Classificação dos materiais. Profa. Daniela Becker

Classificação dos materiais

Classificação dos materiais

„

A classificação tradicional dos

materiais é geralmente baseada

na estrutura atômica e química

destes.

Classificação dos materiais

Classificação dos Materiais

„ Metais

„ Materiais metálicos são geralmente

uma combinação de elementos metálicos.

„ Os elétrons não estão ligados a

nenhum átomo em particular e por isso são bons condutores de calor e eletricidade

„ Não são transparentes à luz visível „ Têm aparência lustrosa quando

polidos

„ Geralmente são resistentes e

deformáveis

„ São muito utilizados para aplicações

Classificação dos metais

„ Ligas ferrosas

‰ Aços com baixo, médio e alto teor de carbono ‰ Aços inoxdiváveis (liga de cromo)

‰ Aço liga

„ Ferros fundidos

‰ Ferros cinzento, nodular e branco

„ Ligas não ferrosas

‰ Cobre e suas ligas ‰ Alumínio e suas ligas

Classificação dos aços

QUANTO A COMPOSIÇÃO

„ Aço-Carbono Î - 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 liga

alta liga (teor total mínimo de 10-12%)

Propriedades dos aços-carbono

„ A resistência aumenta com o teor de Carbono

„ A ductilidade diminui com o teor de Carbono

„ São aços de relativa baixa dureza

„ Oxidam-se facilmente

„ Suas propriedades deterioram-se a baixas e

altas temperaturas

Propriedades dos aços baixo carbono

AÇO BAIXO CARBONO Î< 0,3% C

„ Estrutura é usualmente ferrítica e perlítica

„ São fáceis de conformar e soldar

Propriedades dos aços médio carbono

AÇO MÉDIO CARBONO Î 0,3-0,8% C

„ São aços de boa temperabilidade em água

„ Apresentam a melhor combinação de

tenacidade e ductilidade e resistência mecânica e dureza

„ São os aços mais comuns, tendo inúmeras

Propriedades dos aços médio carbono

AÇO ALTO CARBONO Î > 0,8% C

„ Apresentam baixa conformabilidade e

tenacidade

„ Apresentam alta dureza e elevada

resistência ao desgaste

Aços ligados

ELEMENTOS DE LIGA MAIS COMUNS

„ Cr „ Ni „ V „ Mo „ W „ Co „ B „ Cu „ Mn, Si, P, S (residuais)

Efeito dos elementos de liga

„ Aumentam a dureza e a resistência

„ Conferem propriedades especiais como:

‰ Resistência à corrosão

‰ Estabilidade à baixas e altas temperaturas ‰ Controlam o tamanho de grão

‰ Melhoram a conformabilidade

‰ Melhoram as propriedades elétricas e

magnéticas

‰ Diminuem o peso (relativo à resistência

NÍQUEL

„ Aumenta a resistência ao impacto (2-5% Ni)

„ Aumenta consideravelmente a resistência à

corrosão em aços baixo carbono (12-20% Ni)

„ Com 36% de Ni (INVAR) tem-se coeficiente

de expansão térmica próximo de zero.

CROMO

„ Aumenta a resistência à corrosão e ao calor

„ Aumenta a resistência ao desgaste (devido à

formação de carbetos de cromo)

„ Em aços baixa liga aumenta a resistência e a

dureza

TUNGSTÊNIO

„ Mantém a dureza a altas temperaturas

„ Forma partículas duras e resistentes ao

desgaste à altas temperaturas

Sistema de classificação dos aços

Sistema de classificação dos aços

3XXX Î Aço ao Níquel e Cromo 4XXX Î Aço ao Molibidênio

40XX Î Mo 0,15-0,3% 41XX Î Mo, Cr

43XX Î Mo, Cr, Ni 5XXX Î Aço ao Cromo

6XXX Î Aço ao Cromo e Vanádio

8XXX Î Aço ao Níquel, Cromo e Molibidênio 9XXX Î 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

Ferro Cinzento

„ 2,5 a 4,0%C e 1,0 a 3,0%Si

„ É fraco e frágil quando submetido a tração

„ São eficientes no amortecimento de energia

vibracional

„ Elevada resistência ao desgaste

Ferro nodular

„ Adição de pequenas quantidade de magnésio

e/ou cério

„ Mais resistentes e dúcteis

„ Aplicação: válvulas, corpos de bombas,

virabrequins, engrenagens e outros

Ferro Branco

„ Ferros fundidos com baixo teor de sílicio

(<0,1%) e taxas de resfriamento rápidas

„ Extremamente duro e frágil (impossível de

ser usinado)

„ Aplicações que necessitam um superfície

Limitação dos aços e outras ligas ferrosas

„ Densidade relativamente alta

„ Condutividade elétrica comparativamente

baixa

„ Suscetibilidade inerente à corrosão em

Cobre e suas ligas

„ O cobre quando não se encontra na forma de

liga é muito mole e dúctil

„ Altamente resistente a corrosão

„ A maioria das liga de Cu não podem ser

endurecidas ou ter a sua resistência melhora por tratamento térmico

„ Latões – Zn é o elemento de liga

predominante

„ Bronze – vários elementos incluindo estanho,

Al e suas ligas

„ Densidade relativamente baixa (2,7g/cm3);

„ Condutividade elétrica e térmica elevadas

„ Resistência a corrosão

„ Alta ductibilidade (mesmo em temperaturas

baixas)

„ Baixa temperatura de fusão (660ºC)

Ti e suas ligas

„ O metal puro tem densidade relativamente

baixa, elevado ponto de fusão e alto módulo de elasticidade

„ As ligas são extremamente resistentes

„ Limitação – reatividade química com outros

Classificação dos Materiais

„ Cerâmicas „ Materiais cerâmicos são geralmente

uma combinação de elementos metálicos e não-metálicos.

