Introdução

1º semestre / 2016

Universidade Estadual de Ponta Grossa Departamento de Engenharia de Materiais Disciplina: Ciência dos Materiais 1

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204072: Ciência dos Materiais 1

Objetivo da disciplina... Apresentar conceitos fundamentais de

Ciência dos Materiais

Você aprenderá sobre: • estrutura dos materiais

• como a estrutura dita as propriedades

• como o processamento pode modificar a estrutua

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Livro texto: • Materials Science and Engineering: An Introduction,

W.D. Callister, Jr. and D.G. Rethwisch, 8th edition,

John Wiley and Sons, Inc. (2010).

Bibliografia

Complementar: • Lawrence H. Van Vlack “Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais”

4a Edição, editora Campus • Askeland, D.R. Fulay, P.P; Wright, W.J. The Science and Engineering of

Materials. 6. ed. Stamford: Cengage Learning, 2006.

• R. A. Higgins “Propriedades e Estruturas dos Materiais em Engenharia”,

editora Difel. • A. F. Padilha “Materiais de Engenharia – Microestrutura e

Propriedades”, Editora Hemus.

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http://profevaldocm.wordpress.com/

• Informações gerais da disciplina

• Slides

• Listas de exercícios

• Notas

SITE DA DISCIPLINA

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SISTEMA DE AVALIAÇÃO

A primeira nota parcial (1ª NP) será constituída pela

média aritmética de duas provas denominadas de P1 e P2.

A segunda nota parcial (2ª NP) será constituída pela

média aritmética de duas provas denominadas de P3 e P4.

A nota do exame final (NEF) será constituída pela nota de

uma única prova na qual será avaliado

todo o conteúdo da disciplina.

𝑁𝐹 =1ª𝑁𝑃 + 2ª𝑁𝑃 + 𝑁𝐸𝐹

3≥ 5,0

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Datas das provas

P1 Turma A: 18/04/2016

Turma B: 19/04/2016

P2 Turma A: 16/05/2016

Turma B: 17/05/2016

Exame final (data para as duas turmas) 27/07/2016

Todo o conteúdo da disciplina

P3 Turma A: 13/06/2016

Turma B: 14/06/2016

P4 Turma A: 11/07/2016

Turma B: 12/07/2016

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Introdução

• O que é ciência dos materiais?

• Por que eu devo saber sobre ela?

• Materiais definem nossa sociedade – Idade da Pedra (2,5 milhões a.C.)

– Idade do Bronze (3500 a.C.)

– Idade do Ferro (1000 a.C)

– Agora? • Idade do silício?

• Idade do polímero?

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Definições

• Ciência dos Materiais

– Investigação das relações entre composição/estrutura e

propriedades dos materiais

• Engenharia dos Materiais

– Projeto, desenvolvimento ou aperfeiçoamento de técnicas

de processamento de materiais (= técnicas de fabricação)

com base nas relações composição/estrutura e

propriedades.

– E também:

• Desenvolvimento de formas de produção de materiais

socialmente desejáveis a custo socialmente aceitável.

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

• “Ciência e Engenharia dos Materiais é a área da atividade humana associada com 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 ou visando melhorias no desempenho.

– Desenvolvimento de novos materiais para aplicações conhecidas.

– Desenvolvimento de novos materiais para novas aplicações.

Definições

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Objeto

da

Ciência

e

Engenharia

de

Materiais

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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) – Sólidos Amorfos (alguns nm) e Sólidos Cristalinos

(~ >100 nm até mm=10-3m)

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

• Macroestrutura (normalmente igual ou maior que mm)

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Bloco de motor em liga

de alumínio fundido

(material em desenvolvimento)

Ford Motor Company

Escala

Atômica

Escala

“Nano”

Escala

“Micro”

Escala “Macro”

Estruturas

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Tipos de materiais • Metais:

– Resistentes, dúcteis

– Condutividade térmica e elétrica elevadas

– Opacos, refletivos.

• Polímeros/plásticos: Ligação covalente compartilhamento de e’s

– Moles, dúcteis, baixa resistência, baixa densidade

– Isolantes térmicos e elétricos

– Translúcidos ou transparentes

• Cerâmicas: ligação iônica – compostos de elementos metálicos e não metálicos (ex. óxidos, carbetos, nitretos)

– Frágeis, vítreo, deformação elástica

– Isolantes

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• Propriedade

– Tipo e intensidade da resposta a um estímulo que é imposto

ao material

• As principais propriedades dos materiais podem ser

agrupadas em:

– Mecânicas

– Elétricas

– Térmicas

– Magnéticas

– Ópticas

– Químicas

– de Degradação (corrosão, oxidação, desgaste)

Propriedades de um Material

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Processamento e Desempenho • Processamento: conjunto de técnicas para obtenção de

materiais com formas e propriedades específicas.

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

Exemplo : Três amostras de óxido de alumínio (Al2O3) processadas por diferentes rotas.

Monocristal

(transparente)

Policristal

denso

(translúcido)

Policristal

poroso

(opaco)

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São muitas perguntas...

...a serem RESPONDIDAS em cada caso!

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Exemplo – Implante de quadril

Adapted from Fig. 22.25, Callister 7e.

18 Adapted from Fig. 22.26, Callister 7e.

Exemplo – Implante de quadril

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• Usar o material certo para o serviço.

• Entender a relação entre propriedades,

estrutura and processamento.

Metas do curso:

RESUMO

• As propriedades dos materiais dependem da

sua composição e estrutura

Capítulos do Callister abordados

• Callister 8ª edição

– Capítulo 1