Materiais metálicos
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BLU2100 – Introd. Eng. de Materiais Prof. Cristiano da Silva Teixeira Engenharia de Materiais | Campus Blumenau Contatos http://teixeira.prof.ufsc.br/ [email protected] Moodle - https://moodle.ufsc.br/ BLU2100-01753 (20161) - Introdução à Engenharia de Materais Tipos de materiais Ligações químicas Metais Cerâmicas Polímeros Ferrosos Funcionalidades Compósitos Não-ferrosos Tradicionais Avançadas Semicondutores Biomateriais Termoplásticos Termorrígidos Nanomateriais Tipos de materiais Compósitos Combinação de dois ou mais materiais, onde um elemento de reforço (fibras, lâminas ou partículas) é envolvido por uma matriz (resina plástica, material metálico ou cerâmico) Tipos de materiais Compósitos Tipos de materiais Compósitos Tipos de materiais Semicondutores Materiais com propriedades intermediárias entre os condutores e isolantes. Suas características são alteradas com a presença de pequenas concentrações de impureza. Tipos de materiais Semicondutores Tipos de materiais Semicondutores Tipos de materiais Biomateriais Substâncias naturais ou sintéticas que são toleradas, de forma transitória ou permanente, pelos diversos tecidos que constituem o organismo humano. Tipos de materiais Biomateriais Tipos de materiais Biomateriais Tipos de materiais Nanomateriais Todos os materiais que possuem graus estruturais na ordem de 10-9m (um nanômetro). As propriedades dos nanomateriais se diferem das observadas nos mesmos materiais em maior escala. Tipos de materiais Nanomateriais http://www.britishcarbon.org/images/gallery/CarbonNanoforms1200x750.jpg Tipos de materiais Nanomateriais http://www.nnin.org/sites/default/files/educational_materials/product_composite3.jpg Sumário • Materiais Metálicos; • Propriedades de Materiais Metálicos; • Tipos de Materiais Metálicos. Materiais metálicos São materiais inorgânicos formados por elementos metálicos da tabela periódica. A ligação química que predomina nos metais é do tipo metálica. Em decorrência do tipo de ligação química, os metais possuem: Elevada condutividade elétrica; Elevada condutividade térmica; Elevada plasticidade a frio - capacidade de sofrer deformação plástica (ou permanente) sem se romper. Materiais metálicos Ligação Metálica Materiais metálicos Condução elétrica Corrente elétrica V Materiais metálicos Condutividade elétrica de vários materiais (medida na temperatura ambiente) Observações: 1) A condutividade elétrica varia muito com a temperatura e com o grau de impurezas presente no material; 2) A condutividade dos materiais chamados supercondutores não foi apresentada neste gráfico. Ela é algumas ordens de grandeza maior do que a do cobre próximo a 0 K. Materiais metálicos Alguns valores de condutividade térmica ( em W/m. K = J/m.s. K) Diamante tipo IIa 2,3 x 103 SiO2 SiC 4,9 x 102 concreto 9,3 x 10-1 Prata 4,29 x 102 vidro 9,5 x 10-1 Cobre 4,01 x 102 polietileno 3,8 x 10-1 Aluminio 2,37 x 102 Ferro 8,02 x 101 madeira Al2O3 3,5 x 101 Fibra de vidro 1,4 teflon 2,25 x 10-1 1,6 x 10-1 5 x 10-3 Materiais metálicos Plasticidade Materiais metálicos Elasticidade Materiais metálicos Reflexão de luz Materiais metálicos Pontos de fusão http://www.refractorindograha.com/en/industrial_metal.html Materiais metálicos Peças acabadas Materiais metálicos Produtos semi-acabados / préformas Barras tubos, arames, chapas e chapas finas (folhas) em Titânio Materiais metálicos Produtos semi-acabados / préformas Barras cilíndricas e retangulares Folhas e fitas Chapas Produtos semi acabados em Alumínio Tubos Materiais metálicos Produtos semi-acabados / préformas Tubos de latão Arame de latão Materiais metálicos Produtos semi-acabados / préformas Folhas/chapas finas de aço Barras de aço Tubos de aço Perfis de aço produzidos Barras planas Telas de arame por laminação a quente Pré formas e semi acabados típicos em aço Materiais metálicos Metal puro → apenas um elemento químico com ligação química do tipo metálica entre os átomos. Ex: Al, Cu, Fe, W, Ni, Co, Sn, Zn, Au, Ag, ... Liga metálica → formada por mais de um elemento químico. Ex: bronze (Cu + Sn), latão (Cu + Zn), duralumínio (Al + 4,5%Cu + 0,5Mg), aço ao carbono (Fe + C), aço liga (Fe + C + outros elementos), etc. Na liga metálica temos: Matriz → o elemento químico presente em maior quantidade; Elemento de liga → o elemento presente em menor quantidade. Materiais metálicos Os elementos de liga presentes no material encontram-se: ou em solução sólida; ou se agrupam em partículas de segunda fase. Na solução sólida temos: Solvente → o elemento presente em maior