cap i- materiais introdução slides

8/19/2019 Cap I- Materiais Introdução Slides

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Ciências dos Materiais

A ciência dos materiais está associada à geração de

conhecimento básico sobre a estrutura interna,propriedades e processamento de materiais. Ela

tem ainda como objetivo, compreender a natureza

dos materiais, estabelecendo conceitos e teorias

que permitam relacionar a estrutura dos materiaiscom suas propriedades e comportamento


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Classificação dos Materiais

Metais

CerâmicasPolímeros

Compósitos

SemicondutoresBiomateriais (Mat. Biocompatíveis)

Classificação Clássica


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1.1.1. MATERIAIS METÁLICOS

Materiais metálicos são geralmente umacombinação de elementos metálicos, unidos por

ligações metalicas.o Os elétrons não estão ligados a nenhum átomo emparticular e por isso são bons condutores de calor eeletricidade;o São estruturas cristalinas;o São opacos à luz visível;o Possuem boa ductibilidade e maleabilidade;o Geralmente são resistentes e deformáveis;o Possuem baixa resistência química.


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1.1.3. MATERIAIS CERÂMICOS

Os cerâmicos são materiais inorgânicos constituídos por elementos

metálicos e não-metálicos unidos por meio de ligações covalentes e

iônicas.

§ Podem ser cristalinos, não-cristalinos ou uma mistura de ambos;

§ Possuem alta dureza, mesmo em altas temperaturas;

§ São, normalmente, bastante frágeis;

§ São bons isolantes elétricos;

§ Possuem boa resistência química

§ Em geral são leves


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1.2.1. Principais Propriedades

Mecânicas:

-Dutibilidade: capacidade do material emdeformar plasticamente sem ruptura , quando

submetido a esforço de tração. É expressa emporcentagem.

-Maleabilidade: á a capacidade do material emdeformar plasticamente sem ruptura , quandosubmetido a esforço de compressão.

Tenacidade: é a medida da energia necessáriapara fraturar um corpo de prova padrão.


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1.2.1. Principais PropriedadesMecânicas:

- Modulo de Elasticidade (YOUNG) : É a relação entre atensão( ) aplicada e a deformação elástica( ) que ela

produz. Está relacionado diretamente com as forças dasligações interatômicas (entre átomos). Indica a rigidez domaterial.Limite de escoamento ou tensão de deformação( e): representa a tensão a partir da qual o material

sofre deformação plástica. É uma das mais importantespropriedades de engenharia, pois são utilizados emcálculos de estruturais.Limite de resistência à ruptura ( r): representa atensão a partir da qual o material sofre ruptura.


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1.2.1. Principais PropriedadesMecânicas:

Resiliência: Corresponde à capacidade do materialde absorver energia quando este é deformado

elasticamente. Materiais resilientes são aqueles quetêm alto limite de elasticidade e baixo módulo deelasticidade (como os materiais utilizados paramolas)

Dureza:

- Materiais Frágeis: capacidade do materialresistir à abrasão superficial.- Material não frágeis: é a medida da resistênciade um material à deformação plástica(permanente).


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Resistência à flexão: é definida com a tensão máxima que um corpode prova suporta antes de romper quando sujeito a um esforço de

flexão. Utilizado para avaliar a resistência mecânica de materiaiscerâmicos, principalmente para revestimentos e telhas.- Resistência à compressão: É definida com a tensão máxima antesda ruptura, que um corpo de prova pode resistir quando submetido aesforços de compressão. Este ensaio é utilizado principalmente paraavaliar a resistências de tijolos, blocos e concreto.

- Fluência: limite de resistência à deformação em temperaturaelevadas.- Fadiga: limite de resistência à fratura de materiais submetidos acarregamentos cíclicos.

1.2.1. Principais Propriedades Mecânicas


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1.2.2. Propriedades Térmicas:

- Capacidade térmica: ela representa a quantidade de energianecessária para aumentar a temperatura.

