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Prof a . Eleani M. da Costa Sem. 2005/01

CIÊNCIAS DOS MATERIAIS. Prof a . Eleani M. da Costa Sem. 2005/01. ASSUNTO. 1. Introdução à ciência e engenharia dos materiais e classificação dos materiais. PROGRAMA DISCIPLINA. AULAS TEÓRICAS 1. Introdução à ciência e engenharia dos materiais e classificação dos materiais

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Presentation Transcript

  1. CIÊNCIAS DOS MATERIAIS Profa. Eleani M. da Costa Sem. 2005/01

  2. ASSUNTO 1. Introdução à ciência e engenharia dos materiais e classificação dos materiais

  3. PROGRAMA DISCIPLINA AULAS TEÓRICAS 1. Introdução à ciência e engenharia dos materiais e classificação dos materiais 2.Ligação química nos sólidos -Energias e forças de ligações -Ligações interatômicas primárias -Ligação de Van der Waals 3.Materiais cristalinos -Estrutura cristalina: conceitos fundamentais, célula unitária, -Sistemas cristalinos, -Polimorfismo e alotropia -Direções e planos cristalográficos, anisotropia, - Determinação das estruturas cristalinas por difração de raios-x.

  4. PROGRAMA DISCIPLINA AULAS TEÓRICAS 4.Imperfeições cristalinas - Defeitos pontuais -Defeitos de linha (discordâncias) -Defeitos de interface (grão e maclas) -Defeitos volumétricos (inclusões, precipitados) 5.Mecanismos de movimento atômico (difusão) -Mecanismo da difusão -Fatores que influem na difusão -Difusão no estado estacionário -Difusão no estado não-estacionário 6. Propriedades Mecânicas dos Metais -Deformação elástica e deformação plástica -Coeficiente de Poisson

  5. PROGRAMA DISCIPLINA AULAS TEÓRICAS 7. Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência - Conceitos básicos: características das discordâncias, sistemas de escorregamento - Aumento da resistência por diminuição do tamanho de grão -Aumento da resistência por solução sólida - Encruamento, recuperação, recristalização e crescimento de grão 8.Falha nos metais - Fratura dúctil, fratura frágil - Fluência nos metais -Fadiga nos metais

  6. PROGRAMA DISCIPLINA AULAS TEÓRICAS 9. Diagramas de fase em condições de equilíbrio -Definições e conceitos básicos: identificação das fases, limite de solubilidade, microestrutura das fases -Diagramas de equilíbrio binários isomorfos e eutéticos -Reações eutetóides e peritéticas - Sistema Fe-C e microestruturasque se formam no resfriamento lento 10. Transformações de fases em metais e microestruturas - Conceitos básicos - Alterações microestruturais das ligas Fe-C e propriedades (curvas Temperatura-Tempo-Transformação).

  7. PROGRAMA DISCIPLINA CONTEÚDOS EXTRAS 11-PROPRIEDADES ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS 12- CORROSÃO E DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS

  8. PROGRAMA DISCIPLINA • ·Aulas Teórico-Práticas • 1-Ensaio de resistência à tração • 2-Ensaio de resistência à choque • 3-Ensaio de Dureza Brinell • 4-Ensaio de Dureza Rockwell • 5-Ensaio de Dureza Vickers • 6-Metalografia dos Metais I– Macrografia • 7-Metalografia dos Metais II - Micrografia

  9. BIBLIOGRAFIA • 1-Van Vlack L.H., Princípios de Ciência dos Materiais, Ed. Edgard Blücher, S.P. • 2- William D. Callister Jr., Introdução à Ciência e Engenharia de Materiais, Ed. LTC, 2000. • 3- Chiaverini V., Tecnologia Mecânica, Vol. I e III Ed. McGraw – Hill S.P

  10. DATAS DAS PROVASTURMAS 2LM • 11/04 : PROVA 1 • 23/05 : PROVA 2 • 20/06: PROVA 3 • 27/06 : PROVA DE RECUPERAÇÃO • 04/07: EXAME

  11. DATAS DAS PROVASTURMAS 3JK • 12/04 : PROVA 1 • 17/05 : PROVA 2 • 21/06: PROVA 3 • 28/06 : PROVA DE RECUPERAÇÃO • 05/07: EXAME

  12. HOMEPAGE DA DISCIPLINA www.em.pucrs.br/~eleani 

  13. INTRODUÇÃO • Ciência dos materiais faz parte do conhecimento básico para todas as engenharias As propriedades dos materiais definem: • o desempenho de um determinado componente e o processo de fabricação do mesmo

  14. Propriedades dos Materiais Microestrutura Composição e Processo de Fabricação ENGENHAR I A

  15. Efeito da microestrutura nas propriedades da alumina Figura copiada do material do Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio

  16. O número de materiais cresceu muito nas últimas décadas e a tendência é de se proliferarem mais num futuro próximo • Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de extração de materiais da natureza • Modificação de materiais naturais • Combinação de materiais conhecidos para a formação de novos materiais

  17. QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ? Entre 40000 e 80000 diferentes, contando as variantes de tratamento térmico e composição de cada material COMO ESCOLHER ??

  18. Vidro Cerâmica Plástico Madeira Metal Papel Custo Tempo de vida ou Durabilidade Aparência Finalidade: Natureza do líquido (ex: copo de metal e papel não pode ser usado para café, suco de laranja não pode ser armazenado numa taça antiga de peltre porque remove o Pb da liga) Como definir qual o melhor material para um determinado fim?Exemplo: Copo Depende

  19. Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? • Em primeiro lugar, o engenheiro deve caracterizar quais as condições de operação que será submetido o referido material e levantar as propriedades requeridas para tal aplicação, saber como esses valores foram determinados e quais as limitações e restrições quanto ao uso dos mesmos.

  20. Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? • A segunda consideração na escolha do material refere-se ao levantamento sobre o tipo de degradação que o material sofrerá em serviço. • Por exemplo, elevadas temperaturas e ambientes corrosivos diminuem consideravelmente a resistência mecânica.

  21. Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? • Finalmente, a consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica: Qual o custo do produto acabado??? Um material pode reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo elevadíssimo.

  22. SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO • Ex. Resistência: Material Aço-liga Ti Al PRFC (alta resist.) (AA7074) Resist. (MPa) 1000 800 500 700 à tração PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono

  23. SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO • Ex. Resistência/peso: Material Aço-liga Ti Al PRFC (alta resist.) (AA7074) 133 170 185 390

  24. SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO • Ex. Custo p/Kg/US$: Material Aço-liga Ti Al PRFC (alta resist.) (AA7074) 0,75 15 3 20

  25. Grande exigência • tecnológica • Utilização dos mate- • riais nos limites • Produtos não • diferenciados • Utilização de materiais • abaixo dos limites SELEÇÃO CUIDADOSA (FATOR CUSTO SECUNDÁRIO) SELEÇÃO CUIDADOSA (FATOR CUSTO PRIMORDIAL) TIPOS DE INDÚSTRIA - INFLUÊNCIA DOS MATERIAIS INDÚSTRIA DE PONTA PRODUÇÃO EM MASSA Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal

  26. Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? • Em raras ocasiões um material reúne uma combinação ideal de propriedades, ou seja, muitas vezes é necessário reduzir uma em benefício da outra. • Um exemplo clássico são resistência e ductilidade, geralmente um material de alta resistência apresenta ductilidade limitada. Este tipo de circunstância exige que se estabeleça um compromisso razoável entre duas ou mais propriedades.

  27. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS • A classificação tradicional dos materiais é geralmente baseada na estrutura atômica e química destes.

  28. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS • Metais • Cerâmicas • Polímeros • Compósitos • Semicondutores • Biomateriais (Mat. Biocompatíveis) Classificação tradicional

  29. Metais Materiais metálicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos. Os elétrons não estão ligados a nenhum átomo em particular e por isso são bons condutores de calor e eletricidade Não são transparentes à luz visível Têm aparência lustrosa quando polidos Geralmente são resistentes e deformáveis São muito utilizados para aplicações estruturais CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

  30. Cerâmicas Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos e não-metálicos. Geralmente são óxidos, nitretos e carbetos São geralmente isolantes de calor e eletricidade São mais resistêntes à altas temperaturas e à ambientes severos que metais e polímeros Com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras, porém frágeis Em geral são leves CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

  31. OS MATERIAS CERÂMICOS NA TABELA PERIÓDICA Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais

  32. Polímeros Materiais poliméricos são geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não-metálicos. São constituídos de moléculas muito grandes (macro-moléculas) Tipicamente, esses materiais apresentam baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis Materiais poliméricos incluem plásticos e borrachas CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

  33. Compósitos Materiais compósitos são constituídos de mais de um tipo de material insolúveis entre si. Os compósitos são “desenhados” para apresentarem a combinação das melhores características de cada material constituinte Muitos dos recentes desenvolvimento em materiais envolvem materiais compósitos Um exemplo classico é o compósito de matriz polimérica com fibra de vidro. O material compósito apresenta a resistência da fibra de vidro associado a flexibilidade do polímero CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

  34. Semicondutores Materiais semicondutores apresentam propriedades elétricas que são intermediárias entre metais e isolantes Além disso, as características elétricas são extremamente sensíveis à presença de pequenas quantidades de impurezas, cuja concentração pode ser controlada em pequenas regiões do material (para formar as junções p-n) Os semicondutores tornaram possível o advento do circuito integrado que revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe.. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS InP

  35. Biomateriais Biomateriais são empregados em componentes para implantes de partes em seres humanos Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição). Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como biomateriais. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

  36. EVOLUÇÃO DA UTLIZAÇÃO DOS MATERIAIS Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal

  37. MATERIAIS AVANÇADOS • São materiais utilizados em aplicações de tecnologia de ponta, ou seja, são materias utilizados para a fabricação de dispositivos ou componentes que funcionam ou operam usando princípios sofiscados • Exemplos destas aplicações incluem: equipamentos eletrônicos (VCRs, CD players, DVDs), computadores, sistemas de fibra óptica, foguetes e mísseis militares, detectores, lasers, displays de cristal líquido, indústria aeroespacial, etc. • Estes materiais são geralmente materiais tradicionais cujas propriedades são optimizadas ou materiais novos de alto desempenho.

  38. ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE A NECESSIDADE DE MATERIAIS MODERNOS • Materias que apresentem: • Alto desempenho • Baixo peso e alta resistência • Resistência à altas temperaturas • Desenvolvimento de materiais que sejam menos danosos ao meio ambiente e mais fáceis de serem reciclados ou regenerados

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