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Estrutura e Propriedades dos Materiais

Prof. Rubens CaramSala EE-211

rcaram@fem.unicamp.br

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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS

MATERIAIS: SUBSTÂNCIAS USADAS PARA COMPOR TUDO O QUE ESTÁ A NOSSA VOLTA

MATERIAIS NORMALMENTE ENCONTRADOS: MADEIRA, VIDRO, AÇO, PLÁSTICO, PAPEL, COBRE, CONCRETO,

PRODUÇÃO E TRANSFORMAÇÃO: UMA DAS MAIS IMPORTANTES ATIVIDADES ECONÔMICAS

PRODUTO ⇒ PROJETO ⇒ SELEÇÃO E ESPECIFICAÇÃO DE MATERIAIS

PROJETISTA (ENGENHEIRO): CONCEITUAÇÃO ATUALIZADA DA ESTRUTURA INTERNA DOS MATERIAIS

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MATERIAIS ESTÃO LIGADOS AO HOMEM DESDE O INÍCIO DE SUA EXISTÊNCIA;

MATERIAIS USADOS INICIALMENTE: PEDRA, MADEIRA, OSSOS, FIBRAS, PELES E ARGILA;

ÍNTIMA RELAÇÃO ENTRE CIVILIZAÇÕES MAIS AVANÇADAS E MATERIAIS MAIS AVANÇADOS, O QUE AINDA HOJE, ÉVERDADE;

IMPORTÂNCIA DOS MATERIAIS: PERÍODOS DA HISTÓRIA ⇒MATERIAL MAIS UTILIZADO EM CADA ÉPOCA.

MATERIAIS E A HISTÓRIA

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MATERIAIS, CIVILIZAÇÕES E ERAS

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MATERIAIS, CIVILIZAÇÕES E ERAS

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IDADE DA PEDRA

ERAS:

IDADE DA PEDRA

IDADE DA PEDRA/COBRE

IDADE DO BRONZE

IDADE DO FERRO

IDADE DA PEDRA INICIOU-SE HÁ 2,5 MILHÕES DE ANOS E AINDA PERSISTE EM ALGUNS LUGARES - AUSTRÁLIA;

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ANATÓLIA

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REFINO DE COBRE

Peça Fundida em Cu

5000 a.c.

Malaquita

Minério de Cu

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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

MateriaisMetálicos

Materiais Cerâmicos

Materiais Poliméricos

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TIPOS DE MATERIAIS

1. Suspensão: MM, MCP, MP

2. Sistema de Injeção: MSC, MP, MC

3. Sistema de Refrigeração: MM, MSC

4. Motor: MM, MC

5. Sistema de Ignição: MSC, MP, MC

6. Transmissão: MM, MC, MCP, MP

7. Sistema de Lubrificação: MM, MP, MC

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MATERIAIS METÁLICOS

SUSTÂNCIAS INORGÂNICAS COMPOSTAS POR UM OU MAIS ELEMENTOS METÁLICOS, PODENDO CONTER ELEMENTOS NÃO-METÁLICOS

EX.: AÇO (Fe+C), ALUMÍNIO, NÍQUEL, LATÃO (Zn+Cu)

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

A MAIORIA DOS PLÁSTICOS EXIBE CADEIA MOLECULAR ORGÂNICA DE LONGA EXTENSÃO SEM CRISTALINIDADE. ALGUNS EXIBEM MISTURA DE REGIÕES CRISTALINAS E NÃO-CRISTALINAS

EX.: BORRACHA, NYLON, POLIETILENO

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MATERIAIS CERÂMICOS

MATERIAIS INORGÂNICOS COM ELEMENTOS METÁLICOS E NÃO-METÁLICOS. PODEM SER CRISTALINOS, NÃO-CRISTALINOS OU A MISTURA DE AMBOS

EX.: ALUMINA (Al2O3), VIDRO

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MATERIAIS COMPÓSITOS

COMBINAÇÕES DE DOIS OU MAIS MATERIAIS, ONDE UM ELEMENTO DE REFORÇO (FIBRAS, PLACAS OU PARTÍCULAS) É ENVOLVIDO POR UMA MATRIZ (RESINA PLÁSTICA, MATERIAL METÁLICOS OU CERÂMICO.

EX.: FIBRA DE CARBONO OU DE VIDRO E MATRIZ DE RESINA EPOXI.

