Instituto Federal de Santa Catarina
Campus de Florianópolis
Departamento Acadêmico de Metal-Mecânica
Curso Técnico de Mecânica Industrial – ProIn II
Introdução à tecnologia
dos materiais
ProIn I
Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng
E-mail: [email protected]
Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
Objetivos da unidade curricular:
1) Proporcionar ao aluno uma idéia inicial da
importância dos materiais para o desenvolvimento
da Ciência e Tecnologia
2) Introduzir uma série de conceitos básicos
relacionados à estrutura, propriedades e aplicação
dos Materiais
3) Conhecer os principais Materiais, suas
propriedades e aplicações visando a especificação
de materiais
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Introdução aà tecnologia dos materiais
Bases tecnológicas:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
3
Introdução
Processos de obtenção de ligas metálicas ferrosas
Ligas metálicas ferrosas
Diagrams de equilíbrio
Curvas TTT
Tratamentos térmicos
Ensaios Mecânicos
Metalografia
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Introdução à tecnologia dos materiais
O que é um material?
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Introdução à tecnologia dos materiais
O que é um material?
Um material nada mais é que
um “amontoado” de átomos
Requisitos básicos
para “ser” um material
Exemplo de um
material
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Introdução à tecnologia dos materiais
Átomos
Fe
Ni
Ag
S
V
Mo
Ca
Al
K
Au
O
H
C
P
São os “ingredientes” dos materiais
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Si
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Introdução à tecnologia dos materiais
Átomos - Classificação
Não metais
Semi-metais
Átomos metálicos
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Gases nobres
-
Metais
-
Semi-metais
-
Não metais
-
Gases nobres
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Introdução à tecnologia dos materiais
Como os átomos se unem?
Ligação química
Força de atração interatômica que faz com
que os átomos permaneçam unidos
Átomos
individuais
Sem ligação
Material
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Átomos unidos pela
força de ligação
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Introdução à tecnologia dos materiais
Como os átomos se unem?
Ligação química
Ligação Forte
•
•
•
9
Ligação Iônica (340-800 kJ/mol)
Ligação Covalente (270-610 kJ/mol)
Ligação Metálica (20-240 kJ/mol)
Ligação Fraca
•
•
Van der Walls (<40 kJ/mol)
Pontes de H
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Introdução à tecnologia dos materiais
Evolução do uso dos materiais
Pele de animais e madeira
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>10.000 a.C.
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Evolução do uso dos materiais
Lança de pedra
Cerâmica
Bronze
10.000 a.C.
5.000 a.C.
2.000 a.C.
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Evolução do uso dos materiais
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Aço
Alumínio
Titânio
1.000 a.C.
Séc XIX
Séc XIX
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Evolução do uso dos materiais
Super ligas de Ni
Séc XX
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Cerâmicas
de Engenharia
Séc XX
Nanotecnologia
Séc XXI
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Disponibilidade dos materiais
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Fonte: PADILHA, F. Materiais de Engenharia: Microestrutura e propriedades, Hemmus: Curitiba (2000)
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Disponibilidade dos materiais
Elementos
químicos
presentes
na crosta
terrestre
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Introdução aà tecnologia dos materiais
Tradicionalmente os materiais podem ser classificados
em 4 grupos básicos:
Cerâmicos
Compósitos
Metálicos
Poliméricos
Embalagem Tetra Pak
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Classificação – Átomos x Materiais
Átomos
•
•
•
•
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Metais
Não Metais
Semi-metais
Gases nobres
Materiais
•
•
•
•
Metálicos
Cerâmicos
Poliméricos
Compósitos
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Materiais Metálicos
Características Gerais
•
•
•
•
•
•
•
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•
Possuem brilho
Boa condutividade térmica
e elétrica
Boa maleabilidade
Ponto de fusão médio
Dureza média
Boa tenacidade
Em geral, resistência à
corrosão é ruim
Em geral, densidade alta
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Materiais Metálicos
Tipos
Exemplos
•
Metais Ferrosos
•
Aço, Ferro fundido
•
Metais leves
•
Alumínio, Titânio, Berílio
•
Metais de baixo ponto de
fusão
•
Chumbo, Estanho, Zinco
•
Metais nobres
•
Ouro, Prata, Platina
•
Metais refratários
•
Tungstênio, Molibdênio
•
Metais resistêntes à
corrosão
•
Cobre, Latão, Bronze,
Níquel
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Materiais Cerâmicos
Características Gerais
ALUMINA
•
•
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•
•
•
•
•
•
Em geral opacos mas
podem ser transparentes
Bons isolantes térmicos e
elétricos
Frágeis
Dureza elevada
Ponto de fusão elevado
Maleabilidade ruim
Boa resistência à corrosão
Densidade média
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Materiais Cerâmicos
Tipos
Exemplos
•
Cerâmica Tradicional
•
Tijolo, azulejo, porcelana,
vidro
•
Cerâmica Avançada
•
•
Revestimento Cerâmico
Diamante, óxido de
zircônio, óxido de alumínio,
Carboneto de silício
•
DLC, Nitretos de ferro,
boretos de ferro etc..
