Introdução à tecnologia dos materiais 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@ifsc.edu.br

Objetivos da unidade curricular: Proporcionar ao aluno uma idéia inicial da importância dos materiais para o desenvolvimento da Ciência e Tecnologia Introduzir uma série de conceitos básicos relacionados à estrutura, propriedades e aplicação dos Materiais Conhecer os principais Materiais, suas propriedades e aplicações visando a especificação de materiais

Introdução a tecnologia dos materiais Bases tecnológicas: Introdução Processos de obtenção de ligas metálicas ferrosas Ligas metálicas ferrosas Diagrams de equilíbrio Curvas TTT Tratamentos térmicos Ensaios Mecânicos Metalografia

O que é um material?

Um material nada mais é que um “amontoado” de átomos 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

São os “ingredientes” dos materiais Átomos Fe O H Ag Ni S V Al Mo K Si Ca P Au C São os “ingredientes” dos materiais

Átomos - Classificação Gases nobres Não metais Semi-metais Metais Semi-metais Não metais Gases nobres Átomos metálicos

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

Ligação química Ligação Forte Ligação Fraca Como os átomos se unem? Ligação Iônica (340-800 kJ/mol) Ligação Covalente (270-610 kJ/mol) Ligação Metálica (20-240 kJ/mol) Van der Walls (<40 kJ/mol) Pontes de H

Evolução do uso dos materiais Pele de animais e madeira >10.000 a.C.

Evolução do uso dos materiais Lança de pedra Cerâmica Bronze 10.000 a.C. 5.000 a.C. 2.000 a.C.

Evolução do uso dos materiais Aço Alumínio Titânio 1.000 a.C. Séc XIX Séc XIX

Evolução do uso dos materiais Cerâmicas de Engenharia Super ligas de Ni Nanotecnologia Séc XX Séc XX Séc XXI

Disponibilidade dos materiais Fonte: PADILHA, F. Materiais de Engenharia: Microestrutura e propriedades, Hemmus: Curitiba (2000)

Introdução a tecnologia dos materiais Disponibilidade dos materiais Elementos químicos presentes na crosta terrestre

Introdução a tecnologia dos materiais Tradicionalmente os materiais podem ser classificados em 4 grupos básicos: Cerâmicos Compósitos Brocas de “Widia” Fibra de vidro Metálicos Poliméricos Embalagem Tetra Pak

Classificação – Átomos x Materiais Metálicos Cerâmicos Poliméricos Compósitos Metais Não Metais Semi-metais Gases nobres

Características Gerais 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

Materiais Metálicos Tipos Exemplos Aço, Ferro fundido Metais Ferrosos 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

Características Gerais 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

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

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

Materiais Poliméricos Tipos Exemplos Latex, pele, DNA, glicose, celulose, madeira, unha, chifre, cabelo Acrílico, isopor, PVC, Policarbonato, Náilon Naturais Sintéticos

Características Gerais 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

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

Introdução a tecnologia dos materiais Arranjos Atômicos Estruturas Moleculares Estruturas Cristalinas Estruturas Amorfas C Metano (CH4) Diamante (C) Diamante (C) Água (H20) Grafita (C) Vidros (SiO2, C...)

Introdução a tecnologia dos materiais Estrutura cristalina do Ferro Polimorfismo do Ferro

Ferro alfa/delta (Fe- e Fe-) – Cúbico de CORPO centrado (CCC) 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

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

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

Introdução a tecnologia dos materiais Defeitos da rede cristalina Vazios

Introdução a tecnologia dos materiais Defeitos da rede cristalina Átomo intersticial

Introdução a tecnologia dos materiais Estrutura real do ferro Defeitos da rede cristalina Discordâncias

Introdução a tecnologia dos materiais Defeitos da rede cristalina ASM Handbook Vol 9 (2004) Contornos de grão

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

Introdução a tecnologia dos materiais Distorções causadas por soluções sólidas: b) Distorção da rede cristalina por átomos em solução sólida: átomo maior (amarelo) e átomo menor (vermelho)

Introdução a tecnologia dos materiais Propriedades mecânicas Resistência Mecânica; Elasticidade; Ductilidade (Plasticidade); Dureza; Tenacidade.

Introdução a tecnologia dos materiais Propriedades tecnológicas Usinabilidade Conformabilidade Temperabilidade Soldabilidade Sinterabilidade