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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

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Apresentação em tema: "PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS"— Transcrição da apresentação:

1 PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
REVISÃO DAS AULAS 1 A 5 Professor: Iran Aragão

2 OBJETIVO DA AULA Fazer uma breve revisão do conteúdo das aulas 1 a 5.

3 CLASSIFICAÇÃO Os materiais sólidos são freqüentemente classificados em três grandes grupos principais: Materiais metálicos: Materiais cerâmicos: Materiais poliméricos ou plásticos:

4 METAIS » Possuem elétrons livres;
» Bons condutores de eletricidade e calor; » Não transparentes; » Muito resistentes; » Facilmente deformáveis e pesados.

5 CERÂMICAS » Composições de elementos metálicos e não metálicos;
» Normalmente isolantes; » Duros e frágeis (quebradiços); » Resistente a altas temperaturas (refratários);

6 POLÍMEROS » Compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não metálicos; » Baixa condutividade elétrica; » Tipicamente tem baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis

7 LIGAÇÕES QUÍMICAS Representam a união entre os átomos de um mesmo elemento ou de elementos diferentes. Dependendo dos átomos que se unem, as ligações podem ser iônicas, covalentes, metálicas.

8 Ligação iônica Resulta da atração entre cátions e ânions.
Todas as substâncias iônicas são sólidas. Apresentam-se na forma de cristais.

9 ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS Covalente
Elétrons sendo compartilhados com átomos adjacentes; Esse tipo de ligação é comum em compostos orgânicos, por exemplo em materiais poliméricos e diamante.

10 AS 14 REDES DE BRAVAIS Dos 7 sistemas cristalinos podemos identificar 14 tipos diferentes de células unitárias, conhecidas com redes de Bravais.

11 REDES BRAVAIS As redes cristalinas mais importantes: Cúbica:
- Cúbica de corpo centrado (CCC); - Cúbida de face centrada (CFC). Hexagonal: - Hexagonal compacta (HC).

12 REDE CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC)
NC: Número de Coordenação, que corresponde ao número de átomos vizinhos mais próximos.

13 REDE CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC)
Fator de empacotamento atômico (APF= atomic packing factor)

14 REDE CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC)
a=4R

15 REDE CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC)
a=4R

16 REDE HEXAGONAL COMPACTA (HC)

17 REDE HEXAGONAL COMPACTA (HC)

18 ALOTROPIA DO FERRO PURO
A temperaturas abaixo de 912° o Fe apresenta-se na forma alotrópica  (CCC); Acima de 912° até 1394°  (CFC); Acima de 1394° até 1538°  (CCC). A alotropia do Fe é importante porque a forma alotrópica pode dissolver o Carbono (C) até 2%, o que tem grande significado no tratamento térmico dos aços.

19 DEFORMAÇÃO Tipos de deformações:
Elásticas: os átomos se afastam das posições originais sem ocuparem novas posições. O material retorna às suas dimensões originais, quando é cessada o motivo da deformação. Plásticas: ao retirarmos o esforço, o material não retorna às suas dimensões originais. Suas dimensões originais ficam alteradas após cessar o esforço externo.

20 ELASTICIDADE Tensão e deformação são suficientemente pequenas.
A constante de proporcionalidade entre tensão e deformação denomina-se LEI DE HOOKE. S.I: Newton/metro (N/m)

21  (MPa) f  Curva Tensão () x Deformação () LR LE
Região elástica  (MPa) f LR LE plástica Deformação plástica uniforme não uniforme Deformação plástica total  = E LR = Tensão limite de resistência (TS - tensile strength) LE = Tensão limite de escoamento (YS - yield strength) E = Módulo de elasticidade

22 Diagrama Tensão - Deformação: Materiais Dúcteis
Quando uma grande deformação plástica ocorre entre o limite de elasticidade e o ponto de fratura, dizemos que esse material é DUCTIL.

23 EXERCÍCIO Calcule a deformação elástica que acontece em um tirante que está submetido a uma força de tração de N. O tirante tem seção circular constante cujo diâmetro vale 5 mm, seu comprimento é 0,4 m e seu material tem módulo de elasticidade valendo 2,1 x 105 N / mm2. Δl = F . l / E . A F = ; E = 2,1 x 105 N/mm2 ; l = 400mm A =  d2/4 = 3,14 x 52/4 = 19,625 mm2 l= (10000 x 400) /( x 19,625) Resposta: l= 0,97 mm

24 EXERCÍCIO Uma peça de cobre de 400 mm é tracionada com uma tensão de 220 MPa. Se a deformação é considerada totalmente elástica, qual será o alongamento da peça?  = E .  = E.L/L0  L = L0/E E é obtido de uma tabela: ECu = 11.0 x 104 MPa Assim: L = /11.0 x 104 = mm

25 DIAGRAMA FASES Diagrama de fases da água (1 atm = 760 torr)

26 DIAGRAMA FASES Diagrama de equilíbrio para o cobre (puro), indicando as condições – pressão e temperatura, onde este metal se encontra na fase sólida, líquida ou vapor (1 N/m2 = 9,868×10-6 atm; Ponto de fusão aprox 1085°C)

27 DIAGRAMA FASES

28 SOLUBILIDADE O limite de solubilidade corresponde a concentração máxima que se pode atingir de um soluto dentro de um solvente. O limite de solubilidade depende da temperatura. Em geral, tendem a crescer juntos.

