Ciência e Tecnologia dos Materiais 2020.1

Ciência e Tecnologia dos Materiais 2020.1

1. Unidade I, II e III

   • • Estruturas Cristalinas
       • Modo como os átomos, íons ou moléculas estão arranjados no espaço
       • Cúbica de faces centradas (CFC)
         • Geometria cúbica Átomos nas 8 vértices e um no centro de cada face do cubo Ex: Cobre, prata...
         • Cúbica de corpo centrado (CCC)
           • Geometria cúbica Átomos nas 8 vértices e um único átomo no centro Ex: Ferro, cromo...
           • Hexagonal compacta (HC)
             • Geometria hexagonal Átomo nas 6 vértices e um no centro Ex: Cádmio, zinco...
       • Monocristais
         • Quando o arranjo periódico e repetido dos átomos é perfeito ou se estende por toda a amostra e sem interrupções.
         • Policristalinos
           • Compostos por um conjunto de muitos cristais pequenos ou grãos
           • Sólidos não cristalinos
             • Carecem de um arranjo atômico regular e sistemático ao longo de distâncias atômicas relativamente grandes.
   • • Ciência dos materiais Materiais de engenharia Ligações químicas
       • Estudo das estruturas e propriedades dos materiais 
       • Categoria dos materiais
         • METAIS: Boa condutividade térmica e elétrica, resistência mecânica elevada, alta rigidez... CERÂMICAS: Resistentes, rigidez, frágeis, alta resistência a compressão, resistência à altas temperaturas...POLÍMEROS: Bom isolante térmico e elétrico, baixa resistência, dúcteis, flexíveis... SEMICONDUTORES: Possuem propriedades elétricas que são intermediárias entre os condutores e os isolantes. MATERIAIS COMPÓSITOS: Composto por dois ou mais materiais, como: metais, cerâmicas e polímeros.
       • Definições
         • Composição: Construção química de um material Estrutura: Descrição detalhada do arranjo de átomos Síntese: Modo como os materiais são preparados Processamento: Como os materiais são transformados Desempenho: Resposta do material a um estímulo externo presente nas condições reais de utilização
       • Estrutura dos materiais
         • CRISTALINO: Átomos dispostos de forma periódica. MONOCRISTALINO: Compostos por um único cristal; POLICRISTALINO: Compostos por vários cristais.
       • Ligações Químicas
         • Iônica
           • Ocorre entre elementos metálicos que tendem a PERDER elétrons (CÁTIONS) e não metálicos que tendem a GANHAR elétrons (ÂNIONS).
         • Covalente
           • Encontrada em materiais que apresentam pequenas diferenças de eletronegatividade e se dá pelo compartilhamento de elétrons entre os átomos.
         • Metálica
           • É formada por íons positivos e elétrons livres de valência que formam uma "nuvem eletrônica" que circula livremente entre os íons positivos.
   • • Imperfeições nos sólidos
       • Defeitos
         • Defeito é uma imperfeição no arranjo periódico regular dos átomos em um cristal.  Eles podem ser: - Pontuais - Lineares - Interfaciais - Volumétricos
         • Importância dos defeitos
           • Pode causar: - Endurecimento por deformação - Endurecimento por solução sólida - Endurecimento por refino de grão
       • Discordâncias
         • Discordâncias são defeitos lineares. Existem três tipos  - Em cunha - Em hélice  - Mista (mistura da em hélice e em cunha).
         • Lei de Schmid
           • Calcula a tensão de cisalhamento efetiva na direção do escorregamento
           • Defeitos Interfaciais
             • É um átomo do cristal que ser encontra comprimido em um sítio intersticial que é um pequeno espaço vazio que sob circunstâncias normais não estaria ocupado.
             • Importância das discordâncias
               • São importantes pois oferecem um mecanismo para a deformação plástica

