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Marcilio Cunha Engenharia de Materiais RAMO DA ENGENHARIA.

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Apresentação em tema: "Marcilio Cunha Engenharia de Materiais RAMO DA ENGENHARIA."— Transcrição da apresentação:

1 Marcilio Cunha Engenharia de Materiais RAMO DA ENGENHARIA

2 Ramo da engenharia em que os Ramo da engenharia em que os conhecimentos de fisica e quimica conhecimentos de fisica e quimica são, sobretudo, utilizados no são, sobretudo, utilizados no estudo, planeamento,produção,entre estudo, planeamento,produção,entre outros, de materiais outros, de materiais (tradicionais ou avançados) (tradicionais ou avançados) para as mais diversas aplicações. para as mais diversas aplicações. ENGENHARIA DE MATERIAIS

3 CABE AO ENGENHEIRO Estudar a estrutura, as propriedades, as aplicações, o processamento e o desempenho de materiais novos ou já existentes, nas áreas de metais, polímeros, cerâmicos ou composótipos. MARCILIO CUNHA ENGENHARIA DE MATERIAIS

4 É necessário o conhecimento das relações entre É necessário o conhecimento das relações entre propriedades e aplicação, para os quais são exigidos propriedades e aplicação, para os quais são exigidos conhecimentos básicos nas áreas de conhecimentos básicos nas áreas de Física e Química do Estado Sólido,Química Inorgânica, Química Orgânica, Física e Química de Polímeros, Química Orgânica, Física e Química de Polímeros, Metalurgia Física, Cerâmica Física, Química Analítica, Controle da Qualidade, Gestão Ambiental. Controle da Qualidade, Gestão Ambiental. MARCILIO CUNHA ENGENHARIA DE MATERIAIS

5 Com a globalização da economia, Com a globalização da economia, os mercados estão mais competitivos. os mercados estão mais competitivos. MARCILIO CUNHA ENGENHARIA DE MATERIAIS

6 Qualidade é essencial. MARCILIO CUNHA ENGENHARIA DE MATERIAIS

7 Os materiais estão presentes em tudo que se faz para atender aos interesses e às necessidades humanas. MARCILIO CUNHA ENGENHARIA DE MATERIAIS

8 MATERIAISMATERIAIS Materiais são substâncias com propriedades que as tornam úteis na construção de máquinas, estruturas, dispositivos e produtos. Morris Cohen – Massachusetts Institute of Technology - MTI

9 MATERIAIS Em outras palavras, os materiais do Em outras palavras, os materiais do universo que o homem utiliza para universo que o homem utiliza para ¨fazer as coisas¨. ¨fazer as coisas¨. MARCILIO CUNHA

10 MATERIAIS SÓLIDOS São freqüentemente classificados em três grupos principais: MATERIAIS METÁLICOS. MATERIAIS CERÂMICOS. MATERIAIS POLÍMEROS OU PLÁSTICOS MARCILIO CUNHA

11 Metais – Cerâmicas – Polímeros Esse esquema está baseado principalmente na composição química e na estrutura atômica. A maioria dos materiais se enquadra dentro de um ou de outro grupo distinto.

12 Um item familiar fabricado a partir de três tipos de materiais diferentes é o vasilhame de bebidas. As bebidas são comercializadas em latas de alumínio (metal).

13 Em garrafas de vidro (cerâmica)

14 Em garrafas plásticas (polímeros)

15 MATERIAIS SÓLIDOS Esta classificação é baseada # NA ESTRUTURA ATÔMICA. # NAS LIGAÇÕES QUÍMICAS PREDOMINANTES EM CADA GRUPO. EM CADA GRUPO. MARCILIO CUNHA

16 MATERIAIS SÓLIDOS Um quarto grupo Foi incorporado nesta classificação nas últimas décadas. É o grupo dos materiais compósitos. MARCILIO CUNHA

17 São normalmente combinações de elementos metálicos. Eles apresentam um grande número de elétrons livres, isto é, elétrons que não estão presos a um único átomo. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

18 Por exemplo # os metais são excelentes condutores de eletricidade e calor. de eletricidade e calor. # não são transparentes a luz. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

19 Eles são resistentes mas deformáveis. Por isto são muito utilizados em aplicações estruturais. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

20 MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS Entre os quatro grupos de materiais, os materiais metálicos, e em particular os aços, ocupam um lugar de destaque devido à sua extensiva utilização.