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MATERIAIS ELETRÔNICOS

DENTRE OS MATERIAIS ELETRÔNICOS, DESTACAM-SE OS SEMICONDUTORES: MATERIAIS COM PROPRIEDADES INTERMEDIÁRIAS ENTRE OS CONDUTORES E ISOLANTES.SUAS CARACTERÍSTICAS SÃO ALTERADAS COM A PRESENÇA DE PEQUENAS CONCENTRAÇÕES DE ÁTOMOS ESTRANHOS

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BIOMATERIAIS

SUBSTÂNCIAS NATURAIS OU SINTÉTICAS TOLERADAS DE FORMA TRANSITÓRIA OU PERMANENTE, PELOS DIVERSOS TECIDOS QUE CONSTITUEM O ORGANISMO HUMANO

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COMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO

COMPETIÇÃO É UM PROCESSO QUE EXISTE DESDE QUE O HOMEM INICIOU A PRODUÇÃO DE BENS E UTENSÍLIOSDESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS E EQUIPAMENTOS É QUASE SEMPRE BASEADO EM MATERIAIS DE CONCEPÇÃO ATUALIZADADESENVOLVIMENTO DE NOVOS MATERIAIS OU OTIMIZAÇÃO DE MATERIAIS TRADICONAIS ESTÁ ASSOCIADO AO APRIMORAMENTO DE PROPRIEDADES E A REDUÇÃO DE CUSTOS.ALTERAÇÕES DAS CONDIÇÕES DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO RESULTA NA SUBSTITUIÇÃO DE MATERIAIS:

REQUISITOS TÉCNICOS, CUSTO E DISPONIBILIDADEEXEMPLOS DE SUBSTITUIÇÃO:

FERRO FUNDIDO PELO ALUMÍNIO EM BLOCOS DE MOTORESMETAIS POR COMPÓSITOS EM AERONAVESMETAIS POR PLÁSTICOS EM AUTOMÓVEISSi E Ge POR COMPOSTOS SEMICONDUTORESMETAIS POR CERÂMICAS NA INDÚSTRIA ESPACIAL

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COMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO

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COMPOSIÇÃO DE UM AUTOMÓVEL MÉDIO AMERICANO

1978Peso 2.000 kg

FerrososMais de 60 %

Plásticos10 – 20%

Alumínio3 – 5 %

1985Peso 1.500 kg

Alumínio5 – 10 %

Plásticos10 – 20 % Ferrosos

50 - 55 %

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CARACTERÍSTICAS PROPIEDADESCOMPORTAMENTO DOS MATERIAIS

DEPENDEM DA ESTUTURA INTERNA

ANÁLISE DA ESTRUTURA DOS MATERIAIS

NÍVEL SUBATÔMICO: ÁTOMO INDIVIDUAL E COMPORTAMENTO DE SEU NÚCLEO E ELÉTRONS

NÍVEL ATÔMICO: INTERAÇÃO ENTRE ÁTOMOS E A FORMAÇÃO DE LIGAÇÕES E MOLÉCULAS

NÍVEL MICROSCÓPIO: ARRANJOS ATÔMICOS E MOLECULARES E A FORMAÇÃO DE ESTRUTURAS CRISTALINAS, MOLECULARES E AMORFAS

NÍVEL MACROSCÓPICO: COMPORTAMENTO DO MATERIAL EM SERVIÇO

ESTRUTURA DOS MATERIAIS

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Estrutura dos Materiais

Microestrutura

Estruturas de Engenharia

10-15 10-12

Subatômico Atômico Microscópico Macroscópico

ArranjosAtômicos

Escala (m)

Átomos

Moléculas

Partículas Elementares

Núcleo

Níveis

10-9 10-6 10-3 10 0 10 3

Objeto

Monômeros Polímeros

Células Unitárias

Contornos de Grão

Grãos

Circuitos Integrados Corpo de Prova Muralha da China

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COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS

n=1 5 µmn=8

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COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS

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COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS

DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS AO NÍVEL ATÔMICO E MICROSCÓPICO AFETA AS PROPRIEDADES DO MATERIAL

ALUMINA MONOCRISTALINA

ALUMINA POLICRISTALINA

ALUMÍNIO

MAGNÉSIO

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COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS

DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS AO NÍVEL ATÔMICO E MICROSCÓPICO AFETA AS PROPRIEDADES DO MATERIAL

ALUMÍNIO

MAGNÉSIO

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Aço 1020 Aço 1045 Aço 1070

Ferrita + perlita Perlita

COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS