UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL MATERIAIS DE CONSTRUO

CAMILA FERNANDES

MATERAIS METLICOS, CERMICOS E POLIMRICOS

MANAUS/AM MAIO/2015

INTRODUO

Os materiais so ferramentas e bases de trabalho da nossa vida. Transformar

esses materiais e utilizar essa transformao primordial no nosso cotidiano.

De maneira a ajudar na produo do vrios tipos de trabalhos, incluindo

ajudando na segurana e bem-estar da sociedade. A produo,

desenvolvimento e processamento dos vrios tipos de materiais so

responsveis por grande parte dos postos de trabalhos e da capacidade de

produo de uma economia. Os materiais so to importantes no ciclo da vida

que chegam a dar nomes a alguns perodos da civilizao: Idade da Pedra,

Idade do Bronze e Idade do Ferro. Fazem parte de um grande sistema de

transformao na vida do homem evoluindo desde a matria bruta, sendo

matria prima, passando pela transformao (engenharia de materiais), at

chegar ao produto final. Depois disso, ainda que sendo descartado depois do

uso, grande parte dos materiais, pode ter outro destino.

1) Materiais Metlicos: Normalmente so combinaes de elementos metlicos. Apresentam grande nmero de eltrons livres, que fazem esses materiais possurem condutividade de calor e eletricidade excelente. So resistentes, porm deformveis, graas a isso so muito apropriados para aplicaes estruturais. O desenvolvimento industrial fez surgir o forno de alta temperatura que utilizado para fundir os metais. Assim surgia o estudo da metalurgia que se preocupa com o estudo dos metais e suas ligas. Sendo que liga a unio de dois ou mais elementos qumicos em que pelo menos um deles metal, fazendo existir propriedades metlicas em todas as fases. Os metais formam um dos trs grupos dos elementos distinguidos por suas propriedades de ionizao e de ligao, junto com metalides e no-metais. Na tabela peridica, a linha diagonal entre os dcteis e maleveis, tem geralmente um alto ponto de fuso, so geralmente duros, de cor amarelada, e conduzem eletricidade e calor. Tem estas propriedades principalmente porque cada tomo exerce somente uma fraca atrao nos eltrons mais externos (eltron de valncia); assim, os eltrons de valncia formam um tipo de nuvem em torno dos tomos (teoria de bandas). A maioria dos metais so quimicamente estveis, com a exceo notvel dos metais alcalinos e alcalino-terrosos, encontrados nas duas primeiras colunas da esquerda da tabela peridica.

Figura 1: metal em estado bruto

Propriedades dos metais: alta dureza, grandes resistncias mecnicas, elevada plasticidade, relativamente alta condutibilidade trmica e eltrica. 1.1) Solidificao dos metais: A solidificao de um metal ou liga metlica ocorre nas seguintes etapas: formao de ncleos estveis no lquido, crescimento dos ncleos que origina cristais e unio dos cristais para formar os gros e em seguida formar tambm os contornos de gros.

Figura 2: Ilustrao esquemtica mostrando as vrias etapas da solidificao de metais

Esses cristais que crescem em diferentes direes formam um conjunto de eixos de cristais que chamamos de dendritas.

Figura 3: Crescimento e formato das dentritas

Os cristais se solidificam atravs de um sistema de cristalizao por parmetros:

Figura 4: Sistema de cristalizao por parmetros

Onde a maioria dos cristais formados por materiais metlicos passam pelas cristalizaes dos tipos:

a) Cbico de corpo centrado (CCC): Os tomos se dispem nos vrtices e no centro de um cubo. Esse reticulado pode ser encontrado em ferros temperatura ambiente. Exemplos: cromo, ltio, molibdnio e vandio. b) Cbico de face centrada (CFC): Os tomos se dispem nos vrtices e nos centros das faces de um cubo. o caso de ferros temperatura acima de 190C. Exemplos: alumnio, cobre, chumbo, nquel e prata. c) Hexagonal compactada (HC): Os tomos se dispem nos vrtices e nos centros das bases de um prisma hexagonal, alm de trs outros tomos que se localizam nos centros de trs prismas triangulares compactados alternados. Exemplos: zinco, magnsio, cobalto e cdmo.

Figura 5: Reticulados CCC, CFC e HC, respectivamente.

1.2) Constituintes estruturais de equilbrio: Entre os constituintes estruturais de equilbrio dos aos existem trs mais relevantes: ferrita (ferro ), austenita (ferro ) e cementita (FeC).

a) Ferrita: soluo slida do carbono em ferro alfa CCC. magntica e apresenta baixa resistncia mecnica, excelente tenacidade e elevada ductilidade, o constituinte mais mole dos aos, porm o mais tenaz e o mais malevel.

b) Austenita: soluo slida do carbono em ferro gama CFC. Apresenta baixa resistncia mecnica, elevada ductilidade e tenacidade, deformvel como o ferro gama, pouco dura, apresenta grande resistncia ao desgaste, magntica, o constituinte mais denso dos aos e no atacada por reagentes.

c) Cementita: carboneto de ferro FeC contendo 6,7% de C e estrutura cristalina ortorrmbica. Apresenta elevada dureza, baixa resistncia, baixa ductilidade e baixa tenacidade.

