PRINCPIOS DA CINCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS REVISO

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS REVISÃO DAS AULAS 1 A 5 Professor: Iran Aragão

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS OBJETIVO DA AULA Fazer uma breve revisão do conteúdo das aulas 1 a 5. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS CLASSIFICAÇÃO • Os materiais sólidos são freqüentemente classificados em três grandes grupos principais: • Materiais metálicos: • Materiais cerâmicos: • Materiais poliméricos ou plásticos: REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS METAIS » Possuem elétrons livres; » Bons condutores de eletricidade e calor; » Não transparentes; » Muito resistentes; » Facilmente deformáveis e pesados. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS CER MICAS » Composições de elementos metálicos e não metálicos; » Normalmente isolantes; » Duros e frágeis (quebradiços); » Resistente a altas temperaturas (refratários); REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS POLÍMEROS » Compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não metálicos; » Baixa condutividade elétrica; » Tipicamente tem baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS LIGAÇÕES QUÍMICAS • Representam a união entre os átomos de um mesmo elemento ou de elementos diferentes. • Dependendo dos átomos que se unem, as ligações podem ser iônicas, covalentes, metálicas. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Ligação iônica • Resulta da atração entre cátions e ânions. • Todas as substâncias iônicas são sólidas. • Apresentam-se na forma de cristais. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS Covalente • Elétrons sendo compartilhados com átomos adjacentes; • Esse tipo de ligação é comum em compostos orgânicos, por exemplo em materiais poliméricos e diamante. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS AS 14 REDES DE BRAVAIS • Dos 7 sistemas cristalinos podemos identificar 14 tipos diferentes de células unitárias, conhecidas com redes de Bravais. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS REDES BRAVAIS • As redes cristalinas mais importantes: Ø Cúbica: - Cúbica de corpo centrado (CCC); - Cúbida de face centrada (CFC). Ø Hexagonal: - Hexagonal compacta (HC). REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS REDE CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC) NC: Número de Coordenação, que corresponde ao número de átomos vizinhos mais próximos. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS REDE CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC) • Fator de empacotamento atômico (APF= atomic packing factor) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS REDE CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC) a=4 R REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS REDE CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC) a=4 R REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS REDE HEXAGONAL COMPACTA (HC) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS REDE HEXAGONAL COMPACTA (HC) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS ALOTROPIA DO FERRO PURO A temperaturas abaixo de 912° o Fe apresenta-se na forma alotrópica (CCC); Acima de 912° até 1394° (CFC); Acima de 1394° até 1538° (CCC). A alotropia do Fe é importante porque a forma alotrópica pode dissolver o Carbono (C) até 2%, o que tem grande significado no tratamento térmico dos aços. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS DEFORMAÇÃO • Tipos de deformações: Ø Elásticas: os átomos se afastam das posições originais sem ocuparem novas posições. O material retorna às suas dimensões originais, quando é cessada o motivo da deformação. Ø Plásticas: ao retirarmos o esforço, o material não retorna às suas dimensões originais. Suas dimensões originais ficam alteradas após cessar o esforço externo. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS ELASTICIDADE Tensão e deformação suficientemente pequenas. A constante de proporcionalidade entre deformação denomina-se LEI DE HOOKE. tensão e S. I: Newton/metro (N/m) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS (MPa) Curva Tensão ( ) x Deformação ( ) LR f LE Deformação plástica uniforme Deformação plástica não uniforme =E Região elástica Região plástica Deformação plástica total LR LE E = Tensão limite de resistência (TS - tensile strength) = Tensão limite de escoamento (YS - yield strength) = Módulo de elasticidade REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Diagrama Tensão - Deformação: Materiais Dúcteis ü Quando uma grande deformação plástica ocorre entre o limite de elasticidade e o ponto de fratura, dizemos que esse material é DUCTIL. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS EXERCÍCIO ØCalcule a deformação elástica que acontece em um tirante que está submetido a uma força de tração de 10 000 N. O tirante tem seção circular constante cujo diâmetro vale 5 mm, seu comprimento é 0, 4 m e seu material tem módulo de elasticidade valendo 2, 1 x 105 N / mm 2. Δl = F. l / E. A F = 10000 ; E = 2, 1 x 105 N/mm 2 ; l = 400 mm A = d 2/4 = 3, 14 x 52/4 = 19, 625 mm 2 l= (10000 x 400) /(210000 x 19, 625) Resposta: l= 0, 97 mm REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS EXERCÍCIO Uma peça de cobre de 400 mm é tracionada com uma tensão de 220 MPa. Se a deformação é considerada totalmente elástica, qual será o alongamento da peça? �= E. �L/L 0 �L = ��� L 0/E E é obtido de uma tabela: Assim: ECu = 11. 0 x 104 MPa �L = 220. 400/11. 0 x 104 = 0. 80 mm REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS DIAGRAMA FASES Diagrama de fases da água (1 atm = 760 torr) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS DIAGRAMA FASES Diagrama de equilíbrio para o cobre (puro), condições – indicando as pressão e temperatura, onde este metal se encontra na fase sólida, líquida ou vapor (1 N/m 2 = 9, 868× 10 -6 atm; Ponto de fusão aprox 1085°C) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS DIAGRAMA FASES REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS SOLUBILIDADE Ø O limite de solubilidade corresponde a concentração máxima que se pode atingir de um soluto dentro de um solvente. Ø O limite de solubilidade depende da temperatura. Em geral, tendem a crescer juntos. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS SISTEMAS BINÁRIOS (características) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS SISTEMAS BINÁRIOS (ISOMORFO) Diagrama Cobre-Níquel Ø Os dois componentes formam uma única solução sólida em qualquer composição. Ø Ou seja, há solubilidade total em qualquer proporção de soluto. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO) Ø Reação Eutética transformação imediata de fase líquida em fase sólida. Ø Nos sistemas eutéticos ocorre a reação, onde , durante a fusão, um líquido se transforma em dois sólidos e vice versa. • Reação eutética: L (sólido 1 + sólido 2) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS SISTEMAS BINÁRIOS (EUTÉTICO) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS SISTEMAS BINÁRIOS (EUTETÓIDE) Ø Reação Eutetóide: sólido 1 (sólido 2 + sólido 3) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS CONCEITOS DE GRÃOS Ø Encruamento do grão: v Forjamento: Processo de transformação de metais por prensagem ou martelamento. v Laminação: Processo de deformação plástica no qual o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos em rotação. É o de maior uso em função de sua alta produtividade e precisão dimensional. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS ENCRUAMENTO DO GRÃO REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS ENCRUAMENTO DO GRÃO Ø Aumento do grau de encruamento: v aumento limite de resistência; v diminuição da dutilidade do material, ficando mais frágil e resistindo menos a esforços de impacto REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO - FE – C REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Diagrama de equilíbrio - Fe – C Temperatura Formas do Ferro Tamb – 912ºC – 1394ºC 1294ºC – 1538ºC Ferrita (α – Fe, CCC) Austenita ( – Fe, CFC) Delta Ferrita (δ – Fe, CCC) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Diagrama de equilíbrio - Fe – C Solubilidade do C no Fe Na fase α Máximo de 0. 022% Na fase Máximo de 2. 11 % REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO - FE – C Cementita – Fe 3 C Ø Composto estável que se forma nas fases α e quando a solubilidade máxima é excedida, até 6. 7 wt%C. Ø É dura e quebradiça. A resistência de aços é aumentada pela sua presença. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS • 0 -0. 008 wt% C – Ferro Puro • 0. 008 -2. 11 wt% C – Aços (na prática <1. 0 wt%) • 2. 11 -6. 7 wt% C – Ferros fundidos (na prática <4. 5 wt%) REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS Concentração Eutetóide: v A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide, toda a fase se transforma em perlita (ferrita + Fe 3 C) de acordo com a reação eutetóide. Estas duas fases tem concentração de carbono muito diferentes. Esta reação é rápida. Não há tempo para haver grande difusão de carbono (0, 77 wt% C). REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS Concentração Hipo-Eutetóide: v Inicialmente, temos apenas a fase . Em seguida começa a surgir a fase α nas fronteiras de grão da fase . A uma temperatura imediatamente acima da eutética a fase α já cresceu, ocupando completamente as fronteiras da fase . A concentração da fase α é 0. 22 wt%C. A concentração da fase é 0. 77 wt%C, eutetóide. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS Concentração Hipo-Eutetóide: v A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase se transforma em perlita (ferrita eutetóide + Fe 3 C). A fase α, que não muda, é denominada ferrita pro-eutetóide. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS Concentração Hiper-Eutetóide: v Em seguida a fase começa a surgir a fase Fe 3 C, nas fronteiras de grão da fase . A Concentração da Fe 3 C é constante igual a 6. 7 wt%C. A concentração da austenita cai com a temperatura seguindo a linha que separa o campo + Fe 3 C do campo . A uma temperatura imediatamente acima da eutetóide a concentração da fase é 0. 77 wt%C, eutetóide. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS FERROSAS Concentração Hiper-Eutetóide: v A uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide toda a fase se transforma em perlita. A fase Fe 3 C, que não muda, é denominada cementita proeutetóide. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: a) Qual a temperatura de fusão do Pb e do Sn? b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus: c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %. d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga 30 -70 (70%Pb e 30%Sn) na temperatura de 200º. e) Identifique as Linhas Solvus. f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: a) Qual a temperatura de fusão do Pb e do Sn? estanho puro 232 o C e chumbo puro 320 o C b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus: c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %. d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga 30 -70 (70%Pb e 30%Sn) na temperatura de 200º. e) Identifique as Linhas Solvus. f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus: REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: b) Identifique as Linhas Sólidus e Líquidus: c) Identifique o ponto Eutético, sua temperatura e suas %. liga eutética com 63% Sn e 37% de Pb REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: d) Use a Regra da Alavanca e estude a liga 30 -70 (70%Pb e 30%Sn) na temperatura de 200º. 17% – 30 % – 50 % R = 30 – 17 = 13 S = 50 – 30 = 20 α L = 20/33 = 0, 6061 α = 0, 3939 REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS EXERCÍCIO Leia o Diagrama Chumbo-Estanho apresentado a seguir e responda: e) Identifique as Linhas Solvus. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS EXERCÍCIO f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique. Especificar a liga eutética com 63% Sn e 37% de Pb, que uma liga com essa composição se comporta como uma substância pura, com um ponto definido de fusão, no caso 183 o C. Esta é uma temperatura inferior a temperatura de fusão dos metais que compõem esta liga (estanho puro 232 o C e chumbo puro 320 o C), o que justifica sua ampla utilização na soldagem de componentes eletrônicos, onde o excesso de aquecimento deve sempre ser evitado. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS EXERCÍCIO f) Se você fosse especificar uma liga para ser utilizada em processos de soldagem, qual seria sua composição. Justifique. REVISÃO AULAS 1 A 5

PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Bom Estudo! Até a próxima aula! REVISÃO AULAS 1 A 5