2. Unidade IV, V

   • • Difusão nos sólidos
       • Conceito
         • É o fenômeno de transporte de matéria por movimento atômico
         • Mecanismo de difusão
           • Condições que permitem o movimento dos átomos: -  Deve existir uma posição adjacente vazia - O átomo deve ter energia suficiente para quebrar as ligações atômicas com seus átomos vizinhos Essa difusão pode ser por LACUNAS (envolve troca de átomos de uma posição normal da rede para uma posição adjacente vaga ou coluna na rede cristalina e INTERSTICIAL (envolve átomos que migram de uma posição intersticial para uma posição vizinha que esteja vazia).
           • Primeira Lei de Fick
             • Afirma que a difusão é um processo dependente do tempo
             • Segunda Lei de Fick
               • Afirma que a maioria das situações práticas envolvendo difusão ocorre em regime não estacionário
               • Fatores de influência
                 • São fatores que influenciam a difusão: - Temperatura - Espécie em difusão
         • Interdifusão
           • Conhecido também como difusão de impurezas é o processo onde os átomos de um metal se difundem para o interior de outro metal
   • • Propriedades mecânicas dos metais
       • Tensão e Deformação
         • Tensão é a carga mecânica que age na unidade de área sobre a qual foi aplicada. Deformação é a alteração de tamanho por unidade de comprimento causada pela tensão.
         • Formas de aplicação das tensões
           • 1. Compressão 2. Cisalhamento 3. Torção
           • Dureza
             • É uma medida da resistência de um material metálico à deformação permanente (plástica) localizada
             • Elasticidade
               • Limite elástico: Valor crítico de tensão necessário para iniciar a DP. Limite de resistência a tração: Tensão no ponto máximo de curva tensão-deformação.Resiliência: Capacidade de um material absorver energia quando é deformado e depois, com a remoção da carga, recuperar essa energia. Ductilidade: Medida do grau de deformação que foi suportado até a da fratura.
               • Tenacidade
                 • Quantifica a dificuldade de levar o material a fratura.

3. Unidade VI, VII

   • • Falhas em metais
       • Fadiga
         • Fluência
         • Fratura
       • Conceito
         • Fratura é a separação de um corpo em duas ou mais partes em resposta à uma tensão aplicada. Há dois modos de fraturas: - Dúctil: geralmente ocorre em vários estágios - Frágil: sem nenhuma deformação apreciável.
         • Tenacidade à fratura
           • Tenacidade à fratura é uma propriedade que mede a resistência de um material a uma fratura frágil quando uma trinca está presente
           • Impacto
             • Quando um material é submetido a um impacto intenso, com uma taxa de deformação extremamente levada, ele pode se comportar de um modo bem mais frágil que o observado no ensaio de tração.  O ensaio de impacto avalia a fragilidade de um material sob condições de alta taxa de deformação.
             • Fundamentos
               • Fadiga é uma forma de falha que ocorre em estruturas submetidas a tensões dinâmicas e variáveis. Essa falha ocorre após um longo ciclo de períodos repetidos de tensões.
               • Processo de falha
                 • O processo da falha por fadiga é caracterizado por três etapas distintas: 1. Iniciação da trinca 2. Propagação da trinca 3. A falha final
                 • Fatores de influência
                   • - Material e composição química - Dimensões - Concentração de tensões - Condições do ensaio
               • Definição
                 • É a deformação de materiais quando colocados em serviço de temperaturas elevadas e expostos a tensões mecânicas estásticas.
                 • Ensaio de fluência
                   • - Submeter um corpo de provas a uma carga ou tensão constante, ao mesmo tempo que também se mantém a temperatura constante - A deformação é medido e traçado em função do tempo decorrido.
                   • Tipos de ensaio
                     • I) Ensaio de fluência II) Ensaio de Ruptura por fluência III) Ensaio de Relaxação
   • • Diagrama de fases
       • Conceitos
         • O diagrama de fases fornece informações valiosas sobre os fenômenos: - fusão - fundição - cristalização
         • Limite de Solubilidade
           •  É a concentração máxima de átomos de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida.
           • FASE
             • É uma porção homogênea de um sistema que possui características físicas e químicas uniformes.
         • Equilíbrio de fases
           • O sistema está em equilíbrio se: - sua energia está em um valor mínimo sob uma combinação específica de temperatura, pressão e composição. - suas características do sistema não mudam ao longo do tempo, mas persistem indefinidamente.
           • Diagramas Binários
             • Definição
               • São mapas que representam as relações entre a temperatura e as composições e quantidades das fases em equilíbrio, as quais influenciam a microestrutura de uma liga.
               • Sistemas Isomorfos
                 • É sistema isomorfo quando  somente uma fase liquida é formada, ou seja, os dois componentes no sistema apresentam completa solubilidade liquida.
                 • Sistemas Eutéticos Binários
                   • São sistemas que encontramos duas fases sólidas
                   • Reações Eutetoides e Peritéticas
                     • Reações EUTETOIDES acontecem quando uma fase SÓLIDA se transforma em DUAS outras fases SÓLIDAS em uma única temperatura. Reações PERITÉTICAS ocorrem quando a reação é invariante envolvendo três fases em equilíbrio.

