Introdução à tecnologia dos materiais Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. Eng E-mail:...
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Introdução Introdução àà tecnologia tecnologia dos materiaisdos materiais
Prof. Henrique Cezar Pavanati, Dr. EngProf. Henrique Cezar Pavanati, Dr. EngE-mail: [email protected]
ProProIn IIn I
Instituto Federal de Santa CatarinaCampus de FlorianópolisDepartamento Acadêmico de Metal-MecânicaCurso Técnico de Mecânica Industrial – ProIn II
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
1)1) Proporcionar ao aluno uma idéia inicial da Proporcionar ao aluno uma idéia inicial da importância dos materiais para o desenvolvimento importância dos materiais para o desenvolvimento da Ciência e Tecnologiada Ciência e Tecnologia
Objetivos da unidade curricular:Objetivos da unidade curricular:Objetivos da unidade curricular:Objetivos da unidade curricular:
3)3) Conhecer os principais Materiais, suas Conhecer os principais Materiais, suas propriedades e aplicações visando a especificação propriedades e aplicações visando a especificação de materiaisde materiais
2)2) Introduzir uma série de conceitos básicos Introduzir uma série de conceitos básicos relacionados à estrutura, propriedades e aplicação relacionados à estrutura, propriedades e aplicação dos Materiaisdos Materiais
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisIntrodução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriais
1)1) IntroduçãoIntrodução
2)2) Processos de obtenção de ligas metálicas ferrosasProcessos de obtenção de ligas metálicas ferrosas
3)3) Ligas metálicas ferrosasLigas metálicas ferrosas
4)4) Diagrams de equilíbrioDiagrams de equilíbrio
5)5) Curvas TTTCurvas TTT
6)6) Tratamentos térmicosTratamentos térmicos
7)7) Ensaios MecânicosEnsaios Mecânicos
8)8) MetalografiaMetalografia
Bases tecnológicas:Bases tecnológicas:Bases tecnológicas:Bases tecnológicas:
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
O que é um material?O que é um material?
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
O que é um material?O que é um material?
Um material nada mais é que Um material nada mais é que um “amontoado” de átomosum “amontoado” de átomos
Exemplo de um Exemplo de um materialmaterial
Requisitos básicosRequisitos básicospara “ser” um materialpara “ser” um material
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
ÁtomosÁtomos
São os “ingredientes” dos materiaisSão os “ingredientes” dos materiais
FeFe
VV
CaCa
MoMo
NiNi
AuAu
AgAg
KK
HH
PP
OO
CCSiSi
AlAlSS
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Átomos - ClassificaçãoÁtomos - Classificação
- MetaisMetais
- Semi-metaisSemi-metais
- Não metaisNão metais
- Gases nobresGases nobresÁtomos metálicosÁtomos metálicos
Semi-metaisSemi-metais
Não metaisNão metaisGases nobresGases nobres
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Como os átomos se unem?Como os átomos se unem?
Ligação químicaLigação química
Força de atração interatômica que faz com Força de atração interatômica que faz com que os átomos permaneçam unidosque os átomos permaneçam unidos
Átomos unidos pela Átomos unidos pela força de ligaçãoforça de ligação
Sem ligaçãoSem ligação
MaterialMaterial
Átomos Átomos individuaisindividuais
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Como os átomos se unem?Como os átomos se unem?
Ligação químicaLigação química
Ligação ForteLigação Forte Ligação FracaLigação Fraca
• Ligação Iônica Ligação Iônica (340-800 kJ/mol)(340-800 kJ/mol)
• Ligação Covalente Ligação Covalente (270-610 kJ/mol)(270-610 kJ/mol)
• Ligação Metálica Ligação Metálica (20-240 kJ/mol)(20-240 kJ/mol)
• Van der Walls Van der Walls (<40 kJ/mol)(<40 kJ/mol)
• Pontes de HPontes de H
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Evolução do uso dos materiaisEvolução do uso dos materiais
>10.000 a.C.>10.000 a.C.
Pele de animais e madeiraPele de animais e madeira
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Evolução do uso dos materiaisEvolução do uso dos materiais
10.000 a.C.10.000 a.C. 5.000 a.C.5.000 a.C. 2.000 a.C.2.000 a.C.
