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Estrutura e Propriedades dos Materiais
INTRODUÇÃO
Prof. Rubens Caram
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
MATERIAIS: SUBSTÂNCIAS USADAS PARA COMPOR TUDO O QUE ESTÁ A NOSSA VOLTA
MATERIAIS NORMALMENTE ENCONTRADOS: MADEIRA, VIDRO, AÇO, PLÁSTICO, PAPEL, COBRE, CONCRETO,
PRODUÇÃO E TRANSFORMAÇÃO: UMA DAS MAIS IMPORTANTES ATIVIDADES ECONÔMICAS
PRODUTO ⇒ PROJETO ⇒ SELEÇÃO E ESPECIFICAÇÃO DE MATERIAIS
PROJETISTA (ENGENHEIRO): CONCEITUAÇÃO ATUALIZADA DA ESTRUTURA INTERNA DOS MATERIAIS
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MATERIAIS E A HISTÓRIA
MATERIAIS ESTÃO LIGADOS AO HOMEM DESDE O INÍCIO DE SUA EXISTÊNCIA;
MATERIAIS USADOS INICIALMENTE: PEDRA, MADEIRA, OSSOS, FIBRAS, PELES E ARGILA;
ÍNTIMA RELAÇÃO ENTRE CIVILIZAÇÕES MAIS AVANÇADAS E MATERIAIS MAIS AVANÇADOS, O QUE AINDA HOJE, É VERDADE;
IMPORTÂNCIA DOS MATERIAIS: PERÍODOS DA HISTÓRIA ⇒MATERIAL MAIS UTILIZADO EM CADA ÉPOCA.
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MATERIAIS, CIVILIZAÇÕES E ERAS
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MATERIAIS, CIVILIZAÇÕES E ERAS
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
MateriaisMetálicos
Materiais Cerâmicos
Materiais Poliméricos
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TIPOS DE MATERIAIS
MP
MP
MP
MP
MP
MC
MM
MM
MC
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MATERIAIS METÁLICOS
SUSTÂNCIAS INORGÂNICAS COMPOSTAS POR UM OU MAIS ELEMENTOS METÁLICOS, PODENDO CONTER ELEMENTOS NÃO-METÁLICOS
EX.: AÇO (Fe+C), ALUMÍNIO, NÍQUEL, LATÃO (Zn+Cu)
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MATERIAIS POLIMÉRICOS
A MAIORIA DOS PLÁSTICOS EXIBE CADEIA MOLECULAR ORGÂNICA DE LONGA EXTENSÃO SEM CRISTALINIDADE. ALGUNS EXIBEM MISTURA DE REGIÕES CRISTALINAS E NÃO-CRISTALINAS
EX.: BORRACHA, NYLON, POLIETILENO
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MATERIAIS CERÂMICOS
MATERIAIS INORGÂNICOS COM ELEMENTOS METÁLICOS E NÃO-METÁLICOS. PODEM SER CRISTALINOS, NÃO-CRISTALINOS OU A MISTURA DE AMBOS
EX.: ALUMINA (Al2O3), VIDRO
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MATERIAIS COMPÓSITOS
COMBINAÇÕES DE DOIS OU MAIS MATERIAIS, ONDE UM ELEMENTO DE REFORÇO (FIBRAS, PLACAS OU PARTÍCULAS) É ENVOLVIDO POR UMA MATRIZ (RESINA PLÁSTICA, MATERIAL METÁLICOS OU CERÂMICO.
EX.: FIBRA DE CARBONO OU DE VIDRO E MATRIZ DE RESINA EPOXI.
