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Ciência e Tecnologia dos Materiais

ciência e engenharia dos matérias
1. definições :
  1. composição:a construção de um material
  2. estrutura:a descrição detalhada do arranjo dos átomos
  3. síntese:o modo como os matérias são preparados
  4. Processamento: o modo como os materiais são transformados em componentes úteis
    1. conjunto de técnicas para obtenção de matérias com formas e propriedades especificas
Unidade 1:
1. matérias da engenharia
  1. metais e ligas: São formados por um ou mais elementos metálicos (Fe, Al, Ti, ...) e, com frequência, também por elementos não metálicos (O, C, ...) em pequenas quantidades.
  2. cerâmicas:São materiais cristalinos inorgânicos. Compostos formados entre elementos metálicos e não metálicos. Ex.: óxidos, nitretos, carbetos.
    1. Vidros e vitrocerâmicas: material amorfo, geralmente obtido de um líquido fundido. as vitrocerâmicas é formação de vidros seguida da formação de pequenos cristais no seu interior, por meio de tratamento térmico especial. Ex.: Zerodur®
  3. polímeros:Compostos orgânicos, em geral, produzidos por processo de polimerização e que têm sua química baseada no carbono, no hidrogênio e em outros elementos não metálicos (por exemplo, O, N e Si).
  4. semicondutores:Possuem propriedades elétricas que são intermediárias entre aquelas exibidas pelos condutores elétricos e os isolantes
  5. Materiais compósitos:Um compósito é composto por dois (ou mais) materiais individuais, os quais se enquadram nas categorias discutidas anteriormente — metais, cerâmicas e polímeros
2. ligações químicas
  1. estrutura atômica: examina a estrutura do núcleo e dos elétrons e ao redor do núcleo
    1. estrutura eletrônica átomo : Usando a mecânica ondulatória, cada elétron em um átomo é caracterizado por quatro parâmetros conhecidos como números quânticos.
  2. modelos atômicos : uso de mecânica quântica para compreender o comportamento dos elétrons nos átomos e nos sólidos cristalinos
    1. modelo de Bohr: Elétrons giram em torno do núcleo em órbitas discretas e definidas, como planetas em torno de uma estrela, A posição de cada elétron em particular é mais ou menos bem definida em termos do seu orbital,As energias dos elétrons são quantizadas; Estrutura eletrônica
  3. ligações atômicas: iônicas,covalente,metálica
unidade 2
1. MATERIAIS CRISTALINOS:é um material no qual os átomos estão posicionados segundo um arranjo periódico ou repetitivo ao longo de grandes distâncias atômicas.
  1. MATERIAIS AMORFOS:Materiais que não se cristalizam.
  2. unidade 3
    1. defeitos:Imperfeição no arranjo periódico regular dos átomos em um cristal.
      1. Classificação geométrica dos defeitos cristalinos:Defeitos pontuais (lacunas, intersticiais, substitucionais, Frenkel e Schottky) , Defeitos lineares (discordâncias), Defeitos interfaciais (contornos, superfícies) ,Defeitos volumétricos (poros, trincas)
    2. lacunas:Sítio vago na rede cristalina que normalmente deveria estar ocupado, mas no qual está faltando um átomo.
    3. unidade 4:
      1. difusão:Difusão é o fenômeno de transporte de matéria por movimento atômico.
        Interdifusão (ou difusão de impurezas) - processo no qual os átomos de um metal se difundem para o interior de outro metal.
        Os átomos nos materiais sólidos estão em constante movimento, mudando rapidamente de posições. Para um átomo fazer esse movimento, duas condições devem ser atendidas:
        deve existir uma posição adjacente vazia;
        o átomo deve possuir energia suficiente para quebrar as ligações atômicas com seus átomos vizinhos e então causar alguma distorção da rede durante o seu deslocamento.
      2. Difusão por lacunas Envolve a troca de um átomo de uma posição normal da rede para uma posição adjacente vaga ou lacuna na rede cristalina.
        Difusão intersticial Envolve átomos que migram de uma posição intersticial para uma posição vizinha que esteja vazia.
      3. lei de fick:-Ddc/dx
        unidade 7
        A compreensão dos diagramas de fases para sistemas de ligas é extremamente importante, pois existe uma forte correlação entre a microestrutura e as propriedades mecânicas.
        Limite de solubilidade: Para muitos sistemas de ligas em uma temperatura específica existe uma concentração máxima de átomos de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida.
        fase: pode ser definida como uma porção homogenia de um sistema que possui características físicas e químicas uniformes
        Muitas vezes, as propriedades físicas e, em particular, o comportamento mecânico de um material dependem da microestrutura.
