ciÊncia e eng de materiais plano de ensino objetivo: 1. 1.identificar e diferenciar o grupo de...

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISPLANO DE ENSINO

OBJETIVO:

1. Identificar e diferenciar o grupo de materiais mais comumente aplicados na indústria em geral;

2. Interpretar as propriedades dos materiais;

3. Analisar e elaborar especificações técnicas para uma finalidade específica da engenharia.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS

1. IMPORTÂNCIA DO CONHECIMENTO DE MATERIAIS

1 Perspectiva histórica;

2 Por que estudar Ciência e Engenharia de Materiais;

3 Classificação dos materiais;

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS2. ESTRUTURA CRISTALINA DOS MATERIAIS

1. Conceitos fundamentais;2. Células unitárias;3. Estruturas cristalinas dos metais;4. Sistemas cristalinos;5. Coordenadas dos pontos;6. Direções cristalográficas;7. Planos cristalográficas;8. Densidade linear e planar.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS

3. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS

1. Conceito de tensão e deformação;2. Comportamento elástico e o diagrama Tensão X

Deformação;3. Deformação plástica;4. Ensaios mecânicos;5. Dureza.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS4. DIAGRAMA DE FASES

1. 1. Definições e conceitos básicos;2. Diagramas de fases em condições de equilíbrio;3. Diagrama de equilíbrio de ligas não ferrosas;4. Sistema ferro-carbono.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS5. TRANSFORMAÇÃO DE FASES NOS METAIS

6. 1. Definições e conceitos básicos;2. Diagramas de transformações isotérmicas;3. Diagramas de transformações por resfriamento contínuo;4. Comportamento mecânico de ligas Ferro-Carbono;

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS6. TRATAMENTOS TÉRMICOS

1. Definições e conceitos básicos;2. Recozimento;3. Normalização;4. Têmpera;5. Revenimento;

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS7. TRATAMENTO TERMOQUÍMICO

1. Cementação;2. Nitretação;

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS8. CORROSÃO DOS MATERIAIS

1. Conceitos de corrosão;2. Fundamentos da fratura;3. Fadiga;4. Fluência.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS9. MATERIAIS METÁLICOS NÃO FERROSOS

1. Cobre e suas ligas;2. Alumínio e suas ligas;3. Níquel e suas ligas.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS10. MATERIAIS POLIMÉRICOS, CERÂMICOS E

COMPÓSITOS

1. Definições e conceitos básicos;2. Propriedades;3. Materiais termoplásticos;4. Materiais termoresistentes;5. Aplicações industriais.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISBIBLIOGRAFIA BÁSICA:

1. CALLISTER, Jr. William, Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução – LTC, 2008, 7ªEd.

2. SHACKELFORD, James F. Introdução à Ciências dos Materiais para engenheiros, Editora Pearson, 2008, 6ªEdição.

3. ASKELAND, Donald R, Ciência e engenharia dos materiais, Cengage Learning, 2008.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISBIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR:

1. CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica. Volumes. I/II/III,Ed. ABM, São Paulo.

2. COLPAERT, Humbertus, Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns, 4ed. Ed. Edgard Blucher Ltda, São Paulo

3. VAN VLACK, L. H. Princípios de Ciências dos Materiais. Ed. Edgard Blucher Ltda, São Paulo, 1992

4. TELLES, Pedro Carlos Silva, Materiais para Equipamentos de Processo, Ed Edgard Blucher, SP

5. 6. PADILHA, Angelo Fernando, Materiais de Engenharia, Propriedades e

Microestrutura.Editora Hemus.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS1.1 Perspectiva histórica

Historicamente, o desenvolvimento e o avanço das sociedades estiveram intimamente ligados às habilidades dos seus membros em produzir e manipular materiais para satisfazer as suas necessidades.

Os primeiros seres humanos tiveram acesso a apenas um número bem limitado de materiais, aqueles encontrados na natureza: pedra, madeira, argila, peles, e assim por diante.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISCom o tempo, eles descobriram técnicas para a produção

de materiais que tinham propriedades superiores àquelas dos materiais naturais, incluídos aí as cerâmicas e vários metais.

Além disso, foi descoberto que as propriedades de um material podiam ser alteradas através de tratamentos térmicos e pela adição de outras substâncias.

Em tempo recente, os cientistas compreenderam as relações entre os elementos estruturais e suas propriedades, e com esse conhecimento, adquiriram as condições para moldar, em grande parte, as características dos materiais.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISO desenvolvimento de muitas das tecnologias que

tornam a nossa existência tão confortável está intimamente associado ao acesso a materiais adequados.

Por exemplo, os automóveis não teriam sido possíveis se não existisse uma disponibilidade a baixo custo de aço ou de algum outro material substituto comparável.

Em nossos tempos atuais, dispositivos eletrônicos sofisticados dependem de componentes fabricados a partir dos chamados materiais semicondutores.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS1.2 Por que estudar engenharia dos materiais?