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Materiais Poliméricos
Características Gerais
•
•
•
•
•
•
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•
Em geral opacos mas
podem ser transparentes
Bons isolantes térmicos e
elétricos
Boa plasticidade e
elasticidade
Baixa dureza
Baixo ponto de fusão
Resistência à corrosão
média
Baixa densidade
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Materiais Poliméricos
Tipos
•
Naturais
•
Sintéticos
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Exemplos
•
Latex, pele, DNA, glicose,
celulose, madeira, unha,
chifre, cabelo
•
Acrílico, isopor, PVC,
Policarbonato, Náilon
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Materiais Compósitos
Características Gerais
•
•
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São materiais produzidos
de modo a se obter uma
otimização de propriedades
Tem-se propriedades que
não se consegue num
único material, ou que seja
economicamente mais
vantajoso
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Materiais Compósitos
Tipos
Exemplos
•
Mesma classe
•
Folha de flandres, aços
galvanizados
•
Classes distintas
•
Pneu, embalagem tetrapak,
fibra de carbono, fibra de
vidro, fio condutor de
eletricidade com isolante
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Introdução aà tecnologia dos materiais
Arranjos Atômicos
Estruturas Moleculares
Estruturas Cristalinas
Estruturas Amorfas
C
Metano (CH4)
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Água (H20)
Diamante (C)
Grafita (C)
Vidros (SiO2, C...)
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Estrutura cristalina do Ferro
Polimorfismo do Ferro
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Estrutura cristalina do Ferro
Ferro alfa/delta (Fe- e Fe-) – Cúbico de CORPO
centrado (CCC)
1 átomo inteiro
Célula unitária
1/8 de átomo
Numa célula unitária temos: 1 atomo + 8(1/8) = 2 átomos
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Estrutura cristalina do Ferro
Ferro gama (Fe-) – Cúbico de FACE centrada (CFC)
1/2 átomo
Célula unitária
1/8 de átomo
Numa célula unitária temos: 6(1/2) átomo + 8(1/8) = 4 átomos
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Estrutura cristalina do Ferro - Nomenclatura
Ferro alfa ou delta
Fe -  ou Fe - 
Ferro (CCC)
FERRITA
Ferro gama
Fe - 
Ferro (CFC)
AUSTENITA
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Introdução aà tecnologia dos materiais
Defeitos da rede cristalina
Vazios
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Defeitos da rede cristalina
Átomo
intersticial
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Introdução aà tecnologia dos materiais
Estrutura real do ferro
Defeitos da rede cristalina
Discordâncias
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Defeitos da rede cristalina
Contornos
de grão
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ASM Handbook Vol 9 (2004)
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Introdução aà tecnologia dos materiais
Há dois tipos de soluções sólidas:
solvente
soluto
a) Solução sólida substitucional
 os átomos dos elementos
químicos minoritários (do
elemento de liga) ocupam
posições regulares da rede
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cristalina do elemento
b) Solução sólida intersticial
 os elementos em solução
ocupam os interstícios da
rede cristalina do elemento
majoritário
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Distorções causadas por soluções sólidas:
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b) Distorção da rede cristalina
por átomos em solução sólida:
átomo maior (amarelo) e átomo
menor (vermelho)
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Propriedades mecânicas
1. Resistência Mecânica;
2. Elasticidade;
3. Ductilidade (Plasticidade);
4. Dureza;
5. Tenacidade.
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Propriedades tecnológicas
1. Usinabilidade
2. Conformabilidade
3. Temperabilidade
4. Soldabilidade
5. Sinterabilidade
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