        Um sistema está em equilíbrio se:
        sua energia livre 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 para um sistema estável
        ligas binárias (com dois componentes). Os diagramas de fases binários 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.
        As soluções sólidas são designadas por meio de letras gregas minúsculas (α, β, γ)
        Para uma região monofásica: Apenas uma fase está presente , liga é composta integralmente por essa fase , A fração da fase é de 1,0 ou, de outra forma, a porcentagem é de 100%.
        A reação eutética, no resfriamento, é semelhante à solidificação dos componentes puros, no sentido de que a reação prossegue até sua conclusão em uma temperatura constante, ou isotermicamente, à TE
        Dependendo da composição, é possível haver vários tipos de microestruturas diferentes para o resfriamento lento de ligas que pertencem aos sistemas eutéticos binários.
        Sistema magnésio-chumbo O composto Mg2Pb tem uma composição de 19 %p Mg-81 %p Pb (33 %a Pb), e é representado no diagrama como uma linha vertical, em vez de uma região de fases com largura finita; dessa forma, o Mg2Pb só pode existir isoladamente com essa exata composição.
        lei de gibbs: Representa um critério para o número de fases que coexistirão em um sistema em equilíbrio.
        Sistema Fe-C :Tanto os aços quanto os ferros fundidos, que são os principais materiais estruturais em toda cultura tecnologicamente avançada, são essencialmente ligas ferro-carbono.
        Ligas hipoeutetoides: aquelas com composição C0 , à esquerda do eutetoide, entre 0,022 %p C e 0,76 %p C
        Ligas hipereutetoide: aquelas que contêm entre 0,76 e 2,14 %p C.
        A microestrutura resultante consistirá em perlita e cementita proeutetoide como microconstituintes.
        unidade 8
        discordancia aresta:Move-se em resposta à aplicação de uma tensão de cisalhamento em uma direção perpendicular à sua linha.
        discordância espiral: Move-se em resposta à aplicação de uma tensão de cisalhamento em uma direção perpendicular à sua linha.
        Discordâncias são muito importantes em metais e ligas metálicas, pois oferecem um mecanismo para a deformação plástica.
        Escorregamento: processo pelo qual uma deformação plástica é produzida pelo movimento de uma discordância.
        O escorregamento realizado pela movimentação de discordâncias proporciona ductilidade aos metais.
        deformação plástica macroscópica corresponde simplesmente a uma deformação permanente resultante do movimento das discordâncias, ou escorregamento, em resposta à aplicação de uma tensão de cisalhamento.
        Um monocristal metálico possui diversos sistemas de escorregamento diferentes, que são capazes de se tornar operacionais.
        Encruamento: mecanismo pelo qual se eleva a resistência de um material pela deformação.
        tratamento térmico empregado para aumentar a ductilidade dos materiais metálicos.
        Quando uma se aplica uma tensão superior ao limite de escoamento, as discordâncias iniciam sua movimentação (Lei de Schmid).
        Vidro temperado é uma forma de vidro forte e segura utilizada em aplicações cotidianas. Ele tem uma tensão residual compressiva na superfície, desenvolvida através do recozimento e resfriamento rápido do vidro.
        unidade9
        solidificação
        A solidificação pode ser usada: No processamento primário para produzir placas e lingotes metálicos, No processamento secundário para a obtenção de formas mais úteis, como chapas, arames ou barras.
        nucleação
        O termo nucleação se refere à formação dos primeiros nanocristais a partir do material fundido.
        À medida que líquidos se resfriam até temperaturas abaixo da temperatura de solidificação, dois fatores se combinam para favorecer a nucleação: os átomos estão perdendo energia térmica a probabilidade de formação de embriões maiores aumenta gradualmente; a maior diferença entre as energias livres de volume para o líquido e o sólido permite uma redução do tamanho crítico.
        solidificação
        Na solidificação, dois tipos de calor devem ser removidos: O calor específico é o calor necessário para alterar em um grau a temperatura de uma unidade de massa do material. O calor latente de fusão é o calor necessário para fundir um sólido.
        Solubilidade ilimitada Algumas combinações de materiais formam somente uma fase quando misturadas, não importa a razão entre cada espécie.
        Solubilidade limitada Em sistemas de solubilidade limitada, uma espécie pode formar uma solução de fase única com outra quando estiver abaixo de uma determinada quantidade.
