Profa. Eleani M. da Costa Sem. 2005/01 CIÊNCIAS DOS MATERIAIS Profa. Eleani M. da Costa Sem. 2005/01

ASSUNTO 1. Introdução à ciência e engenharia dos materiais e classificação dos materiais

PROGRAMA DISCIPLINA AULAS TEÓRICAS 1. Introdução à ciência e engenharia dos materiais e classificação dos materiais 2. Ligação química nos sólidos - Energias e forças de ligações - Ligações interatômicas primárias - Ligação de Van der Waals 3. Materiais cristalinos -Estrutura cristalina: conceitos fundamentais, célula unitária, - Sistemas cristalinos, - Polimorfismo e alotropia - Direções e planos cristalográficos, anisotropia, - Determinação das estruturas cristalinas por difração de raios-x.

PROGRAMA DISCIPLINA 4. Imperfeições cristalinas AULAS TEÓRICAS 4. Imperfeições cristalinas - Defeitos pontuais - Defeitos de linha (discordâncias) -   Defeitos de interface (grão e maclas) -  Defeitos volumétricos (inclusões, precipitados) 5.Mecanismos de movimento atômico (difusão) - Mecanismo da difusão -  Fatores que influem na difusão -  Difusão no estado estacionário -  Difusão no estado não-estacionário 6. Propriedades Mecânicas dos Metais - Deformação elástica e deformação plástica - Coeficiente de Poisson

PROGRAMA DISCIPLINA AULAS TEÓRICAS 7. Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência - Conceitos básicos: características das discordâncias, sistemas de escorregamento - Aumento da resistência por diminuição do tamanho de grão -  Aumento da resistência por solução sólida - Encruamento, recuperação, recristalização e crescimento de grão 8. Falha nos metais - Fratura dúctil, fratura frágil - Fluência nos metais - Fadiga nos metais

PROGRAMA DISCIPLINA 9. Diagramas de fase em condições de equilíbrio AULAS TEÓRICAS 9. Diagramas de fase em condições de equilíbrio - Definições e conceitos básicos: identificação das fases, limite de solubilidade, microestrutura das fases -  Diagramas de equilíbrio binários isomorfos e eutéticos -   Reações eutetóides e peritéticas - Sistema Fe-C e microestruturas que se formam no resfriamento lento 10. Transformações de fases em metais e microestruturas - Conceitos básicos - Alterações microestruturais das ligas Fe-C e propriedades (curvas Temperatura-Tempo-Transformação).

PROGRAMA DISCIPLINA 11-PROPRIEDADES ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS CONTEÚDOS EXTRAS 11-PROPRIEDADES ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS 12- CORROSÃO E DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS

PROGRAMA DISCIPLINA · Aulas Teórico-Práticas   1-Ensaio de resistência à tração 2-Ensaio de resistência à choque 3-Ensaio de Dureza Brinell 4-Ensaio de Dureza Rockwell 5-Ensaio de Dureza Vickers 6-Metalografia dos Metais I– Macrografia 7-Metalografia dos Metais II - Micrografia

BIBLIOGRAFIA 1-Van Vlack L.H., Princípios de Ciência dos Materiais, Ed. Edgard Blücher, S.P. 2- William D. Callister Jr., Introdução à Ciência e Engenharia de Materiais, Ed. LTC, 2000. 3- Chiaverini V., Tecnologia Mecânica, Vol. I e III Ed. McGraw – Hill S.P

DATAS DAS PROVAS TURMAS 2LM 27/06 : PROVA DE RECUPERAÇÃO 04/07: EXAME

DATAS DAS PROVAS TURMAS 3JK 28/06 : PROVA DE RECUPERAÇÃO 05/07: EXAME

HOMEPAGE DA DISCIPLINA  www.em.pucrs.br/~eleani

INTRODUÇÃO Ciência dos materiais faz parte do conhecimento básico para todas as engenharias As propriedades dos materiais definem: o desempenho de um determinado componente e o processo de fabricação do mesmo

Propriedades dos Materiais Composição e Processo de Fabricação Microestrutura ENGENHAR I A

Efeito da microestrutura nas propriedades da alumina Figura copiada do material do Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio

Modificação de materiais naturais O número de materiais cresceu muito nas últimas décadas e a tendência é de se proliferarem mais num futuro próximo Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de extração de materiais da natureza Modificação de materiais naturais Combinação de materiais conhecidos para a formação de novos materiais

QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ? Entre 40000 e 80000 diferentes, contando as variantes de tratamento térmico e composição de cada material COMO ESCOLHER ??

Vidro Cerâmica Plástico Madeira Metal Papel Como definir qual o melhor material para um determinado fim? Exemplo: Copo Custo Tempo de vida ou Durabilidade Aparência Finalidade: Natureza do líquido (ex: copo de metal e papel não pode ser usado para café, suco de laranja não pode ser armazenado numa taça antiga de peltre porque remove o Pb da liga) Vidro Cerâmica Plástico Madeira Metal Papel Depende

Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? Em primeiro lugar, o engenheiro deve caracterizar quais as condições de operação que será submetido o referido material e levantar as propriedades requeridas para tal aplicação, saber como esses valores foram determinados e quais as limitações e restrições quanto ao uso dos mesmos.

Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? A segunda consideração na escolha do material refere-se ao levantamento sobre o tipo de degradação que o material sofrerá em serviço. Por exemplo, elevadas temperaturas e ambientes corrosivos diminuem consideravelmente a resistência mecânica.

Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? Finalmente, a consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica: Qual o custo do produto acabado??? Um material pode reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo elevadíssimo.

SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO Ex. Resistência: Material Aço-liga Ti Al PRFC (alta resist.) (AA7074) Resist. (MPa) 1000 800 500 700 à tração PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono

SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO Ex. Resistência/peso: Material Aço-liga Ti Al PRFC (alta resist.) (AA7074) 133 170 185 390

SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO Ex. Custo p/Kg/US$: Material Aço-liga Ti Al PRFC (alta resist.) (AA7074) 0,75 15 3 20

TIPOS DE INDÚSTRIA - INFLUÊNCIA DOS MATERIAIS INDÚSTRIA DE PONTA PRODUÇÃO EM MASSA Grande exigência tecnológica Utilização dos mate- riais nos limites Produtos não diferenciados Utilização de materiais abaixo dos limites SELEÇÃO CUIDADOSA (FATOR CUSTO SECUNDÁRIO) (FATOR CUSTO PRIMORDIAL) Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal

Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? Em raras ocasiões um material reúne uma combinação ideal de propriedades, ou seja, muitas vezes é necessário reduzir uma em benefício da outra. Um exemplo clássico são resistência e ductilidade, geralmente um material de alta resistência apresenta ductilidade limitada. Este tipo de circunstância exige que se estabeleça um compromisso razoável entre duas ou mais propriedades.

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS A classificação tradicional dos materiais é geralmente baseada na estrutura atômica e química destes.

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Metais Cerâmicas Polímeros Compósitos Semicondutores Biomateriais (Mat. Biocompatíveis) Classificação tradicional

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Metais Materiais metálicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos. Os elétrons não estão ligados a nenhum átomo em particular e por isso são bons condutores de calor e eletricidade Não são transparentes à luz visível Têm aparência lustrosa quando polidos Geralmente são resistentes e deformáveis São muito utilizados para aplicações estruturais

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos e não-metálicos. Geralmente são óxidos, nitretos e carbetos São geralmente isolantes de calor e eletricidade São mais resistêntes à altas temperaturas e à ambientes severos que metais e polímeros Com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras, porém frágeis Em geral são leves Cerâmicas

Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais OS MATERIAS CERÂMICOS NA TABELA PERIÓDICA Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Materiais poliméricos são geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não-metálicos. São constituídos de moléculas muito grandes (macro-moléculas) Tipicamente, esses materiais apresentam baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis Materiais poliméricos incluem plásticos e borrachas Polímeros

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Materiais compósitos são constituídos de mais de um tipo de material insolúveis entre si. Os compósitos são “desenhados” para apresentarem a combinação das melhores características de cada material constituinte Muitos dos recentes desenvolvimento em materiais envolvem materiais compósitos Um exemplo classico é o compósito de matriz polimérica com fibra de vidro. O material compósito apresenta a resistência da fibra de vidro associado a flexibilidade do polímero Compósitos

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Materiais semicondutores apresentam propriedades elétricas que são intermediárias entre metais e isolantes Além disso, as características elétricas são extremamente sensíveis à presença de pequenas quantidades de impurezas, cuja concentração pode ser controlada em pequenas regiões do material (para formar as junções p-n) Os semicondutores tornaram possível o advento do circuito integrado que revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe.. Semicondutores InP

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Biomateriais são empregados em componentes para implantes de partes em seres humanos Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição). Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como biomateriais. Biomateriais

EVOLUÇÃO DA UTLIZAÇÃO DOS MATERIAIS Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal

MATERIAIS AVANÇADOS São materiais utilizados em aplicações de tecnologia de ponta, ou seja, são materias utilizados para a fabricação de dispositivos ou componentes que funcionam ou operam usando princípios sofiscados Exemplos destas aplicações incluem: equipamentos eletrônicos (VCRs, CD players, DVDs), computadores, sistemas de fibra óptica, foguetes e mísseis militares, detectores, lasers, displays de cristal líquido, indústria aeroespacial, etc. Estes materiais são geralmente materiais tradicionais cujas propriedades são optimizadas ou materiais novos de alto desempenho.

ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE A NECESSIDADE DE MATERIAIS MODERNOS Materias que apresentem: Alto desempenho Baixo peso e alta resistência Resistência à altas temperaturas Desenvolvimento de materiais que sejam menos danosos ao meio ambiente e mais fáceis de serem reciclados ou regenerados