29 SISTEMAS BINÁRIOS (características)

30 SISTEMAS BINÁRIOS (ISOMORFO) Diagrama Cobre-Níquel
Os dois componentes formam uma única solução sólida em qualquer composição. Ou seja, há solubilidade total em qualquer proporção de soluto.

31 SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO)
Reação Eutética  transformação imediata de fase líquida em fase sólida. Nos sistemas eutéticos ocorre a reação, onde , durante a fusão, um líquido se transforma em dois sólidos e vice versa. Reação eutética: L  (sólido 1 + sólido 2)

32 SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO)

33 SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO)

34 SISTEMAS BINÁRIOS (EUTETÓIDE)
Reação Eutetóide: sólido 1         (sólido 2 + sólido 3)

35 CONCEITOS DE GRÃOS Encruamento do grão:
Forjamento: Processo de transformação de metais por prensagem ou martelamento. Laminação: Processo de deformação plástica no qual o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos em rotação. É o de maior uso em função de sua alta produtividade e precisão dimensional.

36 ENCRUAMENTO DO GRÃO

37 ENCRUAMENTO DO GRÃO Aumento do grau de encruamento:
aumento limite de resistência; diminuição da dutilidade do material, ficando mais frágil e resistindo menos a esforços de impacto

38 DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO - FE – C

39 Diagrama de equilíbrio - Fe – C
Temperatura Formas do Ferro Tamb – 912ºC Ferrita (α – Fe, CCC) 912ºC – 1394ºC Austenita ( – Fe, CFC) 1294ºC – 1538ºC Delta Ferrita (δ – Fe, CCC)

40 Diagrama de equilíbrio - Fe – C
Solubilidade do C no Fe Na fase α  Máximo de 0.022% Na fase   Máximo de 2.11 %

41 DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO - FE – C
Cementita – Fe3C Composto estável que se forma nas fases α e  quando a solubilidade máxima é excedida, até 6.7 wt%C. É dura e quebradiça. A resistência de aços é aumentada pela sua presença.

42 CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
wt% C – Ferro Puro wt% C – Aços (na prática <1.0 wt%) wt% C – Ferros fundidos (na prática <4.5wt%)

43 CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
Concentração Eutetóide: A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide, toda a fase  se transforma em perlita (ferrita + Fe3C) de acordo com a reação eutetóide. Estas duas fases tem concentração de carbono muito diferentes. Esta reação é rápida. Não há tempo para haver grande difusão de carbono (0,77wt% C).

44 CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
Concentração Hipo-Eutetóide: Inicialmente, temos apenas a fase . Em seguida começa a surgir a fase α nas fronteiras de grão da fase . A uma temperatura imediatamente acima da eutética a fase α já cresceu, ocupando completamente as fronteiras da fase . A concentração da fase α é 0.22 wt%C. A concentração da fase  é 0.77 wt%C, eutetóide.

45 CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
Concentração Hipo-Eutetóide: A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase  se transforma em perlita (ferrita eutetóide + Fe3C). A fase α, que não muda, é denominada ferrita pro-eutetóide.

46 CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
Concentração Hiper-Eutetóide: Em seguida a fase  começa a surgir a fase Fe3C, nas fronteiras de grão da fase . A Concentração da Fe3C é constante igual a 6.7 wt%C. A concentração da austenita cai com a temperatura seguindo a linha que separa o campo  + Fe3C do campo . A uma temperatura imediatamente acima da eutetóide a concentração da fase  é 0.77 wt%C, eutetóide.

47 CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS
Concentração Hiper-Eutetóide: A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase  se transforma em perlita. A fase Fe3C, que não muda, é denominada cementita pro-eutetóide.

48 EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: a) Qual a temperatura de fusão do Pb e do Sn? b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus: c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %. d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga (70%Pb e 30%Sn) na temperatura de 200º. e) Identifique as Linhas Solvus. f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique.

49 estanho puro 232o C e chumbo puro 320o C
EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: Qual a temperatura de fusão do Pb e do Sn? estanho puro 232o C e chumbo puro 320o C b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus: c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %. d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga (70%Pb e 30%Sn) na temperatura de 200º. e) Identifique as Linhas Solvus. f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique.

50 EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus:

51 liga eutética com 63% Sn e 37% de Pb
EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus: c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %. liga eutética com 63% Sn e 37% de Pb

52 EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga (70%Pb e 30%Sn) na temperatura de 200º. 17% – 30 % – 50 % R = 30 – 17 = 13 S = 50 – 30 = 20 L = 20/33 = 0,6061 = 0,3939 α α

53 EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: e) Identifique as Linhas Solvus.

54 EXERCÍCIO f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique. Especificar a liga eutética com 63% Sn e 37% de Pb, que uma liga com essa composição se comporta como uma substância pura, com um ponto definido de fusão, no caso 183o C. Esta é uma temperatura inferior a temperatura de fusão dos metais que compõem esta liga (estanho puro 232o C e chumbo puro 320o C), o que justifica sua ampla utilização na soldagem de componentes eletrônicos, onde o excesso de aquecimento deve sempre ser evitado.

55 EXERCÍCIO f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique.

56 Bom Estudo! Até a próxima aula!


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