        Uma solução sólida se forma quando, na medida em que os átomos de soluto são adicionados ao material hospedeiro, a estrutura cristalina é mantida e nenhuma estrutura nova é formada.
        Solução sólida intersticial: os átomos de impureza preenchem os espaços vazios entre átomos hospedeiros Solução sólida substitucional: os átomos de impurezas substituem os átomos hospedeiros
        Átomos de soluto são muito menores que o solvente , Eles geralmente ocupam posições intersticiais.
        Átomos de soluto têm tamanho aproximadamente igual ao tamanho do solvente, Eles formam soluções sólidas substitucionais. Exemplos típicos são Si, Mn, Cr, Mo e Ni no Fe.
        Sistemas poliméricos Semelhante ao conceito da formação de soluções sólidas em metais e cerâmicas, podemos misturar vários polímeros solúveis. O resultado são os chamados copolímeros, que têm as propriedades médias de diferentes monômeros.
        Em geral, estruturas em não equilíbrio são produzidas durante o resfriamento rápido de ligas porque a difusão é mais lenta.
      4. unidade 5:
        tensão: a carga mecânica que age na unidade de área sobre a qual foi aplicada
        deformação:alteração de tamanho por unidade de comprimento;
        modulo de young:A rigidez de um material é proporcional ao seu módulo de elasticidade, e sua inversa é conhecida como flexibilidade.
        DUCTILIDADE é uma medida do grau de deformação plástica que foi suportado até a da fratura.
        TENACIDADE é a energia relacionada à área sob a curva σ-Ԑ.TENACIDADE é a energia relacionada à área sob a curva σ-Ԑ.
        unidade 6:
        Fratura simples: separação de um corpo em duas ou mais partes em resposta à imposição de uma tensão estática (isto é, uma tensão constante ou que varia lentamente ao longo do tempo) e em temperaturas que são baixas em relação à temperatura de fusão do material.
        fratura dúctil :caracterizada por extensa deformação plástica na vizinhança de uma trinca que está avançando, o processo prossegue de maneira relativamente lenta conforme aumenta o comprimento da trinca, normalmente haverá evidência de deformação generalizada apreciável nas superfícies da fratura.
        fratura frágil:as trincas podem se espalhar de maneira extremamente rápida, acompanhadas de muito pouca deformação plástica,a propagação da trinca, uma vez iniciada, continuará espontaneamente, sem haver aumento na magnitude da tensão aplicada.
        Tenacidade à fatura: 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 súbito e intenso, com uma taxa de deformação extremamente elevada, ele pode se comportar de um modo bem mais frágil que o observado no ensaio de tração.
        Temperatura de transição frágil-dúctil - é aquela em que o modo de fratura de um material modifica de fratura dúctil para fratura frágil.
        fadiga:é uma forma de falha que ocorre em estruturas estruturas submetidas a tensões dinâmicas e variáveis
        Resistência à fadiga – Nível de tensão no qual a falha ocorrerá para um número de ciclos específico.
        Vida em fadiga: no de ciclos necessários para causar falha sob um nível de tensão específico.
        O processo da falha por fadiga é caracterizado por três etapas distintas: 1. Iniciação da trinca - Na qual uma pequena trinca se forma em determinado ponto com alta concentração de tensões; 2. Propagação da trinca - Durante a qual essa trinca avança em incrementos com cada ciclo de tensão; e 3. A falha final - Ocorre muito rapidamente, uma vez que a trinca que está avançando tenha atingido um tamanho crítico.
2. CÉLULAS UNITÁRIAS:paralelepípedos ou prismas (com 3 faces paralelas); unidade estrutural básica da estrutura cristalina; define a estrutura cristalina por meio da sua geometria e das posições dos átomos no seu interior.
3. Estrutura cristalina dos metais:A ligação atômica nesse grupo de materiais é metálica.
4. Sistemas cristalinos:Como existem muitas estruturas cristalinas diferentes, algumas vezes é conveniente dividi-las em grupos, de acordo com as configurações das células unitárias e/ou dos arranjos atômicos.
  1. coordenadas dos pontos:Ao lidar com materiais cristalinos, muitas vezes torna-se necessário especificar um ponto particular no interior de uma célula unitária, uma direção cristalográfica, ou algum plano cristalográfico de átomos.
5. MONOCRISTAIS:Quando o arranjo periódico e repetido dos átomos é perfeito ou se estende por toda a amostra, sem interrupções, o resultado é um monocristal.
  1. MATERIAIS POLICRISTALINOS:Como a maioria dos sólidos cristalinos, são compostos por um conjunto de muitos cristais pequenos ou grãos.

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