Classificação dos materiais

Profa. Daniela Becker

Classificação dos materiais

A classificação tradicional dos

materiais é geralmente baseada

na estrutura atômica e química

destes.

Classificação dos materiais

MetaisCerâmicosPolímerosCompósitosSemicondutoresBiomateriais

Classificação dos MateriaisMetais

Materiais metálicos são geralmenteuma combinação de elementosmetálicos.Os elétrons não estão ligados a nenhum átomo em particular e porisso são bons condutores de calor e eletricidadeNão são transparentes à luz visívelTêm aparência lustrosa quandopolidosGeralmente são resistentes e deformáveisSão muito utilizados para aplicaçõesestruturais

Classificação dos metais

Ligas ferrosasAços com baixo, médio e alto teor de carbonoAços inoxdiváveis (liga de cromo)Aço liga

Ferros fundidosFerros cinzento, nodular e branco

Ligas não ferrosasCobre e suas ligasAlumínio e suas ligas

Classificação dos aços

QUANTO A COMPOSIÇÃOAço-Carbono - sem elemento de liga

(elementos residuais: Si, Mn, P, S)Alto, baixo e médio teor de carbono

Aço Liga baixa liga (máximo 3-3,5%) média ligaalta liga (teor total mínimo de 10-

12%)

Propriedades dos aços-carbono

A resistência aumenta com o teor de CarbonoA ductilidade diminui com o teor de CarbonoSão aços de relativa baixa durezaOxidam-se facilmenteSuas propriedades deterioram-se a baixas e altas temperaturasSão os mais usados e de mais baixo custo

Propriedades dos aços baixo carbono

AÇO BAIXO CARBONO < 0,3% C

Estrutura é usualmente ferrítica e perlíticaSão fáceis de conformar e soldarSão aços de baixa dureza e alta ductilidade

Propriedades dos aços médio carbono

AÇO MÉDIO CARBONO 0,3-0,8% C

São aços de boa temperabilidade em águaApresentam a melhor combinação de tenacidade e ductilidade e resistência mecânica e durezaSão os aços mais comuns, tendo inúmeras aplicações em construção mecânica

Propriedades dos aços médio carbono

AÇO ALTO CARBONO > 0,8% C

Apresentam baixa conformabilidade e tenacidadeApresentam alta dureza e elevada resistência ao desgasteQuando temperados são frágeis

Aços ligados

ELEMENTOS DE LIGA MAIS COMUNSCrNiVMoWCoBCuMn, Si, P, S (residuais)

Efeito dos elementos de liga

Aumentam a dureza e a resistência Conferem propriedades especiais como:

Resistência à corrosãoEstabilidade à baixas e altas temperaturasControlam o tamanho de grãoMelhoram a conformabilidadeMelhoram as propriedades elétricas e magnéticasDiminuem o peso (relativo à resistência específica)

NÍQUEL

Aumenta a resistência ao impacto (2-5% Ni)Aumenta consideravelmente a resistência àcorrosão em aços baixo carbono (12-20% Ni)Com 36% de Ni (INVAR) tem-se coeficiente de expansão térmica próximo de zero.

Usado como sensores em aparelhos de precisão

CROMO

Aumenta a resistência à corrosão e ao calorAumenta a resistência ao desgaste (devido àformação de carbetos de cromo)Em aços baixa liga aumenta a resistência e a durezaÉ normalmente adicionado com Ni (1:2)

TUNGSTÊNIO

Mantém a dureza a altas temperaturasForma partículas duras e resistentes ao desgaste à altas temperaturas

Presente em aços para ferramentas

Sistema de classificação dos aços

AISI-SAE XXXX1XXX Aço-carbono

10XX Aço-carbono comum11XX teores diferenciados de S12XX teores diferenciados de S e P13XX alto teor de Mn (1,6-1,9%)

Sistema de classificação dos aços

2XXX Aço ao Níquel3XXX Aço ao Níquel e Cromo4XXX Aço ao Molibidênio

40XX Mo 0,15-0,3%41XX Mo, Cr43XX Mo, Cr, Ni

5XXX Aço ao Cromo6XXX Aço ao Cromo e Vanádio8XXX Aço ao Níquel, Cromo e Molibidênio9XXX Outros

Ferros fundidos

Formam uma classe de ligas ferrosas que possui teores de carbono acima de 2,14% (3,0 a 4,5%C);Temperaturas de fusão mais baixas (1150 e 1300ºC)

Ferro Cinzento

2,5 a 4,0%C e 1,0 a 3,0%SiÉ fraco e frágil quando submetido a traçãoSão eficientes no amortecimento de energia vibracionalElevada resistência ao desgasteBaixo custo

