PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
REVISÃO DAS AULAS 1 A 5
Professor: Iran Aragão
PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
OBJETIVO DA AULA
Fazer uma breve revisão do conteúdo das aulas 1 a 5.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
CLASSIFICAÇÃO
• Os materiais sólidos são freqüentemente classificados
em três grandes grupos principais:
• Materiais metálicos:
• Materiais cerâmicos:
• Materiais poliméricos ou plásticos:
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
METAIS
» Possuem elétrons livres;
» Bons condutores de eletricidade e calor;
» Não transparentes;
» Muito resistentes;
» Facilmente deformáveis e pesados.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
CERÂMICAS
» Composições de elementos metálicos e não
metálicos;
» Normalmente isolantes;
» Duros e frágeis (quebradiços);
» Resistente a altas temperaturas (refratários);
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
POLÍMEROS
»
Compostos
orgânicos
baseados
em
carbono,
hidrogênio e outros elementos não metálicos;
» Baixa condutividade elétrica;
» Tipicamente tem baixa densidade e podem ser
extremamente flexíveis
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
LIGAÇÕES QUÍMICAS
• Representam a união entre os átomos de um mesmo
elemento ou de elementos diferentes.
• Dependendo dos átomos que se unem, as ligações
podem ser iônicas, covalentes, metálicas.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
Ligação iônica
• Resulta da atração entre cátions e ânions.
• Todas as substâncias iônicas são sólidas.
• Apresentam-se na forma de cristais.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS
Covalente
• Elétrons sendo compartilhados com átomos adjacentes;
• Esse tipo de ligação é comum em compostos orgânicos,
por exemplo em materiais poliméricos e diamante.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
AS 14 REDES DE
BRAVAIS
•Dos 7 sistemas cristalinos
podemos identificar 14 tipos
diferentes
de
células
unitárias, conhecidas com
redes de Bravais.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
REDES BRAVAIS
• As redes cristalinas mais importantes:
 Cúbica:
- Cúbica de corpo centrado (CCC);
- Cúbida de face centrada (CFC).
 Hexagonal:
- Hexagonal compacta (HC).
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
REDE CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC)
NC: Número de Coordenação,
que corresponde ao número de
átomos
vizinhos
mais
próximos.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
REDE CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC)
• Fator de empacotamento atômico (APF= atomic
packing factor)
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
REDE CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC)
a=4R
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
REDE CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC)
a=4R
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
REDE HEXAGONAL COMPACTA (HC)
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
REDE HEXAGONAL COMPACTA (HC)
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
ALOTROPIA DO FERRO PURO
A temperaturas abaixo de 912° o Fe apresenta-se na
forma alotrópica
(CCC); Acima de 912° até
1394° (CFC); Acima de 1394° até 1538° (CCC).
A alotropia do Fe é importante porque a forma
alotrópica pode dissolver o Carbono (C) até 2%, o que
tem grande significado no tratamento térmico dos aços.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
DEFORMAÇÃO
• Tipos de deformações:
 Elásticas: os átomos se afastam das posições
originais sem ocuparem novas posições. O material
retorna às suas dimensões originais, quando é cessada
o motivo da deformação.
 Plásticas: ao retirarmos o esforço, o material não
retorna às suas dimensões originais. Suas dimensões
originais ficam alteradas após cessar o esforço externo.
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ELASTICIDADE
Tensão e deformação são suficientemente pequenas.

Tensão

 m ódulode elásticidade( E )
 deform ação
A constante de proporcionalidade entre
deformação denomina-se LEI DE HOOKE.
tensão
e
S.I: Newton/metro (N/m)
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 (MPa)
Curva Tensão () x Deformação ()
LR
f
LE
Deformação plástica
uniforme
Deformação plástica
não uniforme
=E
Região
elástica
Região
plástica