21 Cerca de 70 dos 92 elementos da tabela periódica encontrados na natureza tem caráter metálico preponderante. caráter metálico preponderante. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

22 Os metais mais tradicionais,tais como: COBRE, OURO e FERRO COBRE, OURO e FERRO são os mais conhecidos e utilizados há alguns milênios. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

23 No período entre 5000 e 3000 a.C., ou seja, dois milênios após a introdução da agricultura,surgiu uma série de invenções importantes. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

24 O homem desenvolveu o forno de ¨Alta Temperatura¨ onde ele de ¨Alta Temperatura¨ onde ele aprendeu a fundir os metais e aprendeu a fundir os metais e a empregá-los para dominar os a empregá-los para dominar os animais. animais. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

25 Ele inventou o arado, a carroça, as embarcações, a vela e a escrita. MATERIAIS METÁLICOS

26 No início da era cristã o homem conhecia sete metais : COBRE, OURO, PRATA, CHUMBO, ESTANHO, FERRO E MERCÚRIO MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

27 Antes da década de 1860, o ferro maleável tinha sido sempre consolidado em temperaturas abaixo do seu ponto de fusão. ponto de fusão. MATERIAIS METÁLICOS

28 O ferro maleável consolidado em temperatura abaixo do seu ponto de fusão, levava inevitávelmente à heterogeneidade na distribuição do carbono e o aprisionamento da escória e outras inclusões. MATERIAIS METÁLICOS

29 Esta descoberta, feita por Henry Bessemer em 1856, Esta descoberta, feita por Henry Bessemer em 1856, permitiu a produção de aço em grande escala e permitiu a produção de aço em grande escala e inaugurou uma nova fase na história da humanidade: inaugurou uma nova fase na história da humanidade: A IDADE DO AÇO. A IDADE DO AÇO. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

30 SÉCULO XIX : Quase todos os desenvolvimentos se dirigiram para a produção mais eficiente dos materiais conhecidos há séculos. Até o século XIX praticamente nenhum uso dos materiais havia explorado algo além de suas qualidades mecânicas e ópticas ou sua resistência à corrosão. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

31 SÉCULO XIX

32 As únicas propriedades físicas amplamente medidas As únicas propriedades físicas amplamente medidas e relatadas quantitativamente na literatura científica eram ponto de fusão, densidade, dilatação térmica e calor específico. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

33 Somente para lembrar: Ponto de fusão designa a temperatura à qual uma substância passa do estado sólido ao estado líquido.

34 Somente para lembrar: Densidade absoluta é definida como a quantidade de massa em uma unidade de volume.

35 Somente para lembrar: Dilatação térmica é fenômeno pelo qual o corpo sofre uma variação nas suas dimensões quando varia a sua temperatura.

36 Somente para lembrar: Calor específico de uma substância ou sistema termodinâmico como a quantidade de calor que há que lhe fornecer para elevar sua temperatura em uma unidade Kelvin ou grau Celsius a partir de uma temperatura dada.

37 Somente para lembrar: Molécula é a mais pequena porção de cada substância que possui todas as suas propriedades e que contém dois ou mais átomos ligados entre si.

38 Somente para lembrar: Átomo que significa indivisível, é a menor partícula que caracteriza um elemento químico capaz de entrar em combinação capaz de entrar em combinação.

39 Somente para lembrar: Cada Átomo consiste em um núcleo muito pequeno composto por prótons e nêutrons, que se encontra envolvido por elétrons em movimento movimento.

40 Somente para lembrar: Próton é uma particula sub-atômica que faz parte do núcleo de todos os elementos. Convencionou-se que o próton tem carga elétrica positiva,com o mesmo valor que a do elétron.

41 Somente para lembrar: Nêutron uma das partículas ditas elementares, sem carga elétrica e de massa praticamente igual à do próton igual à do próton. É um dos constituintes dos núcleos atômicos.

42 Somente para lembrar: Elétron tipo de partícula elementar de eletricidade negativa que, junto com os prótons e os nêutrons, forma os átomos e as moléculas forma os átomos e as moléculas.

43 Somente para lembrar: Tanto os Elétrons como os Prótons possuem cargas elétricas,com magnitude da ordem de 1,60 x 10 C 1,60 x 10 C As cargas dos elétrons possuem sinal negativo. As cargas dos prótons possuem sinal positivo. Os nêutrons são elétricamente neutros. Observação: C significa capacitância - 19

44 Somente para lembrar: As massas dessas partículas subatômicas As massas dessas partículas subatômicas são infinitesimalmente pequenas são infinitesimalmente pequenas. Os prótons e nêutrons possuem aproximadamente a mesma massa de 1,67 x 10 kg 1,67 x 10 kg que é significativamente maior do que a massa de um elétron 9,11 x 10 kg. 9,11 x 10 kg

45 Somente para lembrar: Núcleo atômico porção do átomo onde se acham concentrados os seus elementos mássicos e toda sua carga positiva,sendo, presumívelmente, constituído de prótons e nêutrons.

46 Somente para lembrar: Número atômico para um elemento químico, constitui-se no número de prótons no interior do núcleo atômico.

47 Somente para lembrar: Para um átomo elétricamente neutro ou completo, o número atômico também é igual ao número de elétrons. elétrons. Esse número atômico varia em unidades inteiras entre 1, para o hidrogênio, e 92 para o urânio. O urânio é o elemento com o maior número O urânio é o elemento com o maior número atômico dentre os elementos que ocorrem atômico dentre os elementos que ocorrem naturalmente. naturalmente.