Ferro nodular

Adição de pequenas quantidade de magnésio e/ou cérioMais resistentes e dúcteisAplicação: válvulas, corpos de bombas, virabrequins, engrenagens e outros componentes automotivos e de máquinas

Ferro Branco

Ferros fundidos com baixo teor de sílicio(<0,1%) e taxas de resfriamento rápidasExtremamente duro e frágil (impossível de ser usinado)Aplicações que necessitam um superfície muito dura e muito resistência à abrasão

Limitação dos aços e outras ligas ferrosas

Densidade relativamente altaCondutividade elétrica comparativamente baixaSuscetibilidade inerente à corrosão em alguns ambientes

Cobre e suas ligas

O cobre quando não se encontra na forma de liga é muito mole e dúctilAltamente resistente a corrosãoA maioria das liga de Cu não podem ser endurecidas ou ter a sua resistência melhora por tratamento térmicoLatões – Zn é o elemento de liga predominanteBronze – vários elementos incluindo estanho, Al, Si e o Ni

Al e suas ligas

Densidade relativamente baixa (2,7g/cm3);Condutividade elétrica e térmica elevadasResistência a corrosãoAlta ductibilidade (mesmo em temperaturas baixas)Baixa temperatura de fusão (660ºC)Elementos de liga Cu, Mg, Si, Mn e o Zn

Ti e suas ligas

O metal puro tem densidade relativamente baixa, elevado ponto de fusão e alto módulo de elasticidadeAs ligas são extremamente resistentesLimitação – reatividade química com outros materiais a temperaturas elevadas

Classificação dos Materiais

Cerâmicas Materiais cerâmicos são geralmenteuma combinação de elementosmetálicos e não-metálicos.Geralmente são óxidos, nitretos e carbetosSão geralmente isolantes de calor e eletricidadeSão mais resistêntes à altastemperaturas e à ambientes severosque metais e polímerosCom relação às propriedadesmecânicas as cerâmicas são duras, porém frágeis

ALUMINA

Materiais Cerâmicos

VidrosProdutos a base de argilaRefratáriosCimentosCerâmicas avançadas

Vidros

Usados em enormes quantidadesTodos os vidros importantes são à base se sílica (SiO2)Principais

Vidro comum de janelaVidros de borossilicatos resistentes à temperatura

Produtos a base de argila

Facilidade de conformaçãoSão aluminosilicatos (Al2O3 e SiO2)Produtos estruturaisPorcelanaLouça e objetos de cerâmicatijolo

Refratários

Capacidade de resistir a temperaturas elevadas sem fundir ou decomporCapacidade de permanecer não-reativo e inerte quando expostos a ambientes severosSão divididos em : argila refratária, sílica básica e refratários especiais

Cimentos

Cimentos inorgânicos: cimento, gesso-de-paris e calA característica destes materiais é que quando misturados a em água formam uma pasta

Cerâmicas Avançadas

Materiais cerâmicos que apresentam propriedades elétricas, magnética e óticasAplicações: motores a combustão interna e de turbina, chapas de blindagem, embalagens de componentes eletrônicos, ferramentas de corte e para conversão, armazenamento e geração de energiaExemplos: Alumina densa, carboneto, nitretode silício, zircônia cúbica

Classificação dos Materiais

Polímeros Materiais poliméricos são geralmentecompostos orgânicos baseados emcarbono, hidrogênio e outroselementos não-metálicos.

São constituídos de moléculas muitograndes (macro-moléculas)

Tipicamente, esses materiaisapresentam baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis

Materiais poliméricos incluemplásticos e borrachas

Conceitos

temperaturapressão

ativadorescatalisadores

Monômero (gás / líquido)

Polímero (sólido)

MONÔMERO = molécula pequena

MERO = unidade (estrutura química) de repetição da molécula

OLIGÔMERO = molécula com poucos meros

POLÍMERO = macromolécula com muitos meros

Homopolímero apenas um único tipo de mero

Copolímero dois ou mais meros

Em relação ao número de diferentes meros

Exemplos de copolímeros

ABS (terpolímero de acrilonitrila, butadienoestireno) – muito utilizado na indústria automobilística (peças sujeitas a grandes esforços mecânicos)SAN (copolímero de estireno acrilonitrila) –peças de alta transparência e que pode entrar em contato com alimentos (copos de liquidificadores, partes internas de refrigerador

Poliolefinas polipropileno, polibutadieno, poliestirenoPoliésteres poli(tereftalato de etileno), policarbonatoPoliéteres poli(óxido de etileno), poli(óxidode fenileno)

