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Por que estudar Engenharia de Materiais?

Por que estudar Engenharia de Materiais?

Qual é a importância da Caracterização dos Materiais?

Qual é a importância da Caracterização dos Materiais?

INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS

MATERIAIS: SUBSTÂNCIAS USADAS PARA COMPOR TUDO O QUE ESTÁ A NOSSA VOLTAMATERIAIS: SUBSTÂNCIAS USADAS PARA COMPOR TUDO O QUE ESTÁ A NOSSA VOLTAMATERIAIS NORMALMENTE ENCONTRADOS: MADEIRA, VIDRO, AÇO, PLÁSTICO, PAPEL, COBRE, CONCRETO

MATERIAIS NORMALMENTE ENCONTRADOS: MADEIRA, VIDRO, AÇO, PLÁSTICO, PAPEL, COBRE, CONCRETO PRODUÇÃO E TRANSFORMAÇÃO: UMA DAS MAIS IMPORTANTES ATIVIDADES ECONÔMICASPRODUÇÃO E TRANSFORMAÇÃO: UMA DAS MAIS IMPORTANTES ATIVIDADES ECONÔMICASPRODUTO ⇒ PROJETO ⇒ SELEÇÃO E ESPECIFICAÇÃO DE MATERIAISPRODUTO ⇒ PROJETO ⇒ SELEÇÃO E ESPECIFICAÇÃO DE MATERIAISPROJETISTA (ENGENHEIRO): CONCEITUAÇÃO ATUALIZADA DA ESTRUTURA INTERNA DOS MATERIAIS

PROJETISTA (ENGENHEIRO): CONCEITUAÇÃO ATUALIZADA DA ESTRUTURA INTERNA DOS MATERIAIS

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 E A HISTÓRIA

METAIS AMORFOS

Classificados como “Novos Materiais”Obtidos pela 1a. Vez no Caltec, em 1960Solidificação rápida da liga Au-25%Si

Até esse feito sempre se associou aos metais estruturas cristalinasPesquisas sistemáticas foram iniciadas 1967, quando se obteve estrutura amorfa da liga Fe75P15C10, com propriedades magnéticas interessantes1969: produção de fitas contínuas de metais amorfosPrincipal técnica de produção de metais amorfos: técnica de solidificação rápidaMetais amorfos - obtidos sob resfriamento rápido: 104-108 K/s

CRISTAL X AMORFO

Metais Vidro Metálico

Cristal Amorfo

Amostras dos novos vidros metálicos à base de titânio, os compósitos mais resistentes

construídos até hoje.[Imagem: PNAS/Douglas Hofmann/Caltech]

Amostras dos novos vidros metálicos à base de titânio, os compósitos mais resistentes

construídos até hoje.[Imagem: PNAS/Douglas Hofmann/Caltech]

Nanopeças produzidas com moldes feitos com metais amorfos. As dimensões das peças variam de 13

nanômetros até vários milímetros.[Imagem: Kumar/Schroers(Yale)]

APLICAÇÕES

Considerando que o metal amorfo pode ser moldado como plástico mas é mais durável do que o silício ou o aço, engenheiros criaram um processo que poderá revolucionar a fabricação de nanomáquinas e qualquer outra estrutura em nanoescala, desde memórias de computador até sensores biomédicos para uso no interior do corpo humano, utilizando moldes de metais amorfos.

Considerando que o metal amorfo pode ser moldado como plástico mas é mais durável do que o silício ou o aço, engenheiros criaram um processo que poderá revolucionar a fabricação de nanomáquinas e qualquer outra estrutura em nanoescala, desde memórias de computador até sensores biomédicos para uso no interior do corpo humano, utilizando moldes de metais amorfos.