48 Somente para lembrar: A massa atômica de um átomo específico pode ser expressa como sendo a soma das massas dos prótons e dos nêutrons no interior do seu núcleo. Embora o número de prótons seja o mesmo para todos os átomos de um dado elemento, o número de nêutrons pode ser variável.

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50 Somente para lembrar: Assim, os átomos de alguns elementos possuem duas ou mais massas atômicas diferentes. Esses átomos são chamados de isótopos.

51 Somente para lembrar: Por exemplo O isótopo de carbono mais comum C contem em seu núcleo 6 prótons e 6 nêutrons com massa atômica de 12 uma. É conveniente observar que existem 6,023 x 10 uma por grama 6,023 x 10 uma por grama 12 23

52 Somente para lembrar: O peso atômico de um elemento corresponde à média ponderada das massas atômicas dos isótopos do átomo que ocorrem naturalmente. A unidade de massa atômica (uma) pode ser usada para os cálculos do peso atômico. Foi estabelecida uma escala onde 1 uma foi definido como sendo o equivalente a 1 12 da massa atômica do isótopo mais comum do carbono 12 ( C) ( A = 12,00000 ). 12

53 Somente para lembrar: Dentro desse esquema, as massas de prótons e de nêutrons são ligeiramente maiores do que a unidade,e A = Z + N A = Z + NOnde: A : é a massa atômica A : é a massa atômica Z : é o número atômico Z : é o número atômico N : é o número de nêutrons. N : é o número de nêutrons. O peso atômico de um elemento ou peso molecular de um composto pode se especificado em termos de uma por átomo (molécula) ou de massa por mol de material.

54 Somente para lembrar: Em um mol de uma substância existem 6,023 x 10 ( número de Avogadro ) 6,023 x 10 ( número de Avogadro ) átomos ou moléculas. átomos ou moléculas. O peso atômico de um elemento ou o peso molecular de um composto estão relacionados através da equação: 1 uma por átomo ( ou molécula ) = 1 g por mol 1 uma por átomo ( ou molécula ) = 1 g por mol 23

55 Somente para lembrar: 1 uma por átomo ( ou molécula ) = 1 g por mol 1 uma por átomo ( ou molécula ) = 1 g por mol Por exemplo: O peso atômico do ferro é de 55,85 uma por átomo, ou 55,85 g por mol. Algumas vezes o uso da unidade de massa atômica por átomo ou molécula é conveniente. Em outras ocasiões g ( ou kg ) por mol é preferível.

56 MATERIAIS METÁLICOS A dilatação de um solido com o aumento de temperatura ocorre porque o aumento de energia térmica aumentam as vibrações dos átomos e moléculas que formam o corpo

57 Propriedades mecânicas (exceto as constantes elásticas ) pareciam ser muito variáveis para terem algum significado fundamental. A micro estrutura das ligas era praticamente desconhecidas. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

58 A metodologia de estudo das ligas consistia basicamente em atacar quimicamente com ácidos as diversas composições de um determinado sistema binário. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

59 Desta maneira,Karl Karsten (1839) noticiou a descontinuidade na reatividade quimica de ligas com composição aproximadamente equiatômicas dos sistemas binário cobre-zinco. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

60 MAIS TARDE DESCOBRIU-SE QUE SE TRATAVA DO COMPOSTO INTERMETÁLICO CuZn, CONHECIDO COMO LATÃO BETA. MARCILIO CUNHA MATERIAIS METÁLICOS

61 MAS A GRANDE REVOLUÇÃO ESTAVA A CAMINHO: A observação microscópica da microestrutura dos materiais e correlação com suas propriedades. Isto começou no grande centro produtor de aço em Sheffield, na Inglaterra.

62 Henry Clifton Sorby, em : Observou a estrutura de rochas e de aços ao microscópico óptico. A superfície destes materiais tinha sido polida e atacada levemente com reagentes químicos. MATERIAIS METÁLICOS

63 1865Raios X Em,1865 os eram descobertos os Raios X Raios X A difração de Raios X, que possibilitou a determinação da estrutura cristalina dos materiais, foi descoberta em

64 De posse da metalografia óptica, da difração de raios X e de algumas técnicas indiretas como dilatometria e análise térmica, os metalurgistas puderam caracterizar as transformações de fase e a microestruturas delas decorrentes. A correlação das microestruturas com as propriedades foi uma conseqüência natural. MATERIAIS METÁLICOS

65 O advento da microscopia eletrônica possibilitou melhores resoluções e a observação de detalhes e espécies não observáveis com o microscópio óptico.

66 A maioria dos elementos químicos foi descoberta nos últimos 250 anos. MATERIAIS METÁLICOS

67 Empregamos atualmente nos processos industriais a grande maioria dos elementos químicos, ao passo que, até o século XIX com exceção de uns 20 deles, os mesmos eram curiosidades nos laboratórios de química. MATERIAIS METÁLICOS

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