quantidade; Soluto → o presente em menor quantidade. Materiais metálicos Há dois tipos de soluções sólidas: solvente soluto Solução sólida substitucional os átomos dos elementos químicos minoritários (do elemento de liga) ocupam posições regulares da rede cristalina do elemento Solução sólida intersticial os elementos em solução ocupam os interstícios da rede cristalina do elemento majoritário Materiais metálicos Distorção da rede cristalina por átomos em solução sólida átomo soluto maior que o da matriz (solvente); átomo soluto menor que o da matriz (solvente). Materiais metálicos Distorção da rede cristalina por átomos em solução sólida Partículas de segunda fase no interior da matriz (átomos vermelhos) Materiais metálicos ● A presença de elementos de liga em solução na matriz modifica as propriedades do material. Isto ocorre com todos os metais. Em geral, a resistência e a dureza aumentam, mas a condutividade e a plasticidade do metal diminuem. As propriedades do material dependem da sua composição química. Alterando a composição, alteramos as propriedades. Materiais metálicos Ligas metálicas Ferrosas Ferros fundidos Aços Ferro cinzento Baixa liga Alta liga Baixo Carbono Comum Médio Carbono Não ferrosas Alto Carbono Alta Comum Tratável Comum Ferramenta resistência, termicamente baixa liga Inox Ferro Ferro Ferro Ferro dúctil branco maleável fundido vermicular Materiais metálicos Aços Aços comuns ao carbono (além do carbono possuem apenas pequenos teores de impurezas, isto é não tem elementos de liga colocados intencionalmente; Principais impurezas: Si e Mn) Aços C ≤ 2,14% Aços liga ou ligados Aços baixa liga → soma dos elementos de liga < 5%. Principais elementos: Mn, Si, Cr, Mo, Ni, Ti, Nb Aços alta liga → soma dos elementos de liga ≥ 5%. Principais elementos: Cr, Ni, Mo, W, Si, Mn, V, Al. Materiais metálicos Formas comerciais do aço ● Para os diferentes usos industriais, o aço é encontrado no comércio na forma de vergalhões, perfilados, chapas, tubos e fios. ● ● Vergalhões - são barras laminadas em diversos perfis, sem tratamento posterior à laminação. Materiais metálicos Formas comerciais do aço Perfilados - São vergalhões laminados em perfis especiais tais como: L (cantoneira), U, T, I (duplo T), Z. Materiais metálicos Formas comerciais do aço Chapas - São laminados planos, encontradas no comércio nos seguintes tipos: ● ● ● Chapas pretas - sem acabamento após a laminação, sendo muito utilizadas nas indústrias. Chapas galvanizadas - recebem após a laminação uma fina camada de zinco. São usadas em locais sujeitos a umidade, tais como calhas e condutores etc. Chapas estanhadas - também conhecidas como Folhas de Flandres ou latas. São revestidas com uma fina camada de estanho. São usadas principalmente na fabricação de latas de conservas devido sua resistência à umidade e corrosão. Materiais metálicos Principais aplicações de aço carbono Na construção civil (perfis, vigas e estruturas, grades de janelas, portas, etc.); Na engenharia mecânica para peças diversas de máquinas e equipamentos; Implementos agrícolas (facas, foices, arados, arames para cercas, etc.); O aço comum ao carbono é um dos materiais metálicos mais utilizados. Materiais metálicos Principais aplicações de aço liga Peças para elementos de máquinas e motores; automóveis, trens e trilhos de trens; Ferramentas e matrizes para conformação mecânica e para usinagem de materiais metálicos; Peças e componentes mecânicos, ferramentas e utensílios em aço inoxidável. Materiais metálicos Ferros fundidos Ferro fundido branco (precipita grande quantidade de Fe3C, tornando o material muito duro e frágil) Ferros Fundidos (C > 2,14% e Si até 3% para controlar a cinética de precipitação de carbeto /formação de grafita) Ferro fundido cinzento (2 a 3% de Si promovendo a precipitação de grafita na forma de veios) Ferro fundido nodular (adição de Si e pequenos teores de Mg, promovendo a precipitação de grafita na forma de nódulos, envolvidos por um anel de ferrita, em matriz de perlita Ferro fundido maleável (obtido a partir do ferro fundido branco tratado termicamente para produzir precipitação da grafita na forma de nódulos Materiais metálicos Ferros fundidos Materiais metálicos Ferros fundidos Materiais metálicos Ferros fundidos ferrita grafita perlita Fig 7.1 – c) Ferro fundido nodular (nódulos de grafita (esferulitos) envolvidos por anéis de ferrita, em uma matriz de perlita). Tipos de materiais Próxima aula: Livre. Prof. Cristiano da Silva Teixeira E-mail: [email protected] Telefone: (47) 3232-5187 Site: http://teixeira.prof.ufsc.br/ Obrigado pela atenção.
