Definição e Classificação dos Materiais - pmt.usp.br Ciencia dos Materiais_Apresentacao.pdf · Objetivos • Apresentar a relação entre Ciência dos Materiais e Engenharia de

Definição e Classificação dos Materiais

PMT 5783 - Fundamentos de Ciência

e Engenharia dos Materiaise Engenharia dos Materiais

Prof. Douglas Gouvêa

Objetivos

• Apresentar a relação entre Ciência dos Materiais eApresentar a relação entre Ciência dos Materiais eEngenharia de Materiais.

• Apresentar a relação entre composição estrutura• Apresentar a relação entre composição, estrutura,processamento e propriedades/desempenho de ummaterialmaterial.

• Apresentar uma classificação dos diferentes tipos demateriaismateriais.

PMT 5783 - Fundamentos de Ciência e Engenharia dos Materiais 2/18

Definições

• Ciência dos Materiais

– Investigação das relações entre composição/estrutura epropriedades dos materiais

• Engenharia dos Materiais

– Projetar desenvolver ou aperfeiçoar técnicas de processamento deProjetar, desenvolver ou aperfeiçoar técnicas de processamento demateriais (= técnicas de fabricação) com base nas relaçõescomposição/estrutura e propriedades.

– E também:

• Desenvolver formas de produção de materiais socialmentedesejáveis a custo socialmente aceitável


desejáveis a custo socialmente aceitável.

Definições

• Ciência e Engenharia dos Materiais são campos intimamente interligados einterdisciplinares.

• “Ciência e Engenharia dos Materiais é a área da atividade humana associadacom a geração e a aplicação de conhecimentos que relacionem composição,estrutura e processamento de materiais às suas propriedades e usos.”

Morris Cohen, MIT (in Padilha, A.F. – Materiais de Engenharia, Hemus, 1997, cap. 1)

• Objetivos:

– Desenvolvimento de materiais já conhecidos visando novas aplicações oui d lh i d hvisando melhorias no desempenho.

– Desenvolvimento de novos materiais para aplicações conhecidas.

– Desenvolvimento de novos materiais para novas aplicações.


Tetraedro dos Materiais

P i d dPropriedades

Desempenho e Custo

Composição

Processamento

Estrutura (de nano a macro)


nano a macro)

Objetoda

Ciênciae

Engenhariade

Materiais


Composição e Estrutura

• Composição

– Natureza química dos materiais

• Estrutura

– Associada ao arranjo dos componentes do material em estudo

– Pode (e deve) ser analisada em diferentes escalas

• Estrutura em escala atômica (menor ou igual a nm = 10-9m)

• Nanoestrutura (da ordem de nm)• Nanoestrutura (da ordem de nm)

– Sólidos Amorfos (alguns nm) e Sólidos Cristalinos (~ >100nmaté mm=10-3m)

• Microestrutura (alguns μm = 10-6 m até mm)

• Macroestrutura (normalmente igual ou maior que mm)


EstruturasEscala

Escala “Macro”

E l

“Micro”

Escala Atômica

Escala “Nano”

Bloco de motor em liga de alumínio fundidode alumínio fundido

(material em desenvolvimento)

Ford Motor Company


Propriedades de um Material

• Propriedade: tipo e intensidade da resposta a um estímulo que éi t t i limposto ao material

• As principais propriedades dos materiais podem ser agrupadas em:– MecânicasMecânicas

– Elétricas

– Térmicas

– Magnéticas

– Ópticas

Químicas– Químicas

– de degradação (corrosão, oxidação, desgaste)


Processamento e Desempenho

• Processamento: conjunto de técnicas para obtenção de materiaiscom formas e propriedades específicas.

• Desempenho: resposta do material a um estímulo externo, presentenas condições reais de utilização.

Monocristal(transparente)

safiraPolicristal

porososafira

Policristal denso

po oso(opaco)

denso(translúcido)

10/18Exemplo : três amostras de alumina (Al2O3) processadas por diferentes rotas

São muitas perguntas...

...a serem feitas


em cada caso!

Classificação dos Materiais

• Os materiais podem ser classificados de diversas← M táli classificados de diversas formas.

• Uma classificação muito utilizada é baseada na

← Metálicos

utilizada, é baseada na composição:

– MetálicosCerâmicos →– Cerâmicos

– Poliméricos

– CompósitosCompósitos

• Existem classificações segundo a função do material ou o tipo de ligação química

← Poliméricos


ou o tipo de ligação química.

Metais( )

• Composição: combinação de elementosmetálicos.

(a)

• Grande número de elétrons livres.

• Muitas propriedades estão relacionadas aesses elétrons livres.

• Propriedades gerais :

– Resistência mecânica de moderada aalta.

(b)

– Moderada plasticidade.

– Alta tenacidade.

– OpacosOpacos.

– Bons condutores elétricos e térmicos.

(a) Micrografia óptica de um latão policristalino


(b) Micrografia óptica (luz refletida) de um aço hipoeutetóide, mostrando perlita grossa

Cerâmicas

• Composição : combinação de elementosmetálicos e não-metálicos (óxidos, carbetos enitretos)nitretos).

• Tipos de ligações

– Caráter misto, iônico-covalente

• Tipos de materiais :• Tipos de materiais :

– Cerâmicas tradicionais.

– Cerâmicas de alto desempenho.

– Vidros e vitro-cerâmicas– Vidros e vitro-cerâmicas.

– Cimentos

• Propriedades gerais :

Isolantes térmicos e elétricos

Micrografia eletrônica de varredura de uma amostra de porcelana calcinada (atacada por

HF a 5oC durante 15s)– Isolantes térmicos e elétricos.

– Refratários.

– Inércia química.

Corpos duros e frágeis


– Corpos duros e frágeis.

Polímeros

• Composição : compostos orgânicos

– Carbono, hidrogênio, oxigênio e outroselementos, tais como nitrogênio, enxofre ecloro.

• Compostos de massas moleculares muitograndes (macro-moléculas).grandes (macro moléculas).

• Tipos de materiais :

– Termo-plásticos.

– Termo-rígidos– Termo-rígidos.

– Elastômeros.• Propriedades gerais :

B i d id d

Micrografia óptica de transmissão (usando luz polarizada cruzada) mostrando a

estrutura esferulítica de um polietileno.– Baixa densidade.

– Flexibilidade e facilidade de conformação.

– Tenacidade.

Geralmente pouco resistentes a altas


– Geralmente pouco resistentes a altastemperaturas.

Compósitos (compostos)

• Constituídos por mais de um tipo de material:

– Matriz

– Reforçador

• Projetados para apresentar as melhorescaracterísticas de cada um dos materiais

l idenvolvidos.

• Exemplos:

– Produtos fabricados em “fibras de vidro”(“fib l ”) ã tit íd fib

(a)(“fiberglass”) → são constituídos por fibrasde um material cerâmico (vidro) reforçandouma matriz de material polimérico.

(a) superfície de fratura de um compósito de matriz polimérica com reforço de fibras de carbono;

(b)( b) fibras de carbono trançadas, usadas em compósitos de

matriz polimérica


(b)matriz polimérica.

Classificação segundo a função


Materiais segundo o tipo de ligação

Tetraedro que representa a contribuição relativa dos diferentes

18/18

Tetraedro que representa a contribuição relativa dos diferentes tipos de ligação para categorias de materiais de engenharia

(metais, cerâmicas e polímeros)

Documents

Definição e Classificação dos Materiais - pmt.usp.br Ciencia dos Materiais_Apresentacao.pdf · Objetivos • Apresentar a relação entre Ciência dos Materiais e Engenharia de