Estrutura e Propriedades dos Materiais Prof. Rubens Caram Sala EE-211 rcaram@fem.unicamp.br 1
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
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.
MATERIAIS, CIVILIZAÇÕES E ERAS
MATERIAIS, CIVILIZAÇÕES E ERAS
IDADE DA PEDRA ERAS: IDADE DA PEDRA IDADE DA PEDRA/COBRE IDADE DO BRONZE IDADE DO FERRO IDADE DA PEDRA INICIOU-SE HÁ 2,5 MILHÕES DE ANOS E AINDA PERSISTE EM ALGUNS LUGARES - AUSTRÁLIA;
ANATÓLIA
REFINO DE COBRE Malaquita Minério de Cu Peça Fundida em Cu 5000 a.c.
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS Materiais Metálicos Materiais Poliméricos Materiais Cerâmicos
TIPOS DE MATERIAIS 1. Suspensão: MM, MCP, MP 2. Sistema de Injeção: MSC, MP, MC 3. Sistema de Refrigeração: MM, MSC 4. Motor: MM, MC 5. Sistema de Ignição: MSC, MP, MC 6. Transmissão: MM, MC, MCP, MP 7. Sistema de Lubrificação: MM, MP, MC
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)
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
MATERIAIS CERÂMICOS MATERIAIS INORGÂNICOS COM ELEMENTOS METÁLICOS E NÃO-METÁLICOS. PODEM SER CRISTALINOS, NÃO-CRISTALINOS OU A MISTURA DE AMBOS EX.: ALUMINA (Al 2 O 3 ), VIDRO
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.
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
BIOMATERIAIS SUBSTÂNCIAS NATURAIS OU SINTÉTICAS TOLERADAS DE FORMA TRANSITÓRIA OU PERMANENTE, PELOS DIVERSOS TECIDOS QUE CONSTITUEM O ORGANISMO HUMANO
COMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO COMPETIÇÃO É UM PROCESSO QUE EXISTE DESDE QUE O HOMEM INICIOU A PRODUÇÃO DE BENS E UTENSÍLIOS DESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS E EQUIPAMENTOS É QUASE SEMPRE BASEADO EM MATERIAIS DE CONCEPÇÃO ATUALIZADA DESENVOLVIMENTO 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 DISPONIBILIDADE EXEMPLOS DE SUBSTITUIÇÃO: FERRO FUNDIDO PELO ALUMÍNIO EM BLOCOS DE MOTORES METAIS POR COMPÓSITOS EM AERONAVES METAIS POR PLÁSTICOS EM AUTOMÓVEIS Si E Ge POR COMPOSTOS SEMICONDUTORES METAIS POR CERÂMICAS NA INDÚSTRIA ESPACIAL
COMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO
COMPOSIÇÃO DE UM AUTOMÓVEL MÉDIO AMERICANO 1978 Peso 2.000 kg Alumínio 3 5 % Plásticos 10 20% Ferrosos Mais de 60 % Alumínio 5 10 % Plásticos 10 20 % Ferrosos 50-55 % 1985 Peso 1.500 kg
ESTRUTURA DOS MATERIAIS CARACTERÍSTICAS PROPIEDADES COMPORTAMENTO 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
Estrutura dos Materiais Níveis Subatômico Atômico Microscópico Macroscópico Estruturas de Engenharia Circuitos Integrados Corpo de Prova Muralha da China Microestrutura Contornos de Grão Grãos Objeto Arranjos Atômicos Células Unitárias Moléculas Monômeros Polímeros Átomos Núcleo Partículas Elementares Escala (m) 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 10 0 10 3
COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS n=8 n=1 5 µm
COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS
COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS AO NÍVEL ATÔMICO E MICROSCÓPICO AFETA AS PROPRIEDADES DO MATERIAL ALUMINA POLICRISTALINA ALUMINA MONOCRISTALINA ALUMÍNIO MAGNÉSIO
COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS AO NÍVEL ATÔMICO E MICROSCÓPICO AFETA AS PROPRIEDADES DO MATERIAL ALUMÍNIO MAGNÉSIO
COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS Aço 1020 Aço 1045 Aço 1070 Ferrita + perlita Perlita