Introdu

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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_at_ifsc.edu.br
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Objetivos da unidade curricular

1. Proporcionar ao aluno uma idéia inicial da
   importância dos materiais para o desenvolvimento
   da Ciência e Tecnologia

1. Introduzir uma série de conceitos básicos
   relacionados à estrutura, propriedades e
   aplicação dos Materiais

1. Conhecer os principais Materiais, suas
   propriedades e aplicações visando a especificação
   de materiais

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Introdução a tecnologia dos materiais
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

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O que é um material?
5
O que é um material?
Um material nada mais é que um amontoado de
átomos
Requisitos básicos para ser um material
Exemplo de um material
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Átomos
Fe
O
H
Ag
Ni
S
V
Al
Mo
K
Si
P
Ca
Au
C
São os ingredientes dos materiais
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Átomos - Classificação

• Metais
• Semi-metais
• Não metais
• Gases nobres

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Como os átomos se unem?
Ligação química
Força de atração interatômica que faz com que os
átomos permaneçam unidos
Sem ligação
Átomos unidos pela força de ligação
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Como os átomos se unem?
Ligação química
Ligação Forte
Ligação Fraca

• Van der Walls (lt40 kJ/mol)
• Pontes de H

• Ligação Iônica (340-800 kJ/mol)
• Ligação Covalente (270-610 kJ/mol)
• Ligação Metálica (20-240 kJ/mol)

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Evolução do uso dos materiais
Pele de animais e madeira
gt10.000 a.C.
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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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Evolução do uso dos materiais
Aço
Alumínio
Titânio
Séc XIX
1.000 a.C.
Séc XIX
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Evolução do uso dos materiais
Cerâmicas de Engenharia
Nanotecnologia
Super ligas de Ni
Séc XX
Séc XX
Séc XXI
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Disponibilidade dos materiais
Fonte PADILHA, F. Materiais de Engenharia
Microestrutura e propriedades, Hemmus Curitiba
(2000)
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Introdução a tecnologia dos materiais
Disponibilidade dos materiais
Elementos químicos presentes na crosta terrestre
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Introdução a tecnologia dos materiais
Tradicionalmente os materiais podem ser
classificados em 4 grupos básicos
Fibra de vidro
Brocas de Widia
Embalagem Tetra Pak
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Classificação Átomos x Materiais
Átomos
Materiais

• Metálicos
• Cerâmicos
• Poliméricos
• Compósitos

• Metais
• Não Metais
• Semi-metais
• Gases nobres

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Materiais Metálicos
Características Gerais

• 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

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Materiais Metálicos
Tipos
Exemplos

• Aço, Ferro fundido
• Alumínio, Titânio, Berílio
• Chumbo, Estanho, Zinco
• Ouro, Prata, Platina
• Tungstênio, Molibdênio
• Cobre, Latão, Bronze, Níquel

• Metais Ferrosos
• Metais leves
• Metais de baixo ponto de fusão
• Metais nobres
• Metais refratários
• Metais resistêntes à corrosão

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Materiais Cerâmicos
Características Gerais

• 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

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Materiais Cerâmicos
Tipos
Exemplos

• Tijolo, azulejo, porcelana, vidro
• Diamante, óxido de zircônio, óxido de alumínio,
  Carboneto de silício
• DLC, Nitretos de ferro, boretos de ferro etc..

• Cerâmica Tradicional
• Cerâmica Avançada
• Revestimento Cerâmico

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Materiais Poliméricos
Características Gerais

• 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

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Materiais Poliméricos
Tipos
Exemplos

• Latex, pele, DNA, glicose, celulose, madeira,
  unha, chifre, cabelo
• Acrílico, isopor, PVC, Policarbonato, Náilon

• Naturais
• Sintéticos

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Materiais Compósitos
Características Gerais

• 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

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Materiais Compósitos
Tipos
Exemplos

• Folha de flandres, aços galvanizados
• Pneu, embalagem tetrapak, fibra de carbono, fibra
  de vidro, fio condutor de eletricidade com
  isolante

• Mesma classe
• Classes distintas

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Introdução a tecnologia dos materiais
Arranjos Atômicos
Estruturas Cristalinas
Estruturas Amorfas
Estruturas Moleculares
C
Metano (CH4)
Diamante (C)
Diamante (C)
Água (H20)
Grafita (C)
Vidros (SiO2, C...)
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Introdução a tecnologia dos materiais
Estrutura cristalina do Ferro
Polimorfismo do Ferro
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Introdução a tecnologia dos materiais
Estrutura cristalina do Ferro
Ferro alfa/delta (Fe-? e Fe-?) 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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Introdução a tecnologia dos materiais
Estrutura cristalina do Ferro
Ferro gama (Fe-?) 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
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Introdução a tecnologia dos materiais
Estrutura cristalina do Ferro - Nomenclatura
Ferro alfa ou delta Fe - ? ou Fe - ? Ferro
(CCC) FERRITA
Ferro gama Fe - ? Ferro (CFC) AUSTENITA
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Introdução a tecnologia dos materiais
Defeitos da rede cristalina
Vazios
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Introdução a tecnologia dos materiais
Defeitos da rede cristalina
Átomo intersticial
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Introdução a tecnologia dos materiais
Estrutura real do ferro
Defeitos da rede cristalina
Discordâncias
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Introdução a tecnologia dos materiais
Defeitos da rede cristalina
Contornos de grão
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Introdução a tecnologia dos materiais
Há dois tipos de soluções sólidas
solvente
soluto

• Solução sólida substitucional ? os átomos dos
  elementos
• químicos minoritários (do
• elemento de liga) ocupam
• posições regulares da rede
• cristalina do elemento

• b) Solução sólida intersticial
• os elementos em solução
• ocupam os interstícios da
• rede cristalina do elemento
• majoritário

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Introdução a tecnologia dos materiais
Distorções causadas por soluções sólidas
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Introdução a tecnologia dos materiais
Propriedades mecânicas

1. Resistência Mecânica
2. Elasticidade
3. Ductilidade (Plasticidade)
4. Dureza
5. Tenacidade.

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Introdução a tecnologia dos materiais
Propriedades tecnológicas

1. Usinabilidade
2. Conformabilidade
3. Temperabilidade
4. Soldabilidade
5. Sinterabilidade