Engenharia de Materiais

1. 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: pavanati@ifsc.edu.br

2. 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
2

3. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Bases tecnológicas:
1) Introdução
2) Processos de obtenção de ligas metálicas ferrosas
3) Ligas metálicas ferrosas
4) Diagrams de equilíbrio
5) Curvas TTT
6) Tratamentos térmicos
7) Ensaios Mecânicos
8) Metalografia
3

4. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
O que é um material?
4

5. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
O que é um material?
Um material nada mais é que
um “amontoado” de átomos
Exemplo de um
material
5
Requisitos básicos
para “ser” 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
6
Si

7. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
Átomos - Classificação
Não metais
Semi-metais
Gases nobres
7
Metais
Átomos metálicos
-
Semi-metais
-
Não metais
-
Gases nobres

8. Prof. Henrique Cezar Pavanati
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
8
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
10
>10.000 a.C.

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Introdução à tecnologia dos materiais
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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12. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
Evolução do uso dos materiais
Aço
Titânio
1.000 a.C.
12
Alumínio
Séc XIX
Séc XIX

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Introdução à tecnologia dos materiais
Evolução do uso dos materiais
Super ligas de Ni
Séc XX
13
Cerâmicas
de Engenharia
Séc XX
Nanotecnologia
Séc XXI

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Introdução à tecnologia dos materiais
Disponibilidade dos materiais
14
Fonte: PADILHA, F. Materiais de Engenharia: Microestrutura e propriedades, Hemmus: Curitiba (2000)

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Introdução à tecnologia dos materiais
a
Disponibilidade dos materiais
Elementos
químicos
presentes
na crosta
terrestre
15

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Introdução à tecnologia dos materiais
a
Tradicionalmente os materiais podem ser classificados
em 4 grupos básicos:
Br
o
Compósitos
Metálicos
Poliméricos
Embalagem Tetra Pak
16
o
dr
vi
ca
s
de
de
“W
a
br
Fi
id
i
a”
Cerâmicos

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Introdução à tecnologia dos materiais
Classificação – Átomos x Materiais
Átomos
•
•
•
•
17
Metais
Não Metais
Semi-metais
Gases nobres
Materiais
•
•
•
•
Metálicos
Cerâmicos
Poliméricos
Compósitos

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Introdução à tecnologia dos materiais
Materiais Metálicos
Características Gerais
•
•
•
•
•
•
•
18
•
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

19. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
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
19

20. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
Materiais Cerâmicos
Características Gerais
ALUMINA
•
•
20
•
•
•
•
•
•
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

21. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
Materiais Cerâmicos
Tipos
Exemplos
Cerâmica Tradicional
•
Cerâmica Avançada
•
•
Tijolo, azulejo, porcelana,
vidro
•
Diamante, óxido de
zircônio, óxido de alumínio,
Carboneto de silício
•
•
DLC, Nitretos de ferro,
boretos de ferro etc..
Revestimento Cerâmico
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22. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
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

23. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
Materiais Poliméricos
Tipos
Exemplos
Naturais
•
•
Latex, pele, DNA, glicose,
celulose, madeira, unha,
chifre, cabelo
•
•
Acrílico, isopor, PVC,
Policarbonato, Náilon
Sintéticos
23

24. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
Materiais Compósitos
Características Gerais
•
•
24
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

25. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
Materiais Compósitos
Tipos
•
Mesma classe
•
Classes distintas
25
Exemplos
•
Folha de flandres, aços
galvanizados
•
Pneu, embalagem tetrapak,
fibra de carbono, fibra de
vidro, fio condutor de
eletricidade com isolante

26. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Arranjos Atômicos
Estruturas Moleculares
Estruturas Cristalinas
Estruturas Amorfas
C
Metano (CH4)
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Água (H20)
Diamante (C)
Grafita (C)
Vidros (SiO2, C...)

27. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Estrutura cristalina do Ferro
Polimorfismo do Ferro
27

28. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Estrutura cristalina do Ferro
Ferro alfa/delta (Fe-α e Fe-δ ) – 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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29. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Estrutura cristalina do Ferro
Ferro gama (Fe-γ ) – 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
29

30. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Estrutura cristalina do Ferro - Nomenclatura
Ferro alfa ou delta
Fe - α ou Fe - δ
Ferro (CCC)
FERRITA
Ferro gama
Fe - γ
Ferro (CFC)
AUSTENITA
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31. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Defeitos da rede cristalina
Vazios
31

32. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Defeitos da rede cristalina
Átomo
intersticial
32

33. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Estrutura real do ferro
Defeitos da rede cristalina
Discordâncias
33

34. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Defeitos da rede cristalina
Contornos
de grão
34
ASM Handbook Vol 9 (2004)

35. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
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

36. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Distorções causadas por soluções sólidas:
36
b) Distorção da rede cristalina
por átomos em solução sólida:
átomo maior (amarelo) e átomo
menor (vermelho)

37. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Propriedades mecânicas
1. Resistência Mecânica;
2. Elasticidade;
3. Ductilidade (Plasticidade);
4. Dureza;
5. Tenacidade.
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38. Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos materiais
a
Propriedades tecnológicas
1. Usinabilidade
2. Conformabilidade
3. Temperabilidade
4. Soldabilidade
5. Sinterabilidade
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