Muitos cientistas experimentais ou engenheiros, sejam eles mecânicos, civis, químicos ou elétricos, irão uma vez ou outra se deparar com um problema de projeto envolvendo materiais.

Os exemplos são muitos, tais como, engrenagem de transmissão, a superestrutura para um edifício, um componente de uma refinaria de petróleo ou um chip de circuito integrado.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISNa maioria das vezes, um problema de materiais consiste

na seleção do material correto dentre muitos milhares de materiais disponíveis.

A escolha deve seguir alguns critérios. Em primeiro lugar, as condições de serviço devem ser caracterizadas, uma vez que essas irão ditar as propriedades que o material deverá possuir. É muito raro o material possuir a combinação máxima ou ideal de propriedades.

Muitas vezes é necessário abrir mão de uma característica por outra. Por exemplo, resistência e ductilidade (medida da habilidade de um material em ser submetido a uma deformação plástica apreciável antes de fraturar), um material com alta resistência terá uma ductilidade limitada.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISUm segundo critério de seleção é qualquer deterioração

das propriedades dos materiais que possa ocorrer durante a operação.

Por exemplo, reduções significativas na resistência mecânica podem resultar da exposição a temperaturas elevadas ou a ambientes corrosivos.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISUm terceiro e definitivo critério está relacionado a

aspectos econômicos.

Quanto irá custar o produto final acabado?

Quanto mais familiarizado estiver um engenheiro com as várias características e relações estrutura-propriedade, assim como com as técnicas de processamento dos materiais, mais capacitado e confiante ele estará para fazer escolhas ponderadas de materiais com base nesses critérios.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAIS1.3 Classificação dos materiais

Os materiais sólidos foram agrupados em três classificações básicas, baseado na composição química e estrutura atômica:

1. Metais

2. Cerâmicas

3. Polímeros

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISAdicionalmente, existem os compósitos, que consistem

em combinações de duas ou mais das três classes básicas de materiais aqui citadas.

Uma outra classificação é a dos materiais avançados, aqueles que são usados em aplicações de alta tecnologia, como por exemplo, os semicondutores, os biomateriais, os materiais inteligentes e os materiais nanoengenheirados.

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISMETAIS

São compostos por um ou mais elementos metálicos (Fe, Al, Cu, Ti, Au e Ni) e com frequência, também elementos não metálicos (C, Ni e O) em quantidades relativamente pequenas.

Seus átomos estão arranjados de uma maneira muito ordenada e, em comparação às cerâmicas são relativamente densos.


Callister, J. W. D., Ciência e engenharia de materiais: uma introdução, LTC, 7ª Ed, 2008


Em relação às características mecânicas, esses materiais são relativamente rígidos.



São resistentes e ainda assim são dúcteis.



São resistentes à fratura.



São extremamente bons condutores de eletricidade e de calor, e não são transparentes à luz visível. Alguns metais (Fe, Co e Ni) possuem propriedades magnéticas desejáveis.



Objetos familiares fabricados a partir de metais e ligas metálicas: talheres de prata, tesoura, moedas, uma engrenagem, um anel de noivado e uma porca e parafuso.


CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISCERÂMICAS

São compostos formados entre elementos metálicos e não-metálicos, na maioria das vezes, elas consistem em óxidos, nitretos e carbetos.

Por exemplo, alguns dos materiais cerâmicos comuns incluem o óxido de alumínio (Al2O3), o dióxido de silício (SiO2), o carbeto de silício (SiC), o nitreto de silício (Si3N4) e ainda, as cerâmicas tradicionais, compostas mor minerais argilosos (porcelana), que são o cimento e o vidro.


Em relação ao comportamento mecânico, os materiais cerâmicos são relativamente rígidos e resistentes (comparáveis aos metais).

Adicionalmente, as cerâmicas são tipicamente duras.

São extremamente frágeis (ausência de ductilidade) e altamente suscetíveis à fratura.


São tipicamente isolantes à passagem de calor e eletricidade.

São mais resistentes a altas temperaturas e ambientes severos que os metais e os polímeros.

Podem ser transparentes, translúcidas ou opacas.

Algumas cerâmicas, à base de óxidos (Fe3O4) exibem comportamento magnético.


Objetos comuns produzidos a partir de materiais cerâmicos: tesoura, xícara de chá de porcelana, tijolo de construção, azulejo de piso e um vaso de vidro.


CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISPOLÍMEROS

Incluem os familiares materiais plásticos e de borracha.

Possuem estruturas moleculares muito grandes, com frequência na forma de cadeias que possuem átomos de carbono como a sua espinha dorsal.

Alguns polímeros comuns e familiares são o polietileno (PE), o nylon, o cloreto de polivinila (PVC), o policarbonato (PC), o poliestireno (OS) e a borracha de silicone.


