o. +m uma ordem de

seri!o< normalmente< est"o in*orma!es como o desenDo da pe!a< com suas dimenses e o

material com o ual ela dee ser *a&ricada.

L na in*orma!"o so&re o material ue aparecem n?meros como 1020 e ue a 4ente l [mil e

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SENAI - Apostila Materiais Construção Mecânica 2011