RAQUETE DE TENIS HEAD™$160.00 - $250.00

TACOS DE BASEBALL : RAWLINGS™$130.00 - $170.00

TACOS E BOLAS DE GOLF : MIZUNO SPORTS, MARUMAN GOLF &

BRIDGESTONE SPORTS

APLICAÇÕESAltíssima resistência e baixo amortecimento mecânico é atrativo para aplicações onde énecessário transmissão de ondas elásticas

DOBRADIÇAS DE TELEFONES CELULARES : SONY™Para o modelo SCH-X850

CARCAÇAS PARA EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS

APLICAÇÕES

APLICAÇÕES

MOLASA alta energia elástica armazenada por

unidade de volume e massa, e baixo amortecimento mecânico !!!!

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAISMateriaisMetálicos

Materiais Cerâmicos

Materiais Poliméricos

Materiais Compositos

TIPOS DE MATERIAIS

MATERIAIS METÁLICOS

SUSTÂNCIAS INORGÂNICAS COMPOSTAS POR UM OU MAIS ELEMENTOS METÁLICOS, PODENDO CONTER ELEMENTOS NÃO-METÁLICOS

SUSTÂNCIAS INORGÂNICAS COMPOSTAS POR UM OU MAIS ELEMENTOS METÁLICOS, PODENDO CONTER ELEMENTOS NÃO-METÁLICOS

EX.: AÇO (Fe+C), ALUMÍNIO, NÍQUEL, LATÃO (Zn+Cu)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

A MAIORIA DOS PLÁSTICOS EXIBE CADEIA MOLECULAR ORGÂNICA DE LONGA EXTENSÃO SEM CRISTALINIDADE. ALGUNS EXIBEM MISTURA DE REGIÕES CRISTALINAS E NÃO-CRISTALINASEX.: BORRACHA, NYLON, POLIETILENO, POLIESTIRENOEX.: BORRACHA, NYLON, POLIETILENO, POLIESTIRENO

MATERIAIS CERÂMICOS

MATERIAIS INORGÂNICOS COM ELEMENTOS METÁLICOS E NÃO-METÁLICOS. PODEM SER CRISTALINOS, NÃO-CRISTALINOS OU A MISTURA DE AMBOS

MATERIAIS INORGÂNICOS COM ELEMENTOS METÁLICOS E NÃO-METÁLICOS. PODEM SER CRISTALINOS, NÃO-CRISTALINOS OU A MISTURA DE AMBOS

EX.: ALUMINA (Al2O3), VIDROEX.: ALUMINA (Al2O3), 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.

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.EX.: FIBRA DE CARBONO OU DE VIDRO E MATRIZ DE RESINA EPOXI.

787 Dreamliner

MATERIAIS ELETRÔNICOS

DENTRE OS MATERIAIS ELETRÔNICOS, DESTACAM-SE OS SEMICONDUTORES: MATERIAIS COM PROPRIEDADESINTERMEDIÁRIAS 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 SUBSTITUIÇÃOCOMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃOCOMPETIÇÃO É UM PROCESSO QUE EXISTE DESDE QUE O HOMEM INICIOU A PRODUÇÃO DE BENS E UTENSÍLIOSCOMPETIÇÃO É UM PROCESSO QUE EXISTE DESDE QUE O HOMEM INICIOU A PRODUÇÃO DE BENS E UTENSÍLIOSDESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS EDESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS EEQUIPAMENTOS É QUASE SEMPRE BASEADO EMMATERIAIS DE CONCEPÇÃO ATUALIZADA

EQUIPAMENTOS É QUASE SEMPRE BASEADO EM MATERIAIS DE CONCEPÇÃO ATUALIZADADESENVOLVIMENTO DE NOVOS MATERIAIS OU OTIMIZAÇÃO DE MATERIAIS TRADICONAIS ESTÁ ASSOCIADO AOAPRIMORAMENTO DE PROPRIEDADES E A REDUÇÃO DE CUSTOS.