Em relação a estrutura química dos meros

Poliamidas nylon, polimida

Polímeros celulósicos nitrato de celulose, acetato

de celulose

Polímeros acrílicos poli(metacrilato de metila),

poliacrilonitrila

Polímeros vinílicos poli(acetato de vinila),

poli(álcool vinílico)

Poliuretano

Resinas formaldeídas

Classificação quanto a fusibilidade

Refere-se ao comportamento ao seremaquecidos

TermoplásticosTermorígidos

Classificação – fusibilidade (comportamento térmico)

Termoplástico

Classificação – fusibilidade

Termofixo

Classificação quanto ao comportamentomecânico

Plásticos –São materiais em que algum estágio da fabricação sãofluídos, podendo ser moldados por aquecimento, pressão, ou ambos

Elastômeros (ou borrachas)São materiais de origem natural ou sintética que, apóssofrerem deformação sob ação de uma força, retornam a sua forma original quando esta força é removida

FibrasSão corpos em que a razão entre comprimento e as dimensões laterais são muito elevadas

Classificação dos materiais

Cadeia Molecular Orgânica de Comprimentos Elevados

Dúctil, Baixa Resistência Mecânica, Baixa Dureza,

Flexível, Baixa Estabilidade Térmica, Transparentes em

Alguns Casos

POLIMÉRICOS(Plásticos)

Óxidos, Silicatos, Nitretos, Aluminatos,

etc.

Frágil, Isolante Térmico e Elétrico, Alta Estabilidade Térmica, Dureza Elevada

Transparentes em Alguns Casos

CERÂMICOS

Átomos Metálicos e Não-Metálicos

Dúctil, Resistência Mecânica Elevada, Condutor Elétrico e

Térmico, Dureza Elevada, Opaco

METÁLICOS

CONSTITUINTES TÍPICOSCARACTERÍSTICASTIPO DE MATERIAL

Classificação dos MateriaisCompósitos Materiais compósitos são

constituídos de mais de um tipo de material insolúveis entre si.Os compósitos são “desenhados”para apresentarem a combinaçãodas melhores características de cada material constituinteMuitos dos recentes desenvolvimentoem materiais envolvem materiaiscompósitosUm exemplo classico é o compósitode matriz polimérica com fibra de vidro. O material compósitoapresenta a resistência da fibra de vidro associado a flexibilidade do polímero

Exemplos

Polímero com fibra de vidro, fibra de carbono, fibra natural e outrosCimentos armado, cermetPneus de banda de aço

Semicondutores Materiais semicondutoresapresentam propriedadeselétricas que são intermediáriasentre metais e isolantesAlém disso, as característicaselétricas são extremamentesensíveis à presença de pequenas quantidades de impurezas, cuja concentraçãopode ser controlada empequenas regiões do material Os semicondutores tornarampossível o advento do circuitointegrado que revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores

Classificação dos Materiais

Alguns exemplos

Silícioum material semicondutor muito abundante, tem um interesse muito especial na indústria eletrônica e microeletrônica, como material básico para a produção de transistores para chips, células solares e em diversas variedades de circuitos eletrônicos.

GermânioFibra óptica. Eletrônica: Radares, amplificadores de guitarras elétricas, ligas metálicas de SiGe em circuitos integrados de alta velocidade

Classificação dos Materiais

Biomateriais Biomateriais são empregados emcomponentes para implantes de partes em seres humanosEsses materiais não devemproduzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não devecausar rejeição).Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados comobiomateriais.

Exemplos

Metais –aços inoxidáveis, principalmente os austeníticos (ortopedia –confecção de próteses articuladas e elementos estruturais)

Cerâmicas

Tipos de biocerâmicas

Bioinertes

Bioativas

Reabsorvível

Material que induz cresicmento tecidual

(osteoindução / osteocondução) (vidros e vitrocerâmicos, fosfato

de cálcio

Material que biodegrada no organismo, sendo que os

produtos da degradação são metabolizados sem causar

efeitos nocivos

Material que permanece no organismo sem induzir resposta tecidual significativa (Alumina, Zirconia, Carbono)

Polímeros

Vantagens do uso de biomateriais poliméricos

Facilidade de fabricação em diversos formatos, permitindo bom acabamento;

Elevada eficiência dos processos de fabricação, permite elevada produtividade;

Diversidade de propriedades;

Baixa densidade;

Baixo consumo energético p/ processamento;

Resistência a corrosão

Comportamento elastomérico;

Possibilidade de polimerização “in situ”;