4. Unidade VIII, IX

   • • Mecanismos de endurecimento via deformação
       • Conceito
         • A deformação plástica macroscópica corresponde a uma deformação permanente resultante do movimento das discordâncias ou escorregamento em resposta à aplicação de uma tensão de cisalhamento. A deformação elástica é resultado das ligações atômicas, ocorre como resposta da aplicação de uma tensão mecânica, mas sem causar o movimento de discordâncias.
         • Escorregamento em Monocristais
           • Um monocristal possui diversos sistemas de escorregamento diferentes. Esse escorregamento acontece quando a tensão de cisalhamento resolvida atinge um dado valor crítico.
           • Escorregamento em Policristalinos
             • Os metais policristalinos são mais resistentes que os monocristalinos. O seu escorregamento é bem mais complexo, pois o movimento das discordâncias ocorre em cada grão em uma orientação mais favorável para cada um de forma individual.
             • Encruamento
               • Mecanismo pelo qual se eleva a resistência de um material pela deformação
               • Recozimento
                 • Tratamento térmico empregado para aumentar a ductilidade dos materiais metálicos.
                 • Trabalho a quente
                   • É uma deformação plástica que ocorre acima da temperatura de recristalização.
   • • Mecanismos de endurecimento via solidificação
       • Solidificação
         • É considerada uma das mais importantes bases para os processos de fabricação. Pode ser usada para produzir placas e lingotes metálicos e para a obtenção de formas mais úteis com chapas, arames ou barras. Na solidificação dis tipos de calor devem ser removidos: - O calor específico - O calor latente de fusão
         • Nucleação
           • É a formação dos primeiros nanocristais a partir do material fundido que ocorrem quando os átomos começam a perder energia térmica. A nucleação pode ser HOMOGÊNEA (quando ocorre o super-refriamento se torna grande o suficiente para permitir a formação de núcleos estáveis no seio da fase líquida) ou HETEROGÊNEA (exige um super-refriamento menor e ocorre sob superficies preexistentes como impurezas).
           • Mecanismo de crecimento
             • Depende de como o calor é removido do material que está se solidificando. Crescimento Planar: Ocorre pelo movimento de toda a frente de solidificação em direção ao líquido. Crescimento Dendrítico: Faz com que os grãos individuais em crescimento passem a crescer no material fundido  com uma borda arredondada distinta. 
             • Tempo de solidificação
               • - A taxa de crescimento do sólido depende da taxa de resfriamento. - O tempo necessário para que uma peça fundida simples se solidifique completamente pode ser calculado usando a regra de Chvorinov. - O tempo de solidificação afeta o tamanho das dendritas
               • Soluções Sólidas
                 • Se forma quando, na medida em que os átomos de soluto são adicionados ao material hospedeiro, a estrutura cristalina é mantida e nenhuma nova é formada.
                 • Endurecimento por solução sólida

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