„ Geralmente são óxidos, nitretos e

carbetos

„ São geralmente isolantes de calor e

eletricidade

„ São mais resistêntes à altas

temperaturas e à ambientes severos que metais e polímeros

„ Com relação às propriedades

mecânicas as cerâmicas são duras, porém frágeis

Materiais Cerâmicos

„ Vidros

„ Produtos a base de argila

„ Refratários

„ Cimentos

Vidros

„ Usados em enormes quantidades

„ Todos os vidros importantes são à base se

sílica (SiO₂)

„ Principais

‰ Vidro comum de janela

Produtos a base de argila

„ Facilidade de conformação

„ São aluminosilicatos (Al₂O₃ e SiO₂)

„ Produtos estruturais

„ Porcelana

„ Louça e objetos de cerâmica

Refratários

„ Capacidade de resistir a temperaturas

elevadas sem fundir ou decompor

„ Capacidade de permanecer não-reativo e

inerte quando expostos a ambientes severos

„ São divididos em : argila refratária, sílica

Cimentos

„ Cimentos inorgânicos: cimento,

gesso-de-paris e cal

„ A característica destes materiais é que

quando misturados a em água formam uma pasta

Cerâmicas Avançadas

„ Materiais cerâmicos que apresentam

propriedades elétricas, magnética e óticas

„ Aplicações: motores a combustão interna e

de turbina, chapas de blindagem,

embalagens de componentes eletrônicos, ferramentas de corte e para conversão, armazenamento e geração de energia

„ Exemplos: Alumina densa, carboneto, nitreto

Classificação dos Materiais

„ Polímeros

Materiais poliméricos são geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros

elementos não-metálicos.

„ São constituídos de moléculas muito

grandes (macro-moléculas)

„ Tipicamente, esses materiais

apresentam baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis

„ Materiais poliméricos incluem

Conceitos

(gás / líquido) Polímero _(sólido)

MONÔMERO = molécula pequena

MERO = unidade (estrutura química) de repetição da molécula

OLIGÔMERO = molécula com poucos meros

„ HomopolímeroÎapenas um único tipo de

mero

„ Copolímero Îdois ou mais meros

Exemplos de copolímeros

„ ABS (terpolímero de acrilonitrila, butadieno

estireno) – 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

„ PoliolefinasÎpolipropileno, polibutadieno,

poliestireno

„ PoliésteresÎpoli(tereftalato de etileno),

policarbonato

„ PoliéteresÎpoli(óxido de etileno), poli(óxido

de fenileno)

„ PoliamidasÎnylon, polimida

„ Polímeros celulósicosÎnitrato de celulose, acetato

de celulose

„ Polímeros acrílicosÎpoli(metacrilato de metila),

poliacrilonitrila

„ Polímeros vinílicosÎpoli(acetato de vinila),

poli(álcool vinílico)

„ Poliuretano

Classificação quanto a fusibilidade

„ Refere-se ao comportamento ao serem

aquecidos

‰ Termoplásticos ‰ Termorígidos

Classificação – fusibilidade (comportamento

térmico)

Classificação – fusibilidade

Classificação quanto ao comportamento

mecânico

„ Plásticos –

‰ São materiais em que algum estágio da fabricação são

fluídos, podendo ser moldados por aquecimento, pressão, ou ambos

„ Elastômeros (ou borrachas)

‰ São materiais de origem natural ou sintética que, após

sofrerem deformação sob ação de uma força, retornam a sua forma original quando esta força é removida

„ Fibras

‰ São corpos em que a razão entre comprimento e as

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 TÍPICOS CARACTERÍSTICAS TIPO DE MATERIAL

Classificação dos Materiais

„ Compósitos „ Materiais compósitos são

constituídos de mais de um tipo de material insolúveis entre si.

„ Os compósitos são “desenhados”

para apresentarem a combinação das melhores características de cada material constituinte

„ Muitos dos recentes desenvolvimento

em materiais envolvem materiais compósitos

„ Um exemplo classico é o compósito

de matriz polimérica com fibra de vidro. O material compósito

apresenta a resistência da fibra de vidro associado a flexibilidade do polímero

Exemplos

„ Polímero com fibra de vidro, fibra de

carbono, fibra natural e outros

„ Cimentos armado, cermet

„ Semicondutores _{„ Materiais semicondutores}

apresentam propriedades

elétricas que são intermediárias entre metais e isolantes

„ Além disso, as características

elétricas são extremamente sensíveis à presença de pequenas quantidades de impurezas, cuja concentração pode ser controlada em

pequenas regiões do material

„ Os semicondutores tornaram

possível o advento do circuito integrado que revolucionou as indústrias de eletrônica e

computadores

Alguns exemplos

„ Silício

‰ um 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.

„ Germânio

‰ Fibra óptica.

‰ Eletrônica: Radares, amplificadores de guitarras elétricas,

ligas metálicas de SiGe em circuitos integrados de alta velocidade

Classificação dos Materiais

„ Biomateriais _{„ Biomateriais são empregados em}

componentes para implantes de partes em seres humanos

„ Esses materiais não devem

produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição).

„ Metais, cerâmicos, compósitos e

polímeros podem ser usados como biomateriais.

Exemplos

Tipos de biocerâmicas

¾ Bioinertes

¾ Bioativas

¾ 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)

Vantagens do uso de biomateriais poliméricos

9 Facilidade de fabricação em diversos formatos, permitindo bom

acabamento;

9 Elevada eficiência dos processos de fabricação, permite elevada

produtividade;

9 Diversidade de propriedades; 9 Baixa densidade;

9 Baixo consumo energético p/ processamento;

9 Resistência a corrosão

9 Comportamento elastomérico;