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:ALTERAÇÕES DAS CONDIÇÕES DE UM SISTEMA DE PRODUÇÃO RESULTA NA SUBSTITUIÇÃO DE MATERIAIS:– REQUISITOS TÉCNICOS, CUSTO E DISPONIBILIDADE– REQUISITOS TÉCNICOS, CUSTO E DISPONIBILIDADE

EXEMPLOS DE SUBSTITUIÇÃO: EXEMPLOS DE SUBSTITUIÇÃO: – FERRO FUNDIDO PELO ALUMÍNIO EM BLOCOS DE

MOTORES– FERRO FUNDIDO PELO ALUMÍNIO EM BLOCOS DE

MOTORES– METAIS POR COMPÓSITOS EM AERONAVES– METAIS POR COMPÓSITOS EM AERONAVES– METAIS POR PLÁSTICOS EM AUTOMÓVEIS– METAIS POR PLÁSTICOS EM AUTOMÓVEIS– Si E Ge POR COMPOSTOS SEMICONDUTORES– Si E Ge POR COMPOSTOS SEMICONDUTORES– METAIS POR CERÂMICAS NA INDÚSTRIA ESPACIAL– METAIS POR CERÂMICAS NA INDÚSTRIA ESPACIAL

COMPETIÇÃO E SUBSTITUIÇÃO

O comprimento dos dutos de admissão foi definido em simulação e otimizado para

privilegiar o torque em baixas rotações. Além disso, o material plástico faz com que a parede

interior do coletor seja menos rugosa, tornando o ar de admissão mais fluido. Assim,

a câmara de combustão se enche com mais facilidade e uniformidade, resultando em um

melhor rendimento volumétrico.

CARACTERÍSTICAS PROPIEDADESCOMPORTAMENTO DOS MATERIAIS

DEPENDEM DA ESTUTURA INTERNA

ANÁLISE DA ESTRUTURA DOS MATERIAIS

NÍVEL SUBATÔMICO: ÁTOMO INDIVIDUAL COMPORTAMENTO DE SEU NÚCLEO E ELÉTRONS

E

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

Estrutura dos Materiais R.Caram-25

Microestrutura

Estruturas de Engenharia

10-15 10-12

Subatômico Atômico Microscópico Macroscópico

ArranjosAtômicos

Escala (m)

Átomos

Moléculas

Partículas Elementares

Núcleo

Níveis

10-9 10-6 10-3 10 0 10 3

Objeto

Monômeros Polímeros

Células Unitárias

Contornos de Grão

Grãos

Circuitos Integrados Corpo de Prova Muralha da China

COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS

n=1 5 µmn=8

COMPORTAMENTO DOS MATERIAISDISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS AO NÍVEL ATÔMICO E MICROSCÓPICO AFETA AS PROPRIEDADES DO MATERIAL

DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS AO NÍVEL ATÔMICO E MICROSCÓPICO AFETA AS PROPRIEDADES DO MATERIAL

ALUMINA MONOCRISTALINA

ALUMINA POLICRISTALINA

COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS

DISPOSIÇÃO DOS ÁTOMOS AO NÍVEL ATÔMICO E MICROSCÓPICO AFETA AS PROPRIEDADES DO MATERIAL

ALUMÍNIO

MAGNÉSIO

Aço 1020 Aço 1045 Aço 1070

Ferrita + perlita Perlita

COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS

A microestrutura dos materiais cristalinos é constituída de defeitos, tais como vazios, trincas, contornos de grãos, contornos de subgrãos, contornos de maclas, falhas de empilhamento, discordâncias, defeitos

puntiformes e de constituintes microestruturais, tais como fases e

inclusões.

A microestrutura dos materiais cristalinos é constituída de defeitos, tais como vazios, trincas, contornos de grãos, contornos de subgrãos, contornos de maclas, falhas de empilhamento, discordâncias, defeitos

puntiformes e de constituintes microestruturais, tais como fases e

inclusões.

O conhecimento da microestrutura, composição química, quantidade de

grãos, tamanho dos grãos, morfologia, relações de orientação e distribuição destes constituintes são de extrema

importância para o entendimento e, às vezes, até para a previsão das propriedades dos materiais.

O conhecimento da microestrutura, composição química, quantidade de

grãos, tamanho dos grãos, morfologia, relações de orientação e distribuição destes constituintes são de extrema

importância para o entendimento e, às vezes, até para a previsão das propriedades dos materiais.