Aula introdução ciências_dos_materiais-parte1
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INTRODUÇÃO A CIÊNCIAS DOS MATERIAIS
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Disciplina : Introdução à ciência dos Materiais
Carga horária:
40 aulas/ 2 aulas semanais
Ementa :
Estudo da propriedade mecânica dos materiais, bem como dos diagramas de fases
Objetivos :
Compreender características físicas e estruturais dos materiais metálicos, plásticos e cerâmicos.
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Unidade de ensino:
1 – Visão geral dos diferentes grupos de materiais, características, comportamento, propriedades e relação estrutura-propriedade-processo.
2 – Estrutura atômica e ligação interatomica
3 – Estrutura cristalina e amorfa
4 – Imperfeições em sólidos
5 – Diagramas de fase em condições de equilíbrio; Sistema ferro carbono
6 – Deformação elástica e plástica
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Procedimento metodológico:
Aulas expositivas e diálogos
Trabalhos individuais e em grupo
Seminário
Avaliações: Data
1° Prova - 30,0 pontos
2° Prova - 30,0 pontos
Trabalhos - 30,0 pontos
PI - 10,0 pontos ( Se não discutir com a turma)
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MATERIAIS??
É TUDO AQUILO QUE FORMA OS UTENSÍLIOS USADOS PELO HOMEM;
SÃO AS SUBSTÂNCIAS COM AS QUAIS SE PRODUZEM ARTEFATOS:
• argila,madeira, pedra;
• metais,plásticos, vidros;
•borracha,couro.
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PORQUÊ ESTUDAR CIÊNCIAS DOS MATERIAIS ??-Ciência dos Materiais: medicina,eletrônica, farmacêutica, mecânica e metalúrgica.
-Analisa o comportamento dos materiais no tocante as suas partículas sub-atômicas, aos seus átomos, aos seus arranjos atômicos e, finalmente, ao nível macroscópico.
-Trata os materiais em função de suas composições químicas, da natureza e disposições de seus átomos no espaço e da influência dos processos de transformação em suas propriedades e características.
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PORQUÊ ESTUDAR CIÊNCIAS DOS MATERIAIS ??-Ciência dos materiais: visa compreender o comportamento e as propriedades dos materiais em função de sua estrutura interna e dos processos utilizados em seu processamento.
PARA SE CONHECER AS PROPRIEDADES E O COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS É PRECISO CONHECER SUA ESTRUTURA
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QUAL A RELAÇÃO DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS E ENGENHARIA ?
NOVOS MATERIAIS NA INDUSTRIA:
Novos materiais estão substituindo os antigos na construção de máquinas e equipamentos
NEUTRALIZADORES DE PH:
Resíduos de calcinação e de fabricação de CaC03
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“RECICLAGEM” DE MATERIAIS: Conhecer os resíduos, que são materiais, para estudar sua aplicação.
Ex:- PET, perde suas propriedades com a reciclagem,
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-Uso de pneus para fabricar tijolos
-Uso de escória da alto-forno na fabricação de cimento
-Uso de resíduos da fabricação de celulose na fabricação de tijolos
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FUNÇÃO
PROCESSO
FORMAMATERIAL
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METAIS
POLÍMEROS
VIDROS
CERÂMICASCOMPÓSITOS
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1-INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS
1.1.HISTÓRICO
Desde o início da civilização os materiais são usados com o objetivo de permitir e melhorar a vida do ser humano.
-PRÉ-HISTÓRIA:
-Pedra lascada e polida
-Descoberta do fogo: uso do barro(cerâmica)
-Barro reforçado com madeira e palha:compósitos
-Metais(cobre,bronze,ferro)
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EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS
Materiais sendo constantemente substituídos
Metais Cerâmicas Polímeros Compósitos SemicondutoresBiomédicos
Novos materiais são constantemente desenvolvidos:
Mais leves
Mais baratos
Mais resistentes
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2004
Carcaça,freios molas, embreagens,transmissão e engrenagens em aço
-Paineis em compósitos com fbra de carbono(68 kg),
-Estrutura e suspensão em fibra de carbono,
- Rodas em liga de Mg
EXEMPLOS
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Blocos de motor que eram fabricados em ferro fundido, hoje são de alumínio
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Automóvel experimental projetado pela Chrysler com carroceria produzida em uma única peça de plástico, o que pode resultar em reducão de até 25% de seu preço final (Cortesia Chrysler Corporation, E.U.A.).SEMINÁRIO
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Equipamento mais leve, menor consumo de combustível
SEMINÁRIO
Falar sobre as latas de refrí
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1.2.CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Metais Cerâmicas Polímeros Compósitos Semicondutores BiomédicosNaturais
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METAIS
Disco de freio-aço
Circuito integrado-ouro
- Átomos arranjados no espaço de forma ordenada(estrutura cristalina),
- Em função disto apresentam boa resistência mecânica e podem ser deformados permanentemente sob a ação de forças externas e são bons condutores de calor e eletricidade.
- Ligas de alumínio: construção de aeronaves
- Ligas de titânio: implantes ortopédicos
- Superligas de níquel: componentes para operação em temperaturas elevadas
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Célula UnitáriaComo a rede cristalina tem uma estrutura repetitiva, é
possível descrevê-la a partir de uma estrutura básica, como um “tijolo”, que é repetida por todo o espaço.
Células Não-Unitárias
Célula Unitária
Menor “tijolo” que repetido reproduz a rede cristalina
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As 14 redes de BravaisSão 14 as redes cristalina possíveis – iremos estudar as cúbicas
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TIPOS DE ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAISÉ o arranjo dos átomos no espaço que se repete, ou que é periódico ao longo de grandes distâncias atômicas( ordem de longo alcance), de modo que quando ocorre a solidificação, os átomos se posicionarão em um padrão tridimensional repetitivo.
É o menor volume que representa( e forma) a estrutura cristalina.
-modelo das esferas rígidas
-modelo das esferas reduzidas
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ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS
CCC-Cúbica de corpo centrado
CFC-Cúbica de face centrada
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CFC - Ouro
CCC - Cromo
Exemplo real de estrutura cristalina
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A rede cfcA rede cúbica de face centrada é uma rede cúbica na qual
existe um átomo em cada vértice e um átomo no centro de cada face do cubo. Os átomos se tocam ao longo das diagonais das faces do cubo.
Número de átomos na célula unitária
Na= 6x1/2 + 8x(1/8) = 4 Relação entre a e r R = a2 => a = 2R2
Fator de empacotamento atômico
FEA cfc = Volume dos átomos = 0,74
Volume da célula A rede cfc é mais compacta
1/2 átomo
1/8 de átomo
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Calculo do fator de empacotamento e do parâmetro de rede.
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Célula unitária - CFCO parâmetro cristalino “a” da célula unitária, varia em função
da temperatura
A célula unitária da estrutura CFC (cúbica de face centrada) do
ferro- um átomo ocupa cada vértice e um átomo se localiza no centro da face do cubo.
Número de coordenação é doze : cada átomo tem 12 vizinhos mais próximos, situados a uma distância de a /2 (Å a 916ºC).
2
É uma estrutura compacta, em que 74% do espaço disponível está ocupado pelos átomos.