TM 206 Aula Prof. M_rcio Lins

Introdução aos Materiais de
Engenharia
• Aula 1 - Introdução
• Definições Básicas
• Bibliografia
- Van Vlack : Princípios de Ciência dos
Materiais, cap. 1
O engenheiro adapta materiais e energia
visando obter utilidades
OS PRINCIPAIS MATERIAIS SÃO UTILIZADOS NO ESTADO
SÓLIDO.
- Existem estados intermediários importantes.
PROPRIEDADES E CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS
DEPENDEM DE SUA ESTRUTURA INTERNA.
 Propriedades mecânicas
 Características térmicas
 Propriedades elétricas
AS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DEVEM SER
REPRESENTADAS COM RIGOR CIENTÍFICO APROPRIADO.
 Representações gráficas
 Estatísticas
Da mistura de materiais em diferentes
estados surgem estados intermediários
GASOSO
LÍQUIDO
SÓLIDO
Polpas
Lamas
Pastas
Névoas
Fumos
Espumas
Neste capítulo se trata
apenas de materiais
sólidos
Os materiais de engenharia são divididos
em quatro categorias principais
METAIS
- Alta densidade, alta plasticidade, baixo calor específico, alta
condutividade elétrica, brilho metálico.
CERÂMICOS
- Média densidade, baixa plasticidade, médio calor específico, média
condutividade elétrica, cores e brilhos variados.
POLÍMEROS
- Baixa densidade, alta elasticidade, baixo ponto de fusão, baixa
condutividade elétrica, cores e brilhos variados.
CONJUGADOS
- Combinam propriedades de seus componentes - madeira, concreto,
fibra de vidro, etc.
Principais propriedades dos materiais de
engenharia
Mecânicas
 Densidade = peso específico, em relação à água.
 Resistência mecânica = deformação eruptura sob tensão
 Elasticidade e Plasticidade = extensão de deformação suportada
 Dureza = resistência à penetração ou ao risco
Térmicas
 Ponto de fusão = temperatura de mudança de estado
 Dilatação térmica = alteração de volume conforme a temperatura
 Calor específico = energia necessária para mudar a temperatura
 Condutividade térmica = capacidade de transmitir calor
Elétricas
 Condutividade elétrica = capacidade de transmitir corrente elétrica
 Magnetismo = resposta a um campo magnético
Diferentes materiais apresentam diferentes
respostas aos esforços mecânicos a que são
submetidos.
Tensão
kgf/mm2
Temperatura
Ambiente
CERÂMICA
METAL
MADEIRA
POLÍMERO
20
40
Alongamento
%
Conhecemos e exploramos menos de 1%
da massa do nosso planeta
Crosta
 Profundidade média = 12 km
 Massa relativa = 1,5%
 Principais componentes = O,Si,Al
Manto
 Profundidade = 3.000 km
 Massa relativa = 80%
 Principais componentes = Si,Mg
Núcleo Exterior
 Profundidade = 2.200 km
 Massa relativa = 16% ( líquido )
 Principais componentes = Fe,Ni
Núcleo Interior
 Profundidade = 1.300 km
 Massa relativa = 2,5% ( sólido )
 Principais componentes = Fe,Ni
 Diâmetro médio = 12.720 km
 Massa total = 5,96 x 1021 t
 Densidade média = 5,53 t/m3
Dos 10 elementos mais encontrados na
crosta terrestre, 7 são metais
Elemento
%(Peso)
Oxigênio
47,0
Silício*
27,7
Alumínio *
7,5
Ferro *
5,1