C = dQ dQ- variação de calor (energia)dT dT- variação de temperatura

As unidades de energia são calorias(cal) ou Joule(J)


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- Dilatação ou expansão Térmica: representa a variação

dimensional de um material, quando este é submetido a um

resfriamento ou aquecimento.

= L

Li . T

- coeficiente de dilatação- ° C -1

Li - Comprimento inicial – m, cm, mmLf - Comprimento final – m, cm, mm

T - (Tf – Ti)- Variação de temperatura ° C

L - (Lf-Li)- Variação de comprimento - m, cm, mm


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- Condutividade Térmica: É o fenômeno pelo qual calor é

transportado das regiões de maior temperatura para as regiões de

menor temperatura.

A propriedade que caracteriza a habilidade de um material transferir

calor é a condutividade térmica (k).

q = - k. dTdx W – J joule

q – fluxo de calor (J/m2 ou W/M2) s segundo

k – condutividade térmica (W/m)

dt/dx- gradiente de temperatura no meio condutor


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-Difusividade térmica (h)

Capacidade do material em

difundir energia térmica(calor)

h= KCp.

K- condutividade térmica

- densidade

Cp- capacidade térmicah- Difusividade térmica

Choque térmico

IRCT = h . S.E

h- Difusividade térmica

S- limite de resistência

- dilatação térmica

E- Modulo de elasticidade

IRCT- Índice de resistência ao

choque térmico


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1.2.3. Propriedades Elétricas:

Condutividade elétrica ( ): indica a facilidade com que um

material conduz corrente elétrica, é o inverso da resistividade

( ). A unidade da condutividade é ( m ) -1 .= 1

Rigidez dielétrica: indica em que grau o material é isolante,

ela é uma medida da tensão máxima que um material pode

suportar antes de perder suas características de isolante.


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1.2.3. Propriedades Elétricas:

Termoeletricidade: é a propriedade que apresenta um

material em gerar uma corrente elétrica quando submetido a

gradientes de temperaturas. A tensão produzida depende dotipo de material e da diferença de temperatura.

Ex: termopar

Piezeletricidade: indica a capacidade de um material

produzir uma polarização (energia elétrica) quando aplicamos

uma força.

Ex: sensor de nível, agulha de toca discos


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Estabilidade térmica e química

[ B

a r s o u m ,

1 9 9 7 ]

Suscetível a corrosão, oxidaçãoMetal

Resistente a corrosão,oxidação, altas temperaturasCerâmica

Degrada com solventes, altastemperaturasPolímero

CaracterísticaMaterial


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Condutividade elétrica e térmica

[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]

10-8 a 10-7Metal

10-6 a 1018Cerâmica108 a 1017Polímero

Resistividade elétrica (ohm-m)Material

10 a 400Metal

1 a 500Cerâmica

0,01 a 0,5Polímero

Condutividade térmica (W/m-K)Material


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Módulos de elasticidadeDureza-força de ligação atômica

30 a 400Metal

60 a 500Cerâmica

0,002 a 5Polímero

Módulo de elasticidade (GPa)Material

[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]


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Resistência mecânica

100 a 1700Metal

100 a 1000Cerâmica

1 a 70Polímero

Resistência sob tensão (MPa)Material

[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]


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Deformação % -Ductibilidade

1 a 60Metal

-Cerâmica

1 a 1400Polímero

Deformação (%)Material

[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]


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Tenacidade à fratura

20 a 90Metal

0,5 a 6Cerâmica

0,5 a 6Polímero

Tenacidade a fratura (MPa-m-1/2)Material

[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]


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Coeficiente de dilatação térmica

8 a 30Metal

0,5 a 13Cerâmica

27 a 300Polímero

Coeficiente de dilatação(x10-6 °C-1)

Material

[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]


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Densidade

1,74 a 19,8Metal

1,5- 4,5Cerâmica

0,9 a 2,7Polímero

Densidade(g/cm3)Material

[ C a l l i s t e r , 1 9 9 7 ]

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