Cap1 introducao itm(2011)

Introdução Introdução àà tecnologia tecnologia dos materiaisdos materiais

Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. EngProf. Henrique Cezar Pavanati, Dr. EngE-mail: [email protected]

ProProIn IIn I

Instituto Federal de Santa CatarinaCampus de FlorianópolisDepartamento Acadêmico de Metal-MecânicaCurso Técnico de Mecânica Industrial – ProIn II

Prof. Henrique Cezar PavanatiProf. Henrique Cezar Pavanati

Introdução à tecnologia dos materiaisIntrodução à tecnologia dos materiais

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1)1) Proporcionar ao aluno uma idéia inicial da Proporcionar ao aluno uma idéia inicial da importância dos materiais para o desenvolvimento importância dos materiais para o desenvolvimento da Ciência e Tecnologiada Ciência e Tecnologia

Objetivos da unidade curricular:Objetivos da unidade curricular:

3)3) Conhecer os principais Materiais, suas Conhecer os principais Materiais, suas propriedades e aplicações visando a especificação propriedades e aplicações visando a especificação de materiaisde materiais

2)2) Introduzir uma série de conceitos básicos Introduzir uma série de conceitos básicos relacionados à estrutura, propriedades e aplicação relacionados à estrutura, propriedades e aplicação dos Materiaisdos Materiais



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Introdução a tecnologia dos materiaisIntrodução a tecnologia dos materiais

1)1) IntroduçãoIntrodução

2)2) Processos de obtenção de ligas metálicas ferrosasProcessos de obtenção de ligas metálicas ferrosas

3)3) Ligas metálicas ferrosasLigas metálicas ferrosas

4)4) Diagrams de equilíbrioDiagrams de equilíbrio

5)5) Curvas TTTCurvas TTT

6)6) Tratamentos térmicosTratamentos térmicos

7)7) Ensaios MecânicosEnsaios Mecânicos

8)8) MetalografiaMetalografia

Bases tecnológicas:Bases tecnológicas:



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O que é um material?O que é um material?



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O que é um material?O que é um material?

Um material nada mais é que Um material nada mais é que um “amontoado” de átomosum “amontoado” de átomos

Exemplo de um Exemplo de um materialmaterial

Requisitos básicosRequisitos básicospara “ser” um materialpara “ser” um material



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ÁtomosÁtomos

São os “ingredientes” dos materiaisSão os “ingredientes” dos materiais

FeFe

VV

CaCa

MoMo

NiNi

AuAu

AgAg

KK

HH

PP

OO

CCSiSi

AlAlSS



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Átomos - ClassificaçãoÁtomos - Classificação

- MetaisMetais

- Semi-metaisSemi-metais

- Não metaisNão metais

- Gases nobresGases nobresÁtomos metálicosÁtomos metálicos

Semi-metaisSemi-metais

Não metaisNão metaisGases nobresGases nobres



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Como os átomos se unem?Como os átomos se unem?

Ligação químicaLigação química

Força de atração interatômica que faz com Força de atração interatômica que faz com que os átomos permaneçam unidosque os átomos permaneçam unidos

Átomos unidos pela Átomos unidos pela força de ligaçãoforça de ligação

Sem ligaçãoSem ligação

MaterialMaterial

Átomos Átomos individuaisindividuais



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Como os átomos se unem?Como os átomos se unem?

Ligação químicaLigação química

Ligação ForteLigação Forte Ligação FracaLigação Fraca

• Ligação Iônica Ligação Iônica (340-800 kJ/mol)(340-800 kJ/mol)

• Ligação Covalente Ligação Covalente (270-610 kJ/mol)(270-610 kJ/mol)

• Ligação Metálica Ligação Metálica (20-240 kJ/mol)(20-240 kJ/mol)

• Van der Walls Van der Walls (<40 kJ/mol)(<40 kJ/mol)

• Pontes de HPontes de H



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Evolução do uso dos materiaisEvolução do uso dos materiais

>10.000 a.C.>10.000 a.C.

Pele de animais e madeiraPele de animais e madeira



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10.000 a.C.10.000 a.C. 5.000 a.C.5.000 a.C. 2.000 a.C.2.000 a.C.

Lança de pedraLança de pedra CerâmicaCerâmica BronzeBronze



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1.000 a.C.1.000 a.C. Séc XIXSéc XIX

AçoAço AlumínioAlumínio TitânioTitânio

Séc XIXSéc XIX



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Séc XXSéc XX

Super ligas de NiSuper ligas de Ni

Séc XXSéc XX

Cerâmicas Cerâmicas de Engenhariade Engenharia

Séc XXISéc XXI

NanotecnologiaNanotecnologia



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Disponibilidade dos materiaisDisponibilidade dos materiais

Fonte: PADILHA, F. Materiais de Engenharia: Microestrutura e propriedades, Hemmus: Curitiba (2000)Fonte: PADILHA, F. Materiais de Engenharia: Microestrutura e propriedades, Hemmus: Curitiba (2000)



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Elementos Elementos químicos químicos presentes presentes na crosta na crosta terrestreterrestre

Disponibilidade dos materiaisDisponibilidade dos materiais



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Tradicionalmente os materiais podem ser classificados Tradicionalmente os materiais podem ser classificados em 4 grupos básicos:em 4 grupos básicos:

Cerâmicos

Metálicos Poliméricos

Compósitos

Embalagem Tetra Pak

Fibra de vidroBro

cas

de “W

idia

”



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Classificação – Átomos x MateriaisClassificação – Átomos x Materiais

ÁtomosÁtomos MateriaisMateriais

• MetaisMetais

• Não MetaisNão Metais• Semi-metaisSemi-metais• Gases nobresGases nobres

• MetálicosMetálicos

• CerâmicosCerâmicos

• PoliméricosPoliméricos• CompósitosCompósitos



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Materiais MetálicosMateriais Metálicos

Características GeraisCaracterísticas Gerais

• Possuem brilhoPossuem brilho

• Boa condutividade térmica Boa condutividade térmica e elétricae elétrica

• Boa maleabilidadeBoa maleabilidade

• Ponto de fusão médioPonto de fusão médio

• Dureza médiaDureza média

• Boa tenacidadeBoa tenacidade

• Em geral, resistência à Em geral, resistência à corrosão é ruimcorrosão é ruim

• Em geral, densidade altaEm geral, densidade alta



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Materiais MetálicosMateriais Metálicos

TiposTipos

• Metais FerrososMetais Ferrosos

• Metais levesMetais leves

• Metais de baixo ponto de Metais de baixo ponto de fusãofusão

• Metais nobresMetais nobres

• Metais refratáriosMetais refratários

• Metais resistêntes à Metais resistêntes à corrosãocorrosão

ExemplosExemplos

• Aço, Ferro fundidoAço, Ferro fundido

• Alumínio, Titânio, BerílioAlumínio, Titânio, Berílio

• Chumbo, Estanho, ZincoChumbo, Estanho, Zinco

• Ouro, Prata, PlatinaOuro, Prata, Platina

• Tungstênio, MolibdênioTungstênio, Molibdênio

• Cobre, Latão, Bronze, Cobre, Latão, Bronze, NíquelNíquel



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Materiais CerâmicosMateriais Cerâmicos


• Em geral opacos mas Em geral opacos mas podem ser transparentespodem ser transparentes

• Bons isolantes térmicos e Bons isolantes térmicos e elétricoselétricos

• FrágeisFrágeis

• Dureza elevadaDureza elevada

• Ponto de fusão elevadoPonto de fusão elevado

• Maleabilidade ruimMaleabilidade ruim

• Boa resistência à corrosãoBoa resistência à corrosão

• Densidade médiaDensidade média

ALUMINA



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Materiais CerâmicosMateriais Cerâmicos

TiposTipos

• Cerâmica TradicionalCerâmica Tradicional

• Cerâmica AvançadaCerâmica Avançada

• Revestimento CerâmicoRevestimento Cerâmico

ExemplosExemplos

• Tijolo, azulejo, porcelana, Tijolo, azulejo, porcelana, vidrovidro

• Diamante, óxido de Diamante, óxido de zircônio, óxido de alumínio, zircônio, óxido de alumínio, Carboneto de silícioCarboneto de silício

• DLC, Nitretos de ferro, DLC, Nitretos de ferro, boretos de ferro etc..boretos de ferro etc..



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Materiais PoliméricosMateriais Poliméricos


• Em geral opacos mas Em geral opacos mas podem ser transparentespodem ser transparentes

• Bons isolantes térmicos e Bons isolantes térmicos e elétricoselétricos

• Boa plasticidade e Boa plasticidade e elasticidadeelasticidade

• Baixa durezaBaixa dureza• Baixo ponto de fusãoBaixo ponto de fusão• Resistência à corrosão Resistência à corrosão

médiamédia• Baixa densidadeBaixa densidade



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Materiais PoliméricosMateriais Poliméricos

TiposTipos

• NaturaisNaturais

• SintéticosSintéticos

ExemplosExemplos

• Latex, pele, DNA, glicose, Latex, pele, DNA, glicose, celulose, madeira, unha, celulose, madeira, unha, chifre, cabelochifre, cabelo

• Acrílico, isopor, PVC, Acrílico, isopor, PVC, Policarbonato, NáilonPolicarbonato, Náilon



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Materiais CompósitosMateriais Compósitos


• São materiais produzidos São materiais produzidos de modo a se obter uma de modo a se obter uma otimização de propriedadesotimização de propriedades

• Tem-se propriedades que Tem-se propriedades que não se consegue num não se consegue num único material, ou que seja único material, ou que seja economicamente mais economicamente mais vantajosovantajoso



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Materiais CompósitosMateriais Compósitos

TiposTipos

• Mesma classeMesma classe

• Classes distintasClasses distintas

ExemplosExemplos

• Folha de flandres, aços Folha de flandres, aços galvanizadosgalvanizados

• Pneu, embalagem tetrapak, Pneu, embalagem tetrapak, fibra de carbono, fibra de fibra de carbono, fibra de vidro, fio condutor de vidro, fio condutor de eletricidade com isolanteeletricidade com isolante



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Arranjos AtômicosArranjos Atômicos

Estruturas MolecularesEstruturas Moleculares Estruturas CristalinasEstruturas Cristalinas Estruturas AmorfasEstruturas Amorfas

Metano (CHMetano (CH44))

Água (HÁgua (H220)0)

Diamante (C)Diamante (C)

C

Diamante (C)Diamante (C)

Grafita (C)Grafita (C) Vidros (SiOVidros (SiO22, C...), C...)



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Introdução a tecnologia dos materiaisIntrodução a tecnologia dos materiaisEstrutura cristalina do FerroEstrutura cristalina do Ferro

Polimorfismo do FerroPolimorfismo do Ferro



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Estrutura cristalina do FerroEstrutura cristalina do Ferro

Ferro alfa/delta (Fe-Ferro alfa/delta (Fe-αα e Fe- e Fe-δδ ) – Cúbico de CORPO ) – Cúbico de CORPO

centrado (CCC)centrado (CCC)

1/8 de átomo

1 átomo inteiro Célula unitáriaCélula unitária

Numa célula unitária temos: 1 atomo + 8(1/8) = 2 átomos



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Estrutura cristalina do FerroEstrutura cristalina do Ferro

Ferro gama (Fe-Ferro gama (Fe-γγ ) – Cúbico de ) – Cúbico de FACEFACE centrada (CFC) centrada (CFC)

1/8 de átomo

1/2 átomo Célula unitáriaCélula unitária

Numa célula unitária temos: 6(1/2) átomo + 8(1/8) = 4 átomos



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Estrutura cristalina do Ferro - NomenclaturaEstrutura cristalina do Ferro - Nomenclatura

Ferro alfa ou deltaFerro alfa ou deltaFe - Fe - αα ou Fe - ou Fe - δδFerro (CCC)Ferro (CCC)FERRITAFERRITA

Ferro gamaFerro gamaFe - Fe - γγFerro (CFC)Ferro (CFC)AUSTENITAAUSTENITA



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VaziosVazios


Defeitos da rede cristalinaDefeitos da rede cristalina



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Átomo Átomo intersticialintersticial





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Estrutura real do ferroEstrutura real do ferro


DiscordânciasDiscordâncias



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Contornos Contornos de grãode grão

ASM Handbook Vol 9 (2004)



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solventesolvente solutosoluto

a)a) Solução sólida substitucionalSolução sólida substitucional

os átomos dos elementos os átomos dos elementos

químicos minoritários (do químicos minoritários (do

elemento de liga) ocupam elemento de liga) ocupam

posições regulares da rede posições regulares da rede

cristalina do elementocristalina do elemento

b) Solução sólida intersticialb) Solução sólida intersticial os elementos em solução os elementos em solução

ocupam os interstícios da ocupam os interstícios da

rede cristalina do elemento rede cristalina do elemento

majoritáriomajoritário

Há dois tipos de soluções sólidas:Há dois tipos de soluções sólidas:




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b) Distorção da rede cristalina por átomos em solução sólida: átomo maior (amarelo) e átomo menor (vermelho)


Distorções causadas por soluções sólidas:Distorções causadas por soluções sólidas:



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Propriedades mecânicasPropriedades mecânicas

1.1. Resistência Mecânica;Resistência Mecânica;

2.2. Elasticidade;Elasticidade;

3.3. Ductilidade (Plasticidade);Ductilidade (Plasticidade);

4.4. Dureza;Dureza;

5.5. Tenacidade.Tenacidade.



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Propriedades tecnológicasPropriedades tecnológicas

1.1. UsinabilidadeUsinabilidade

2.2. ConformabilidadeConformabilidade

3.3. TemperabilidadeTemperabilidade

4.4. SoldabilidadeSoldabilidade

5.5. SinterabilidadeSinterabilidade


Education

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