Cálcio *
3,3
Sódio *
2,4
Potássio *
2,3
Titânio *
0,6
Hidrogênio
0,2
Carbono
0,1
* ( METAIS)






PRINCIPAIS
CARACTERÍSTICAS
Sólidos à temperatura ambiente
( Exceção:
)
Estrutura cristalina definida
Plasticidade a frio
Condutividade térmica e elétrica
Opacos, com brilho metálico e
cores em tons de cinza
( Exceções :
e
)
Formam ligas por solução sólida
( intersticial ou substitucional )
DEFINIÇÕES BÁSICAS
ROCHA : porção individualizada da crosta terrestre
MINÉRIO : rocha contendo substância útil em condições de
exploração economicamente viável
MINERAL : substância não orgânica, pura ou composta
MINERAL INDUSTRIAL : mineral diretamente aplicado na
indústria
MINERAL-MINÉRIO : substância útil contida no minério
GANGA : substâncias inúteis contidas no minério
As Rochas são classificadas de acordo
com suas origens Geológicas
MAGMÁTICAS - Derivam diretamente do magma
( GRANITO, BASALTO )
SEDIMENTARES - resultam da degradação de rochas
pré-existentes por intemperismo
( ARENITO, LIMONITA)
METAMÓRFICAS - resultam da alteração de rochas pré-existentes
por pressão e temperatura
( PETRÓLEO, CALCÁREO )
CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS
IA
1
O
Número
atômico
0,00797
-252,7
-259,2
0,071
H
3
6,939
180,5
Li
1330
0,53
4
9,0122
1277
Be
2770
1,85
Lítio
11
892
97,8
0,97
22,9898
19
63,7
0,86
12
37
38,9
1,53
85,47
Rb
1,90
Cs
-
Fr
Frâncio
VIA
VIIA
5
6
12,0115
7
14,0067
8
9
3727
C
-210
N
10,811
-
B
2030
2,34
20
1440
40,08
1,55
IIIB
38
87,62
Sr
768
2,6
38
2730
137,54
Ba
714
3,5
Bário
-
700
5,0
226,02
Ra
Rádio
44,956
Sc
1539
3,0
IVB
39
3260
39
2927
88,906
Y
1509
4,47
4,51
VB
57
920
138,91
La
6,17
Lantânio
89
-
2050
-
227,02
Ac
Lantânio
Lantanídeos
40
3450
40
3690
91,22
Zr
1852
6,49
6,1
VIB
72
178,91
Hf
2222
13,1
41
3300
-
261,1
Rf
92,906
Nb
2468
8,4
Nióbio
73
5425
180,95
Ta
2996
16,6
Hálnio
104
41
2665
Tântalo
7,19
VIIB
VIIIB
-
Db
-
Rutherfordium
42
58
6,67
140,12
Ce
3850
1750
11,7
232,04
Th
Tório
7,43
7,86
Mn
Manganês
43
10,2
Mo
11,5
74
3410
19,3
183,85
W
98,906
-
Tc
75
186,2
5900
Re
3180
21,0
-
55,847
Fe
44
4900
2500
12,2
101,57
Ru
76
5500
3000
22,6
Rênio
190,2
Os
-
59
935
6,77
IB
-
1230
15,4
45
2730
45
102,90
1966
Rh
12,4
8,9
77
2454
22,5
192,2
Ir
29
2595
IIB
46
106,4
1552
Pd
3980
11,0
8,96
78
195,1
1769
21,4
Irídio
Pt
30
47
107,87
2210
960,8
10,5
Ag
419,5
7,14
Al
2,7
79
196,97
Au
1063
19,3
Zn
31
2237
48
765
112,40
Cd
5,91
Gálio
49
2000
320,9
156,2
8,65
7,31
Cádmio
Mercúrio
28,086
2690
Si
1410
2,33
13,0
-38,4
Hg
81
1457
303
357
80
200,59
114,82
In
11,85
204,37
Tl
-195,8
0,81
32
72,59
2830
937,4
5,32
Ge
15
280
50
118,69
231,9
7,30
Sn
Estanho
Chumbo
11,4
327,4
1725
82
Pb
1,82
-183
-218,8
1,14
33
613
74,922
As
817
5,72
16
444,6
119
2,07
51
630,5
5,62
121,75
Sb
34
685
83
9,8
Tálio
208,98
Bi
32,064
S
78,95
Se
217
4,79
-219,5
1,505
0,126
52
127,6
449,5
Te
989,8
6,24
17
35,453
-34,7
Cl
-101
1,56
-
Po
254
9,2
Bismuto
208,98
-246
35
79,909
58
Br
-7,2
3,12
20,183
Ne
-248,6
1,20
Neônio
18