Lança de pedraLança de pedra CerâmicaCerâmica BronzeBronze
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Evolução do uso dos materiaisEvolução do uso dos materiais
1.000 a.C.1.000 a.C. Séc XIXSéc XIX
AçoAço AlumínioAlumínio TitânioTitânio
Séc XIXSéc XIX
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Prof. Henrique Cezar PavanatiProf. Henrique Cezar Pavanati
Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Evolução do uso dos materiaisEvolução do uso dos materiais
Séc XXSéc XX
Super ligas de NiSuper ligas de Ni
Séc XXSéc XX
Cerâmicas Cerâmicas de Engenhariade Engenharia
Séc XXISéc XXI
NanotecnologiaNanotecnologia
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisDisponibilidade dos materiaisDisponibilidade dos materiais
Fonte: PADILHA, F. Materiais de Engenharia: Microestrutura e propriedades, Hemmus: Curitiba (2000)Fonte: PADILHA, F. Materiais de Engenharia: Microestrutura e propriedades, Hemmus: Curitiba (2000)
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisIntrodução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriais
Elementos Elementos químicos químicos presentes presentes na crosta na crosta terrestreterrestre
Disponibilidade dos materiaisDisponibilidade dos materiais
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisIntrodução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriaisTradicionalmente os materiais podem ser classificados Tradicionalmente os materiais podem ser classificados
em 4 grupos básicos:em 4 grupos básicos:
Cerâmicos
Metálicos Poliméricos
Compósitos
Embalagem Tetra Pak
Fibra de vidroBro
cas
de “W
idia
”
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Classificação – Átomos x MateriaisClassificação – Átomos x Materiais
ÁtomosÁtomos MateriaisMateriais
• MetaisMetais• Não MetaisNão Metais• Semi-metaisSemi-metais• Gases nobresGases nobres
• MetálicosMetálicos• CerâmicosCerâmicos• PoliméricosPoliméricos• CompósitosCompósitos
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Materiais MetálicosMateriais Metálicos
Características GeraisCaracterísticas Gerais
• Possuem brilhoPossuem brilho• Boa condutividade térmica Boa condutividade térmica
e elétricae elétrica• Boa maleabilidadeBoa maleabilidade• Ponto de fusão médioPonto de fusão médio• Dureza médiaDureza média• Boa tenacidadeBoa tenacidade• Em geral, resistência à Em geral, resistência à
corrosão é ruimcorrosão é ruim• Em geral, densidade altaEm geral, densidade alta
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Materiais MetálicosMateriais Metálicos
TiposTipos
• Metais FerrososMetais Ferrosos
• Metais levesMetais leves
• Metais de baixo ponto de Metais de baixo ponto de fusãofusão
• Metais nobresMetais nobres
• Metais refratáriosMetais refratários
• Metais resistêntes à Metais resistêntes à corrosãocorrosão
ExemplosExemplos
• Aço, Ferro fundidoAço, Ferro fundido
• Alumínio, Titânio, BerílioAlumínio, Titânio, Berílio
• Chumbo, Estanho, ZincoChumbo, Estanho, Zinco
• Ouro, Prata, PlatinaOuro, Prata, Platina
• Tungstênio, MolibdênioTungstênio, Molibdênio
• Cobre, Latão, Bronze, Cobre, Latão, Bronze, NíquelNíquel
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Materiais CerâmicosMateriais Cerâmicos
Características GeraisCaracterísticas Gerais
• Em geral opacos mas Em geral opacos mas podem ser transparentespodem ser transparentes
• Bons isolantes térmicos e Bons isolantes térmicos e elétricoselétricos
• FrágeisFrágeis• Dureza elevadaDureza elevada• Ponto de fusão elevadoPonto de fusão elevado• Maleabilidade ruimMaleabilidade ruim• Boa resistência à corrosãoBoa resistência à corrosão• Densidade médiaDensidade média
ALUMINA
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Materiais CerâmicosMateriais Cerâmicos
TiposTipos
• Cerâmica TradicionalCerâmica Tradicional
• Cerâmica AvançadaCerâmica Avançada
• Revestimento CerâmicoRevestimento Cerâmico
ExemplosExemplos
• Tijolo, azulejo, porcelana, Tijolo, azulejo, porcelana, vidrovidro
• Diamante, óxido de Diamante, óxido de zircônio, óxido de alumínio, zircônio, óxido de alumínio, Carboneto de silícioCarboneto de silício
• DLC, Nitretos de ferro, DLC, Nitretos de ferro, boretos de ferro etc..boretos de ferro etc..
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Materiais PoliméricosMateriais Poliméricos
Características GeraisCaracterísticas Gerais
• Em geral opacos mas Em geral opacos mas podem ser transparentespodem ser transparentes
• Bons isolantes térmicos e Bons isolantes térmicos e elétricoselétricos
• Boa plasticidade e Boa plasticidade e elasticidadeelasticidade
• Baixa durezaBaixa dureza• Baixo ponto de fusãoBaixo ponto de fusão• Resistência à corrosão Resistência à corrosão
médiamédia• Baixa densidadeBaixa densidade
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Materiais PoliméricosMateriais Poliméricos
TiposTipos
• NaturaisNaturais
• SintéticosSintéticos
ExemplosExemplos
• Latex, pele, DNA, glicose, Latex, pele, DNA, glicose, celulose, madeira, unha, celulose, madeira, unha, chifre, cabelochifre, cabelo
• Acrílico, isopor, PVC, Acrílico, isopor, PVC, Policarbonato, NáilonPolicarbonato, Náilon
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Materiais CompósitosMateriais Compósitos
Características GeraisCaracterísticas Gerais
• São materiais produzidos São materiais produzidos de modo a se obter uma de modo a se obter uma otimização de propriedadesotimização de propriedades
• Tem-se propriedades que Tem-se propriedades que não se consegue num não se consegue num único material, ou que seja único material, ou que seja economicamente mais economicamente mais vantajosovantajoso
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Materiais CompósitosMateriais Compósitos
TiposTipos
• Mesma classeMesma classe
• Classes distintasClasses distintas
ExemplosExemplos
• Folha de flandres, aços Folha de flandres, aços galvanizadosgalvanizados
• Pneu, embalagem tetrapak, Pneu, embalagem tetrapak, fibra de carbono, fibra de fibra de carbono, fibra de vidro, fio condutor de vidro, fio condutor de eletricidade com isolanteeletricidade com isolante
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisIntrodução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriaisArranjos AtômicosArranjos Atômicos
Estruturas MolecularesEstruturas Moleculares Estruturas CristalinasEstruturas Cristalinas Estruturas AmorfasEstruturas Amorfas
Metano (CHMetano (CH44))
Água (HÁgua (H220)0)
Diamante (C)Diamante (C)
C
Diamante (C)Diamante (C)
Grafita (C)Grafita (C) Vidros (SiOVidros (SiO22, C...), C...)