Deformação plástica total
LR
LE
E
= Tensão limite de resistência (TS - tensile strength)
= Tensão limite de escoamento (YS - yield strength)
= Módulo de elasticidade
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Diagrama Tensão - Deformação: Materiais Dúcteis
 Quando uma grande deformação plástica ocorre entre o
limite de elasticidade e o ponto de fratura, dizemos que
esse material é DUCTIL.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
EXERCÍCIO
Calcule a deformação elástica que acontece em um
tirante que está submetido a uma força de tração de 10
000 N. O tirante tem seção circular constante cujo
diâmetro vale 5 mm, seu comprimento é 0,4 m e seu
material tem módulo de elasticidade valendo 2,1 x 105 N /
mm2. Δl = F . l / E . A
F = 10000
;
E = 2,1 x 105 N/mm2
;
l = 400mm
A =  d2/4 = 3,14 x 52/4 = 19,625 mm2
l= (10000 x 400) /(210000 x 19,625)
Resposta:
l= 0,97 mm
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
EXERCÍCIO
Uma peça de cobre de 400 mm é tracionada com uma
tensão de 220 MPa. Se a deformação é considerada
totalmente elástica, qual será o alongamento da peça?
=E.
= E. L/L0

L=
E é obtido de uma tabela:
Assim:
L0/E
ECu = 11.0 x 104 MPa
L = 220 . 400/11.0 x 104 = 0.80 mm
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
DIAGRAMA FASES
Diagrama de fases da água (1 atm = 760 torr)
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
DIAGRAMA FASES
Diagrama de equilíbrio para o
cobre
(puro),
condições
–
indicando
as
pressão
e
temperatura, onde este metal
se
encontra
na
fase sólida,
líquida ou vapor
(1 N/m2 = 9,868×10-6 atm;
Ponto de fusão aprox 1085°C)
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
DIAGRAMA FASES
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SOLUBILIDADE
 O limite de solubilidade corresponde a concentração
máxima que se pode atingir de um soluto dentro de um
solvente.
 O limite de solubilidade depende da temperatura. Em
geral, tendem a crescer juntos.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
SISTEMAS BINÁRIOS (características)
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SISTEMAS BINÁRIOS (ISOMORFO)
Diagrama Cobre-Níquel
 Os dois componentes formam uma única solução
sólida em qualquer composição.
 Ou seja, há solubilidade total em qualquer proporção
de soluto.
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SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO)
 Reação Eutética  transformação imediata de fase
líquida em fase sólida.
 Nos sistemas eutéticos ocorre a reação, onde , durante a
fusão, um líquido se transforma em dois sólidos e vice
versa.
• Reação eutética: L  (sólido 1 + sólido 2)
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO)
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO)
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
SISTEMAS BINÁRIOS (EUTETÓIDE)
 Reação Eutetóide:
sólido 1

(sólido 2 + sólido 3)
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CONCEITOS DE GRÃOS
 Encruamento do grão:
 Forjamento: Processo de transformação de metais
por prensagem ou martelamento.
 Laminação: Processo de deformação plástica no
qual o metal tem sua forma alterada ao passar entre
rolos em rotação. É o de maior uso em função de sua
alta produtividade e precisão dimensional.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
ENCRUAMENTO DO GRÃO
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
ENCRUAMENTO DO GRÃO
 Aumento do grau de encruamento:
 aumento limite de resistência;
 diminuição da dutilidade do material, ficando mais
frágil e resistindo menos a esforços de impacto
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DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO - FE – C
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Diagrama de equilíbrio - Fe – C
Temperatura
Formas do Ferro
Tamb – 912ºC
912ºC – 1394ºC
1294ºC – 1538ºC
Ferrita (α – Fe, CCC)
Austenita ( – Fe, CFC)
Delta Ferrita (δ – Fe, CCC)
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Diagrama de equilíbrio - Fe – C
Solubilidade do C no Fe
Na fase α  Máximo de 0.022%
Na fase   Máximo de 2.11 %
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DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO - FE – C
Cementita – Fe3C
 Composto estável que se forma nas fases α e  quando a
solubilidade máxima é excedida, até 6.7 wt%C.
 É dura e quebradiça. A resistência de aços é aumentada
pela sua presença.
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CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
• 0-0.008wt% C
– Ferro Puro
• 0.008-2.11wt% C – Aços (na prática <1.0 wt%)
• 2.11-6.7wt% C
– Ferros fundidos (na prática <4.5wt%)
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CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
Concentração Eutetóide:
A
uma
temperatura
imediatamente
abaixo
da
eutetóide, toda a fase  se transforma em perlita
(ferrita + Fe3C) de acordo com a reação eutetóide. Estas
duas
fases
tem
concentração
de
carbono
muito
diferentes. Esta reação é rápida. Não há tempo para
haver grande difusão de carbono (0,77wt% C).
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CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
Concentração Hipo-Eutetóide:
 Inicialmente, temos apenas a fase . Em seguida
começa a surgir a fase α nas fronteiras de grão da fase
. A uma temperatura imediatamente acima da eutética
a fase α já cresceu, ocupando completamente as
fronteiras da fase . A concentração da fase α é 0.22
wt%C. A concentração da fase  é 0.77 wt%C, eutetóide.
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CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
Concentração Hipo-Eutetóide:
A
uma
temperatura
imediatamente
abaixo
da
eutetóide toda a fase  se transforma em perlita (ferrita
eutetóide + Fe3C). A fase α, que não muda, é
denominada ferrita pro-eutetóide.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
Concentração Hiper-Eutetóide:
 Em seguida a fase  começa a surgir a fase Fe3C, nas
fronteiras de grão da fase . A Concentração da Fe3C é
constante igual a 6.7 wt%C. A concentração da austenita
cai com a temperatura seguindo a linha que separa o
campo  + Fe3C do campo . A uma temperatura
imediatamente acima da eutetóide a concentração da
fase  é 0.77 wt%C, eutetóide.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
Concentração Hiper-Eutetóide:
A
uma
temperatura
imediatamente
abaixo
da
eutetóide toda a fase  se transforma em perlita. A fase
Fe3C, que não muda, é denominada cementita pro-
eutetóide.
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EXERCÍCIO
Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e
responda:
a) Qual a temperatura de fusão do Pb e do Sn?
b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus:
c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %.
d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga 30-70 (70%Pb e
30%Sn) na temperatura de 200º.
e) Identifique as Linhas Solvus.
f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em
processos de soldagem, qual seria sua composição.
Justifique.
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EXERCÍCIO
Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e
responda:
a) Qual a temperatura de fusão do Pb e do Sn?
estanho puro 232o C e chumbo puro 320o C
b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus:
c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %.
d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga 30-70 (70%Pb e
30%Sn) na temperatura de 200º.
e) Identifique as Linhas Solvus.
f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em
processos de soldagem, qual seria sua composição.
Justifique.
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EXERCÍCIO
Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e
responda:
b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus:
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EXERCÍCIO
Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e
responda:
b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus:
c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %.
liga eutética com 63% Sn e 37% de Pb
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EXERCÍCIO
Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e
responda:
d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga 30-70 (70%Pb e
30%Sn) na temperatura de 200º.
17% – 30 % – 50 %
R = 30 – 17 = 13
S = 50 – 30 = 20
α
L = 20/33 =
α
0,6061
= 0,3939
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EXERCÍCIO
Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e
responda:
e) Identifique as Linhas Solvus.
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EXERCÍCIO
f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em
processos de soldagem, qual seria sua composição.
Justifique.
Especificar a liga eutética com 63% Sn e 37% de Pb, que
uma liga com essa composição se comporta como uma
substância pura, com um ponto definido de fusão, no caso
183o C. Esta é uma temperatura inferior a temperatura de
fusão dos metais que compõem esta liga (estanho puro
232o C e chumbo puro 320o C), o que justifica sua ampla
utilização na soldagem de componentes eletrônicos, onde
o excesso de aquecimento deve sempre ser evitado.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
EXERCÍCIO
f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em
processos de soldagem, qual seria sua composição.
Justifique.
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
Bom Estudo!
Até a próxima aula!
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