39,948
-185,8
Ar
-189,4
1,40
Cloro
Argônio
36
-152
83,80
Kr
-157,3
2,6
Bromo
Criptônio
51 126,904 54
183
I
113,7
4,94
Telúrio
84
F
10
Flúor
Selênio
Antimônio
1560
-188,2
Enxofre
Arsênio
1380
O
18,9984
Oxigênio
Fósforo
271,3
207,19
30,973
P
44,2
Germânio
2270
15,9994
Nitrogênio
Silício
Indio
Ouro
Platina
69,72
Ga
19,8
Zinco
Prata
2970
65,37
906
Cobre
Paládio
4530
63,54
Cu
1083
Níquel
Rhódio
5300
58,71
Ni
1453
Cobalto
4500
He
-269,7
Xe
-111,9
3,06
Iodo
85
209,98
-
At
302
-
Polônio
131,29
-106,0
Xenônio
86
-61,8
Rn
-71
-
Astato
222,02
Radônio
263,1
140,91
Pr
Praseodímio
91
8,9
Ósmio
Metais
Não metais sólidos
Não metais gasosos
Seaborgium
3127
58,933
Co
1495
Rutênio
Sg
-
44
2900
Ferro
Tecnésio
Tungstênio
Cério
90
1536
2140
5930
43
3000
95,94
Molibdênio
54,938
1245
2610
5560
Dubnium
3468
42
2150
Cromo
105 262,12 106
796
Actinídeos
51,996
Cr
1875
Vanádio
Zircônio
5400
50,942
V
1900
Titânio
Ítrio
3470
47,90
Ti
1668
Escândio
Estrôncio
1540
Carbono
Alumínio
Cálcio
1380
2,26
13 26,9815 14
24,312
Ca
838
4830
Boro
Magnésio
87 223,019 88
-
VA
660
Césio
27
IVA
Hélio
nome
R ubídio
IIIA
2450
55 132,906 56
28,7
Rb
símbolo
650
Rubídio
690
85,47
1107
Potássio
688
1,53
(g/ml)
1,74
K
38,9
Densidade
Na Mg
39,102
688
4,0026
-268,9
Berílio
Sódio
760
37
PE (ºC)
PF (ºC)
IIA
Hidrogênio
2
Massa atômica
231,04
Pa
Protactínio
60
144,24
1024
Nd
3027
7,00
61
-
38,18
1132
19,07
238,03
U
Urânio
62
Pm Sm
1072
7,54
Promécio
93
-
637
19,5
150,35
1900
1027
Neodímio
92
144,9
237,04
Np
Netúnio
63
1439
826
5,26
Samário
94
3235
640
-
244,06
Pu
Plutônio
151,96
Eu
64
3000
1312
7,89
Európio
95
-
243,06
157,25
Gd
96
247,07
Am Cm
-
Amerício
1356
8,27
Gadolínio
-
11,7
65
2800
Cúrio
158,92
Tb
66
2600
1407
8,54
Térbio
97
-
247,07
Bk
Berquéio
162,5
Dy
67
2600
1461
8,80
Disprósio
98
-
251,08
Cf
Califórnio
164,9
Ho
68
2900
1497
9,06
Hólmio
99
-
252,08
Es
Eistênio
167,26
Er
69
169,9
1727
Tm
1545
9,33
Érbio
70
1427
824
6,98
Túlio
173,04
Yb
-
-
-
-
-
Fm Md
-
Férmio
Mendelévio
1652
9,84
Itérbio
100 257,09 101 258,09 102
-
71
3327
-
259,1
No
Nobélio
174,97
Lu
Lutécio
103
-
262,1
Lr
Laurêncio
Para ser considerada Minério, uma Jazida
deve apresentar características favoráveis.
SUBSTÂNCIA ÚTIL :
- TEOR; concentração em relação à ganga
- GRAU DE LIBERAÇÃO ; tamanho das partículas
do mineral-minério
DISPOSIÇÃO FÍSICA :
- POSSANÇA; volume total da jazida
- PROFUNDIDADE; afloramentos, lentes e veios
LOGÍSTICA :
- DISTÂNCIA; em relação aos centros de processamento e consumo
- VALOR; relação entre oferta e procura do mineral minério.
ETAPAS DO PROCESSAMENTO
METALÚRGICO
BENEFICIAMENTO DO MINÉRIO
- Objetiva descartar a maior parte da ganga, para possibilitar
transporte e processos posteriores
EXTRAÇÃO
- Separar o metal dos demais componentes do mineral-minério
REFINO
- Objetiva obter a composição química desejada do metal ou liga
CONFORMAÇÃO
- Objetiva dar formato comercial ao produto
ACABAMENTO
- Revestimento e ajuste da rugosidade superficial