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisIntrodução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriaisEstrutura cristalina do FerroEstrutura cristalina do Ferro
Polimorfismo do FerroPolimorfismo do Ferro
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisIntrodução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriaisEstrutura cristalina do FerroEstrutura cristalina do Ferro
Ferro alfa/delta (Fe-Ferro alfa/delta (Fe- e Fe- e Fe-) – Cúbico de CORPO ) – Cúbico de CORPO
centrado (CCC)centrado (CCC)
1/8 de átomo
1 átomo inteiro Célula unitáriaCélula unitária
Numa célula unitária temos: 1 atomo + 8(1/8) = 2 átomos
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisIntrodução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriaisEstrutura cristalina do FerroEstrutura cristalina do Ferro
Ferro gama (Fe-Ferro gama (Fe-) – Cúbico de ) – Cúbico de FACEFACE centrada (CFC) centrada (CFC)
1/8 de átomo
1/2 átomo Célula unitáriaCélula unitária
Numa célula unitária temos: 6(1/2) átomo + 8(1/8) = 4 átomos
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisIntrodução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriaisEstrutura cristalina do Ferro - NomenclaturaEstrutura cristalina do Ferro - Nomenclatura
Ferro alfa ou deltaFerro alfa ou deltaFe - Fe - ou Fe - ou Fe - Ferro (CCC)Ferro (CCC)FERRITAFERRITA
Ferro gamaFerro gamaFe - Fe - Ferro (CFC)Ferro (CFC)AUSTENITAAUSTENITA
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
VaziosVazios
Introdução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriais
Defeitos da rede cristalinaDefeitos da rede cristalina
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
Átomo Átomo intersticialintersticial
Introdução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriais
Defeitos da rede cristalinaDefeitos da rede cristalina
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisIntrodução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriaisEstrutura real do ferroEstrutura real do ferro
Defeitos da rede cristalinaDefeitos da rede cristalina
DiscordânciasDiscordâncias
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisIntrodução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriais
Defeitos da rede cristalinaDefeitos da rede cristalina
Contornos Contornos de grãode grão
ASM Handbook Vol 9 (2004)
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaissolventesolvente solutosoluto
a)a) Solução sólida substitucionalSolução sólida substitucional
os átomos dos elementos os átomos dos elementos
químicos minoritários (do químicos minoritários (do
elemento de liga) ocupam elemento de liga) ocupam
posições regulares da rede posições regulares da rede
cristalina do elementocristalina do elemento
b) Solução sólida intersticialb) Solução sólida intersticial os elementos em solução os elementos em solução
ocupam os interstícios da ocupam os interstícios da
rede cristalina do elemento rede cristalina do elemento
majoritáriomajoritário
Há dois tipos de soluções sólidas:Há dois tipos de soluções sólidas:
Introdução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriais
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriais
b) Distorção da rede cristalina por átomos em solução sólida: átomo maior (amarelo) e átomo menor (vermelho)
Introdução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriais
Distorções causadas por soluções sólidas:Distorções causadas por soluções sólidas:
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisIntrodução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriaisPropriedades mecânicasPropriedades mecânicas
1.1. Resistência Mecânica;Resistência Mecânica;
2.2. Elasticidade;Elasticidade;
3.3. Ductilidade (Plasticidade);Ductilidade (Plasticidade);
4.4. Dureza;Dureza;
5.5. Tenacidade.Tenacidade.
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Introdução à tecnologia dos Introdução à tecnologia dos materiaismateriaisPropriedades tecnológicasPropriedades tecnológicas
1.1. UsinabilidadeUsinabilidade
2.2. ConformabilidadeConformabilidade
3.3. TemperabilidadeTemperabilidade
4.4. SoldabilidadeSoldabilidade
5.5. SinterabilidadeSinterabilidade
Introdução a tecnologia dos Introdução a tecnologia dos materiaismateriais