1.3) Teores de Carbono: O ferro conhecido como comercialmente puro a ferrita: mole, dctil, e pouco resistente. Usando os constituintes estruturais temos:

a) Aos eutetides: tambm conhecido como ponto E. a menor temperatura de equilbrio entre fases lquidas e slidas, correspondendo a cerca de 0,77% de carbono.

a) Aos hipoeutetides: ferrita mais perlita, cuja resistncia e dureza vo aumentando e ductilidade vai diminuindo, a medida que se caminha em direo ao teor 0,7% de carbono;

b) Aos hipereutetides: perlita mais cementita, a quantidade desta, disposta nos contornos dos gros, aumenta a medida que se caminha para teores mais elevados de carbono. Essa estrutura dura, resistente e pouco dctil, caractersticos que se acentuam medida que aumenta o teor de carbono.

Figura 6: Influncia do teor de carbono nos aos.

1.4) Tratamentos trmicos dos aos: o aquecimento ou resfriamento controlado dos metais feito com a finalidade de alterar suas propriedades fsicas e mecnicas. Pode acontecer de peas metlicas passarem por tratamentos trmicos indesejados durante o processo de fabricao ou uso. Deve-se ter esse cuidado para no alterar as propriedades do material de forma prejudicial. Podemos dizer que os tratamentos trmicos so processos de fabricao que facilitam outros processos de fabricao e aumentam o desempenho dos produtos atravs do melhoramento das propriedades do material. Em um mesmo ao podem ser obtidos nveis de resistncia mecnica, dureza, ductilidade e tenacidade muito variadas. Por exemplo, amolecer o material para usinagem e depois endurecer o material para se obter alta resistncia. A temperatura de aquecimento, o tempo de permanncia na temperatura de aquecimento e a velocidade de resfriamento influenciam nos resultados no tratamento trmico. Na fase de aquecimento a temperatura deve ser superior temperatura crtica (723C) para completa austerizao do ao, pois este o ponto de partida para as transformaes posteriores desejadas. O tempo de permanncia na temperatura de aquecimento deve ser o suficiente para se obter uma temperatura uniforme em toda a seo do ao. E a velocidade de resfriamento fator mais importante, pois determina a estrutura e as propriedades finais do ao. As propriedades mecnicas dos aos carbono resfriados lentamente variam com o teor de carbono. Quanto maior o teor de carbono maiores so os limites de escoamento, o limite de resistncia e a dureza, e menor a ductilidade. Tipos de tratamentos trmicos:

a) Recozimento: procura reduzir ao mximo a dureza do ao, aumenta a ductibilidade e usinabilidade. Adequado o ao deve sofrer elevado grau de deformao ou a pea deve ser usinada.

Figura 7: Processo de recozimento.

b) Normalizao: feita quando se deseja refinar o gro do material. Garante maior homogeneidade e maior tenacidade

Figura 8: Processo de normalizao.

c) Tmpera: consiste em aquecer o ao at uma temperatura acima da zona crtica, manter o material aquecido nessa temperatura por um certo tempo e em seguida resfriar o mesmo bruscamente. Aumenta a resistncia e a dureza do material.

d) Revenimento: torna o material muito duro, porm muito frgil. Geralmente o material revenida aps o processo de tmpera, visando baixar a dureza e aumentar a tenacidade. A temperatura de aquecimento inferior a temperatura crtica.

e) Isotrmico ou pateting: o ao aquecido a temperatura acima da crtica e resfriado rapidamente at outra determinada, sem que sofre nenhuma transformao. mantm-se o ao nesta temperatura inferior, at que a transformao se realize em toda a pea e a mesma temperatura feito em arames aps passarem pela laminao e por vrios processos de trefilao, resultando em um arame com alta resistncia a trao e excelente tenacidade.

1.5) Ligas: Ligas ferrosas so ligas metlicas onde o ferro o elemento majoritrio. So amplamente utilizadas na engenharia, nas indstrias e no dia a dia. So as ligas produzidas em maior quantidade e sua ampla utilizao se deve a abundancia do elemento na natureza, sua fcil produo e a sua versatilidade. As desvantagens so a densidade elevada, a condutividade baixa e a baixa resistncia corroso. As ligas ferrosas so divididas em dois grandes grupos, aos e ferros fundidos, e so classificados de acordo com o teor de carbono presente em cada uma.

a) Aos: so ligas metlicas constitudas por ferro e carbono (inferior a 2,11%) e atualmente a mais importante liga metlica. So leves, fortes, durveis, adaptveis e resistentes corroso.

b) Ferro fundido: uma liga ferrosa contendo 2,1% a 4% de carbono e de 1% a 3% de Silcio. Existem os ferros fundidos dcteis, brancos, maleveis, porm o mais importante o ferro fundido cinzento.