Possuem baixas densidades, e suas características mecânicas são, em geral, diferentes daquelas exibidas pelos metais e cerâmicas, não são tão rígidos nem tão resistentes.

Devido suas densidades reduzidas, muitas vezes a sua rigidez e resistência em relação à sua massa são comparáveis às dos metais e das cerâmicas.


São extremamente dúcteis e flexíveis, isto é, podem ser facilmente conformados em formas complexas.

São relativamente inertes quimicamente e não reativos em diversos ambientes. Possuem, baixas condutividades.

Tem como grande desvantagem a sua tendência em amolecer e/ou se decompor em temperaturas modestas, o que em algumas situações, limita seu uso.


Vários objetos comuns feitos a partir de materiais poliméricos: talheres plásticos, bola de bilhar, um capacete de bicicleta, dois dados, uma roda de cortador de grama (cubo de plástico e pneu de borracha) e um vasilhame plástico para leite.


CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISCOMPÓSITOS

É composto por dois ou mais materiais individuais, sejam metais, cerâmicas ou polímeros.

O objetivo de um compósito consiste em se atingir uma combinação de propriedades que não é exibida por qualquer material isolado e, também, incorporar as melhores características de cada um dos materiais componentes.

Alguns materiais de ocorrência natural são considerados materiais compósitos, como por exemplo, a madeira e o osso.


Um dos materiais compósitos mais comuns e familiares é o que usa fibra de vidro, onde pequenas fibras de vidro são embutidas no interior de um material polimérico (normalmente um epóxi ou um poliéster).

As fibras de vidro são relativamente resistentes e rígidas (mas também são frágeis), enquanto o polímero é dúctil (mas também fraco e flexível). Dessa forma o compósito com fibra de vidro resultante é relativamente rígido, resistente, flexível e dúctil. Além disso possui baixa densidade.


Um outro material compósito é o polímero reforçado com fibras de carbono (PRFC), que consiste em fibras de carbono embutidas no interior de um polímero.

Esses materiais são mais rígidos e mais resistentes que os materiais reforçados com fibras de vidro, não entanto são mais caros.

Esses materiais são usados em algumas aeronaves e em aplicações aeroespaciais, assim como em equipamentos esportivos de alta tecnologia (bicicletas, tacos de golfe, raquete de tênis, esquis e pranchas de snowboard).

CIÊNCIA E ENG DE MATERIAISMATERIAIS AVANÇADOS

São utilizados em aplicações de alta tecnologia.

Por pertencer a todos os tipos de materiais (metais, cerâmicos, polímeros) e são, em geral, de alto custo.

Incluem os semicondutores, os biomateriais e os materiais dos futuro (materiais inteligentes e materiais nanoengenheirados).


SEMICONDUTORES

Possuem propriedade elétricas que são intermediárias entre aquelas dos condutores elétricos (tais como os metais e as ligas metálicas) e isolantes (tais como as cerâmicas e os polímeros).

Tornaram possível o advento dos circuitos integrados, os quais revolucionaram as indústrias de produtos eletrônicos e de computadores.


BIOMATERIAIS

São empregados em componentes implantados no corpo humano para a substituição de partes do corpo doentes ou danificadas.

Não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com os tecidos do corpo (isto é, não devem causar reações alérgicas).


MATERIAIS DO FUTURO

Materiais inteligentes

São capazes de sentir mudanças nos seus ambiente, assim, responder a essas mudanças de maneiras predeterminadas, como também ocorre com os organismos vivos.

Incluem algum tipo de sensor (que detecta um sinal de entrada) e um atuador (que executa uma função de resposta).


MATERIAIS DO FUTURO

Materiais inteligentes

Por exemplo, um tipo de sistema inteligente é usado em helicópteros para reduzir na cabina o ruído aerodinâmico criado pela rotação das lâminas do rotor. Sensores piezoelétricos inseridos no interior das lâminas monitoram as tensões e as deformações na lâmina; os sinais de retorno desses sensores são alimentados a um dispositivo adaptador controlado por computador, que gera um anti-ruído que cancela o ruído produzido pelas lâminas.


MATERIAIS DO FUTURO

Materiais nanoengenheirados

Até pouco tempo, o procedimento geral utilizado pelos cientistas para compreender a química e a física dos materiais consistia em iniciar o estudo a partir de estruturas grandes e complexas, e então, investigar os blocos construtivos fundamentais dessas estruturas.


MATERIAIS DO FUTURO


Com o advento dos microscópios de varredura por sonda que permitem a observação de átomos e moléculas individuais, ficou possível manipular e mover átomos e moléculas para formar novas estruturas e, dessa forma, projetar novos materiais que são fabricados a partir de constituintes simples em nível atômico.


MATERIAIS DO FUTURO


O estudo das propriedades desses materiais é conhecido como nanotecnologia.

Um exemplo de um material desse tipo é o nanotubo de carbono.

ciÊncia e eng de materiais plano de ensino objetivo: 1. 1.identificar e diferenciar o grupo de...

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