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MATERIAIS DE ENGENHARIA
• DEFINIÇÃO- Materiais
são substâncias com
propriedades que as
tornam úteis na
construção de máquinas,
estruturas, dispositivos e
produtos.
• Em outras palavras-
São os materiais que o
homem utiliza para
“produzir coisas” Quais materiais?
MATERIAIS DE ENGENHARIA
Latas de alumínio (metal)
Garrafas de vidro
(cerâmico)
Garrafas plásticas
(polímero)
Fonte: CALLISTER
INTRODUÇÃO• Ciência dos materiais faz parte do conhecimento básico
para todas as engenharias
Os materiais apresentam propriedades específicas
Aço: facilmente usinado (processamento).
Suficientemente TENAZ, severas condições
de uso (pronto)
Portanto, os materiais apresentam suaspropriedades
PlasticidadeEstabilidade
elétricaDurabilidade
química... ...
INTRODUÇÃOPROPRIEDADES DOS MATERIAIS
Materiais quando expostos a estímulos externosprovocam algum tipo de resposta:
- Amostra sujeita a forças: deformação
- Superfícies metálica polida: reflete luz
Peculiaridade do material em termos do tipo e da intensidade da resposta a um estímulo específico, que lhe
é imposto. Independe da forma e tamanho do material
Polímeros ≠
INTRODUÇÃO
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS SÓLIDOS
- Mecânica: relacionada com a deformação por carga ou força aplicada (elasticidade e resistência).
- Elétrica: condutividade elétrica e estímulo campo elétrico.
- Térmica: capacidade calorífica e condutividade térmica.
- Magnética: resposta à aplicação de um campo magnético -atração ou repulsão (campo de força: cargas elétricas –elétrons, prótons ou íons).
INTRODUÇÃO
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS SÓLIDOS
- Ótica: estímulo é a radiação eletromagnética ou a luminosa (índice de refração, refletividade)
- Deteriorativa: indica a reatividade química dos materiais
O desempenho de um material é função das suas propriedades:
Estrutura Processamento Propriedades Desempenho
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
Materiais
compósitos
(vidro) de matriz
polimérica
CLASSIFICAÇÃO
Os materiais sólidos são classificados em três grupos:
• Materiais metálicos
• Materiais cerâmicos
• Materiais poliméricos
Essa classificação é baseada na estrutura atômica e nas
ligações químicas predominantes em cada grupo
ATUALMENTE-Novo grupo=Materiais compósitos:
combinação de materiais diferentes.
MATERIAIS METÁLICOS
• São combinações de elementos metálicos
Possuem elétrons livres Excelentes condutores
• Calor
• Eletricidade
• Resistentes
• Deformáveis
Aço- Ocupa um lugar de destaque devido á sua vasta
utilização (liga de ferro + carbono)
MATERIAIS CERÂMICOSDefinição - São combinações de metais com elementos não
metálicos (óxidos, nitretos e carbonetos).
EX: cimento e vidro.
• Ligações iônicas ou covalentes;
• Isolantes térmicos e elétricos;
• Resistentes a altas temperaturas (metais e polímeros);
• Propriedades mecânicas: Duros e frágeis (quebradiços).
Isolante elétricos
Cerâmicas vermelha
FeO e Fe2O3
Cerâmicas branca
Baixo teor de FeO e Fe2O3
e Fe(OH)2, Fe(OH)3
Isolante térmico e elétrico
SiC WC
BN
CaOSiO
MATERIAIS POLIMÉRICOS
• POLÍMEROS: compreendem os materiais comuns de
plástico e borracha. Muitos deles são compostos orgânicos
que tem sua química baseada no carbono, no hidrogênio e em
outros elementos não-metálicos; além disso, possuem
estruturas moleculares muito grandes.
• Resistentes a corrosão;
• Alta flexibilidade;
• Baixa densidade (leves).
• EUA-29% da produção mundial
MATERIAIS POLIMÉRICOSSão classificados em:
• Resinas Termoplásticas- Conformados mecanicamente
desde que reaquecidos. Com esfriamento rígido. Ex:
Polietileno, Poliestireno
Paredes plásticas – cloreto de polivinilagarrafas plásticas – Oaxaca (México)
Refletores para luz
fluorescente
Poliestireno
MATERIAIS POLIMÉRICOS
São classificados em:
• Resinas Termorrígidas- Conformáveis plasticamente
apenas em um estágio intermediário de sua fabricação.
Mais resistentes que os termoplásticos e resistem a
temperaturas elevadas
MATERIAIS POLIMÉRICOS
São classificados em:
• Elastômeros- Materiais conformáveis que se alongam
elasticamente. Ex: borracha natural e borracha sintética.
COMPÓSITOS• Materiais compósitos são constituídos de
mais de um tipo de material insolúveisentre si (Matriz e reforço).
• Os compósitos são “desenhados” paraapresentarem a combinação das melhorescaracterísticas de cada materialconstituinte;
• Exemplo clássico- Compósito de matrizpolimérica com fibra de vidro. O materialcompósito apresenta a resistência da fibrade vidro associado a flexibilidade dopolímero
Reforços
Matriz cerâmica
Matriz metálica
Matriz polimérica
Fibras de celuose + lignina
SEMICONDUTORES
-Propriedades elétricas intermediárias entre metais e
isolantes. Sensíveis a presença de pequenas
quantidades de impureza
- Resistividade não deve diferir de 1 ohm.cm,
Utilizável em um circuito eletrônico (Ge e Si)
BIOMATERIAIS
-Componentes para implantes de partes em seres
humanos
-Não devem produzir substâncias tóxicas e
compatíveis com o tecido humano
-Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser
usados
Como definir qual o melhor material
para um determinado fim?
Exemplo: Copo
•Vidro
•Cerâmica
•Plástico
•Madeira
•Metal
• Papel
• Custo
• Tempo de vida ouDurabilidade
• Aparência
• Finalidade: Natureza dolíquido
Depende
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.
Quais os critérios que um engenheiro
deve adotar para selecionar um material
entre tantos outros?
• A segunda consideração na escolha domaterial refere-se ao levantamento sobreo tipo de degradação que o materialsofrerá em serviço.
• Por exemplo, elevadas temperaturas eambientes corrosivos diminuemconsideravelmente a resistênciamecânica dos materiais metálicos.
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.
ENERGIA E MATERIAIS
A demanda, a produção e o preço dos materiais estão
estreitamente relacionados com o consumo de
energia.
RECICLAGEM- O ganho energético obtido com
a reciclagem de um material como o alumínio por
exemplo, é de 85%.
VANTAGENS-
• Economia de matéria-prima
• Diminuição de rejeitos
ENERGIA E MATERIAIS
RECICLAGEM ECONOMIA DE ENERGIA
Alumínio 92%
Cobre 85%
Borracha 71%
Ferro e aço 65%
Chumbo 65%
Papel 64%
Zinco 60%
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