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MATERIAIS ELETRÔNICOS
DENTRE OS MATERIAIS ELETRÔNICOS, DESTACAM-SE OS SEMICONDUTORES: MATERIAIS COM PROPRIEDADES INTERMEDIÁRIAS ENTRE OS CONDUTORES E ISOLANTES.SUAS CARACTERÍSTICAS SÃO ALTERADAS COM A PRESENÇA DE PEQUENAS CONCENTRAÇÕES DE ÁTOMOS ESTRANHOS
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BIOMATERIAIS
SUBSTÂNCIAS NATURAIS OU SINTÉTICAS TOLERADAS DE FORMA TRANSITÓRIA OU PERMANENTE, PELOS DIVERSOS TECIDOS QUE CONSTITUEM O ORGANISMO HUMANO
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COMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO
COMPETIÇÃO É UM PROCESSO QUE EXISTE DESDE QUE O HOMEM INICIOU A PRODUÇÃO DE BENS E UTENSÍLIOSDESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS E EQUIPAMENTOS É QUASE SEMPRE BASEADO EM MATERIAIS DE CONCEPÇÃO ATUALIZADADESENVOLVIMENTO DE NOVOS MATERIAIS OU OTIMIZAÇÃO DE MATERIAIS TRADICONAIS ESTÁ ASSOCIADO AO APRIMORAMENTO DE PROPRIEDADES E A REDUÇÃO DE CUSTOS.ALTERAÇÕES DAS CONDIÇÕES DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO RESULTA NA SUBSTITUIÇÃO DE MATERIAIS:
REQUISITOS TÉCNICOS, CUSTO E DISPONIBILIDADEEXEMPLOS DE SUBSTITUIÇÃO:
FERRO FUNDIDO PELO ALUMÍNIO EM BLOCOS DE MOTORESMETAIS POR COMPÓSITOS EM AERONAVESMETAIS POR PLÁSTICOS EM AUTOMÓVEISSi E Ge POR COMPOSTOS SEMICONDUTORESMETAIS POR CERÂMICAS NA INDÚSTRIA ESPACIAL
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COMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO
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COMPOSIÇÃO DE UM AUTOMÓVEL MÉDIO AMERICANO
FerrososMais de 60 %
Plásticos10 – 20%
Alumínio3 – 5 %
1978Peso 2.000 kg
Alumínio5 – 10 %
Plásticos10 – 20 % Ferrosos
50 - 55 %
1985Peso 1.500 kg
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ESTRUTURA DOS MATERIAIS
CARACTERÍSTICAS PROPIEDADESCOMPORTAMENTO DOS MATERIAIS
DEPENDEM DA ESTUTURA INTERNA
ANÁLISE DA ESTRUTURA DOS MATERIAIS
NÍVEL SUBATÔMICO: ÁTOMO INDIVIDUAL E COMPORTAMENTO DE SEU NÚCLEO E ELÉTRONS
NÍVEL ATÔMICO: INTERAÇÃO ENTRE ÁTOMOS E A FORMAÇÃO DE LIGAÇÕES E MOLÉCULAS
NÍVEL MICROSCÓPIO: ARRANJOS ATÔMICOS E MOLECULARES E A FORMAÇÃO DE ESTRUTURAS CRISTALINAS, MOLECULARES E AMORFAS
NÍVEL MACROSCÓPICO: COMPORTAMENTO DO MATERIAL EM SERVIÇO
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Estrutura dos Materiais
Microestrutura
Estruturas de Engenharia
10-15 10-12
Subatômico Atômico Microscópico Macroscópico
ArranjosAtômicos
Escala (m)
Átomos
Moléculas
Partículas Elementares
Núcleo
Níveis
10-9 10-6 10-3 10 0 10 3
Objeto
Monômeros Polímeros
Células Unitárias
Contornos de Grão
Grãos
Circuitos Integrados Corpo de Prova Muralha da China
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COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS
n=1 5 µmn=8
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COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS
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COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS
DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS AO NÍVEL ATÔMICO E MICROSCÓPICO AFETA AS PROPRIEDADES DO MATERIAL
ALUMÍNIO
MAGNÉSIO
ALUMINA MONOCRISTALINA
ALUMINA POLICRISTALINA
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COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS
DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS AO NÍVEL ATÔMICO E MICROSCÓPICO AFETA AS PROPRIEDADES DO MATERIAL
ALUMÍNIO
MAGNÉSIO
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COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS
Aço 1045 Aço 1070Aço 1020
Ferrita + perlita Perlita