Aula 1 2012_1 introducao

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Prof. Luiz Roberto 2012/01 Engenharia dos Materiais I

O que tem em comum entre esses produtos?:

Pasta de dente Sabão em pó Papel Calcáreo CaCO 3 (2000 x) 2 O que tem em comum entre esses produtos?

O que tem em comum entre esses produtos?:

Papel Filme Fotográfico Madeira 3 O que tem em comum entre esses produtos?

O que tem em comum entre esses produtos?:

Garrafas coloridas Tubos de vidro Lente Computador Pedra de quartzo Fibras de vidro Quartzo 4 O que tem em comum entre esses produtos?

INTRODUÇÃO:

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

Introdução:

Introdução O desenvolvimento da sociedade está intimamente relacionada com a habilidade que temos de produzir e/ou manipular a matéria. Era da Pedra Era do Bronze Era Moderna Manipulamos o fogo Objetos de caça Manipulamos os metais Objetos bélicos Manipulamos estruturas atômicas Nanotecnologia

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Novas Idéias Projeto Seleção de Materiais Novos Materiais Materiais existentes Manufatura Aplicações finais Engenharia de Materiais e as novas tecnologias

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Estrutura Propriedades Processamento Observação Otimização do material

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

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Efeito da microestrutura nas propriedades da alumina

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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

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

Como definir qual o melhor material para um determinado fim? Exemplo: Copo:

Como definir qual o melhor material para um determinado fim? Exemplo: Copo Vidro Cerâmica Plástico Madeira Metal Papel 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) Depende

Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? :

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? :

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? :

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.

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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

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

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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

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Seleção de Materiais Propriedades X Custos

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INDÚSTRIA DE PONTA PRODUÇÃO EM MASSA TIPOS DE INDÚSTRIA - INFLUÊNCIA DOS MATERIAIS SELEÇÃO CUIDADOSA (FATOR CUSTO SECUNDÁRIO) SELEÇÃO CUIDADOSA (FATOR CUSTO PRIMORDIAL) Grande exigência tecnológica Utilização dos mate- riais nos limites Produtos não diferenciados Utilização de materiais abaixo dos limites 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? :

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.

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Qualquer projeto de engenharia requer, para a sua viabilização, um vasto conhecimento das características, propriedades e comportamento dos materiais disponíveis.

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS:

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

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS:

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

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS:

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

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Materiais metálicos são formados geralmente por combinações de elementos metálicos.

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS:

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Cerâmicas 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

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

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS:

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Polímeros 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

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS:

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Compósitos 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

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS:

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Semicondutores 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.. InP

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS:

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Biomateriais 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.

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Propriedades dos Materiais Propriedades mecânicas Resposta a um esforço mecânico: resistência, etc. Propriedades elétricas e magnéticas Resposta a um campo elétrico ou magnético: condutividade, etc. Propriedades térmicas Relacionadas com a transmissão de calor e capacidade calorífica dos materiais. Propriedades ópticas Dizem respeito à absorção, transmissão e deflexão da luz Estabilidade química Relacionada com o ambiente de trabalho: resistência a corrosão

Propriedades dos materiais:

Propriedades dos materiais Classes Propriedades Física Densidade, porosidade, teor de umidade Química Alcalinidade, resistência à corrosão Térmica Condutividade, expansão (dilatação) Elétrica Condutividade Ótica Cor, transmissão e reflexão de luz Mecânica Resistência: t raç ão, compressão, cisalhamento e flexão. Módulo de Elasticidade, Plasticidade, Ductilidade, Tenacidade e dureza.

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Diferentes materiais possuem diferentes estruturas cristalinas e, conseqüentemente, propriedades finais diferentes.

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Composição, o tipo de ligação química, a estrutura cristalina e a microestrutura definem as propriedades do material.

Como conhecer as propriedades e o comportamento dos materiais sob condições de esforços? :

Como conhecer as propriedades e o comportamento dos materiais sob condições de esforços? Realização de ensaios de laboratório e de campo. Normas técnicas Estabelecem uma linguagem comum entre fornecedores e usuários dos materiais, além de garantir a reprodutibilidade dos resultados. Métodos de ensaios Metodologia utilizada para a realização dos ensaios. Especificações técnicas Especificam as propriedades mínimas exigidas dos materiais.

Finalidade dos ensaios dos materiais:

Finalidade dos ensaios dos materiais Obter informações rotineiras do produto (ensaios de controle). Obter novas ou melhores informações sobre os materiais.

Vantagens da normalização dos materiais e métodos de ensaios:

Vantagens da normalização dos materiais e métodos de ensaios Tornar a qualidade do produto mais uniforme. Reduzir os tipos similares de materiais. Orientar os projetistas na escolha do material adequado. Permitir a comparação de resultados obtidos em diferentes laboratórios. Reduzir desentendimentos entre produtor e consumidor.

Normas técnicas:

Normas técnicas ASTM - American Society for Testing and Materials ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

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