2) Materiais cermicos: So materiais inorgnicos formados por elementos metlicos e no metlicos ligados quimicamente entre si fundamentalmente por ligaes inicas e/ou covalentes. Os materiais cermicos conquistaram posies de destaque dentre os materiais graas a sua facilidade de conformao, baixo custo e densidade, resistncia corroso e a temperaturas elevadas, aliadas a resistncia corroso e a temperaturas elevadas. So tipicamente isolantes trmicos e eltricos (ao contrrio dos metais).

2.1) Matria-prima: As principais matrias-primas cermicas so o feldspato, a slica e a argila. Alm destes trs principais componentes, as cermicas podem apresentar aditivos para o incremento de seu processamento ou de suas propriedades finais.

2.2) Classificao: A maioria dos materiais cermicos se enquadra em um esquema de aplicao-classificao que inclui os seguintes grupos: vidros, produtos estruturais a base de argila(louas brancas) refratrios, abrasivos e cimentos.

a) Vidros: tradicionais so misturas de xidos, e tambm so classificados como materiais cermicos. A fibra de vidro usada em materiais reforados e de fibra tica para a transmisso de informaes.

b) Argila: muito barato, encontrado naturalmente e em grande abundncia. pode ser trabalhada misturada com gua, secada para remover parte da umidade e cozida a uma temperatura elevada para melhorar a sua resistncia mecnica.

c) Refratrios: possuem a capacidade de resistir a temperaturas elevadas sem fundir ou decompor, alm de permanecer no-reativo e inerte quando so expostos a ambientes severos.

d) Abrasivos: so usados para desgastar por abraso, esmerilhar ou cortar outros materiais que sejam necessariamente mais moles.

e) Cimentos: so misturados com gua formam uma pasta que pega e endurece. Esse comportamento til no sentido de que estruturas slidas e rgidas com praticamente qualquer forma podem ser rapidamente moldadas.

Figura 9: Vidro (fibra de vidro). Figura 10: Argila (loua branca)..

2.3) Cermicas avanadas: J esto presentes em vrias aplicaes de ponta graas s suas caractersticas incomparveis: elas suportam temperaturas que fundiriam o ao e resistem maioria dos corrosivos qumicos. Mas elas ainda tm um problema que impede sua disseminao por praticamente todos os ramos industriais: elas so quebradias. A maioria das cermicas avanadas possui adio de xidos para lhes dar maior dureza.

3) Materiais polimricos: A sntese artificial de materiais polimricos um processo que requer tecnologia sofisticada, uma vez que envolve reaes qumicas. Os polmeros so compostos qumicos de elevada massa molecular relativa, resultantes de reaes qumicas de polimerizao. Os polmeros so macromolculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monmeros). Os monmeros formam uma unidade orgnica chamada de mero. O nmero de unidades estruturais repetidas numa macromolcula chamado grau de polimerizao.

3.1) Estrutura molecular: So formados por hidrocarbonetos (derivados do petrleo) dos tipos alcanos e alcenos. Os hidrocarbonetos como o estireno e etileno reagindo em cadeia formam plsticos como o poliestireno (reao em cadeia do estireno) e polietileno (reao em cadeia do etileno). Esta reao em cadeia entre os monmeros formando o polmero chamada de polimerizao.

3.2) Classificao: Quanto origem: Polmeros naturais e Polmeros sintticos.

Quanto ao nmero de monmeros: Homopolmero (todos os meros so iguais) e o Copolmero (se duas ou mais unidades mero diferentes participam das molculas).

Quanto temperatura: Termoplsticos (amolecem quando so aquecidos e depois se liquefazem) e Termofixos (permanentemente duros e no amolecem quando aquecidos devido as ligaes cruzadas covalentes entre as cadeias)

Quanto aplicao final: Plsticos, elastmeros, fibras, revestimento,

adesivos, espumas e filmes.

Figura 11: Plstico (EPIs). Figura 12: Elastmeros (neoprene).

Figura 13: Revestimento (tintas). Figura 12: Espuma (isopor).

3.3) Exemplos de aplicaes:

REFERNCIAS

1. PIZARRO, Rufino de Almeida. Materiais de Construo. Rio de Janeiro,

Escola de Engenharia da UFRJ, 1972

2. IBRACON. Materiais de Construo Civil e Princpios de Cincias e

Engenharia dos Materiais. Ed. Geraldo C. Isaia. 2007. So Paulo. 2v.

3. BAUER, L.A.F. Materiais de Construo. Ed. LTC. 2v. 5 edio. 1992.

4. DIETER, G.E. Metalurgia mecnica. 2a Ed. Rio de Janeiro: Ed.

Guanabara Dois, 1981.