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INTRODUÇÃO A CIÊNCIAS DOS MATERIAIS
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.
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
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)
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.
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.
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
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
“RECICLAGEM” DE MATERIAIS: Conhecer os resíduos, que são materiais, para estudar sua aplicação.
Ex:- PET, perde suas propriedades com a reciclagem,
-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
FUNÇÃO
PROCESSO
FORMAMATERIAL
METAIS
POLÍMEROS
VIDROS
CERÂMICASCOMPÓSITOS
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)
EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS
Materiais sendo constantemente substituídos
Metais Cerâmicas Polímeros Compósitos SemicondutoresBiomédicos
Novos materiais são constantemente desenvolvidos:
Mais leves
Mais baratos
Mais resistentes
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
Blocos de motor que eram fabricados em ferro fundido, hoje são de alumínio
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
Equipamento mais leve, menor consumo de combustível
SEMINÁRIO
Falar sobre as latas de refrí
1.2.CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Metais Cerâmicas Polímeros Compósitos Semicondutores BiomédicosNaturais
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
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
As 14 redes de BravaisSão 14 as redes cristalina possíveis – iremos estudar as cúbicas
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
ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS
CCC-Cúbica de corpo centrado
CFC-Cúbica de face centrada
CFC - Ouro
CCC - Cromo
Exemplo real de estrutura cristalina
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
Calculo do fator de empacotamento e do parâmetro de rede.
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.