Materiais de Construção Mecânica: Estruturas Cristalinas e Propriedades

CENTRO UNIVERSITÁRIO JORGE AMADO ENGENHARIA MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÃNICA Alfredo Maccari Neto Salvador 2018 1 OBJETIVO E COMPETÊNCIA MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA O ESTADOMETÁLICO Ligaçãometálica Elétrons livres não estão ligados a um átomo em particular e estão livres para se movimentar ao longo de todo ometal Pertencem a todo o metal Formam um mar de elétrons ou uma nuvem de elétrons Os elétrons que não são de valência juntamente com os núcleos formam os núcleos iônicos 79 Habilidades Fenômeno onde uma substância apresenta variações dearranjos cristalinos em diferentescondições PF 1538C PE 2862 C POLIMORFISMO FERRO Aplicar conhecimentos matemáticos científicos tecnológicos e instrumentais à engenharia projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados e identificar formular e resolver problemas de engenharia TCC ocorre quando o FeC é resfriadobruscamente CCC ocorre naturalmente a temperatura ambiente CFC ocorre quando a temperatura é elevada acima de 727C POLIMORFISMO FERRO DEFEITO Conteúdo 88 Estrutura cristalina do Ferro Nomenclatura FERRO ALFA OU DELTA FE OU FE FERRO CCC FERRITA Ferrogama Fe FerroCFC AUSTENITA 1 Introdução MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA CONTORNO DOGRÃO Separação entre grãos que possuem orientações cristalográficasdiferentes No contorno há desencontros atômicos na transição da orientação cristalina de um grão para aquela de outro grãoadjacente Liga detitânio ASM Handbook Vol 92004 90 2 Tipos de Materiais MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA DIFUSÃOEXPERIMENTO 91 3 Origem e extração dos metais Ciência dosMateriaisDEMATEEUFRGS 93 4 Estrutura cristalina dos metais As propriedades de alguns materiais estão diretamente associadas à sua estrutura cristalina Ex magnésio e berílio que têm a mesma estrutura HC se deformam muito menos que ouro e prata CFC que têm outra estrutura cristalina Explica a diferença significativa nas propriedades de materiais cristalinos e não cristalinos de mesma composição Ex Materiais transparentes translúcidos opacos e não cristalinos As propriedades dos materiais sólidos cristalinos depende da estrutura cristalina ou seja da maneira na qual os átomos moléculas ou íons estão espacialmente dispostos Ciência dosMateriaisDEMATEEUFRGS A diferença no comportamento mecânico de um material sólido é definida no arranjo atômico e conseqüentemente na sua estrutura cristalina 94 UNIDADE 2 ORDENAÇÃO DE ÁTOMOS SOLIDIFICAÇÃO Cristais se formam nosentido contráriodaretiradadecalor Mais baixa energia livre Maiorempacotamento SATURAÇÃO de uma solução Como s cristais seformam Nasolidificaçãooupor saturação deuma solução 11 Habilidades CÉLULA UNITÁRIA Metais cristalizam preferencialment e hexagonal CCC CFC CS muitoraro Ciência dos Materiais DEMAT EE UFRGS 7 sistemas cristalinos e 14 redes deBravais METAIS Ligação metálica não direcional não há restrições quanto ao número e posições dos vizinhos mais próximos Estrutura cristalina dos metais têm geralmente um número de vizinhos grandes e alto empacotamento atômico Romboédrico Hexagonal 101 Aplicar conhecimentos matemáticos científicos tecnológicos e instrumentais à engenharia projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados e identificar formular e resolver problemas de engenharia 33 CÉLULA UNITÁRIA 331 Número de átomos por célula unitária CS 1átomo CCC 2átomos CFC 4átomos Ciência dos Materiais DEMAT EE UFRGS 102 Conteúdo 33 CÉLULA UNITÁRIA Ciência dos Materiais DEMAT EE UFRGS CS CCC CFC Átomos por célula Número de coordenação Parâmetro de rede Fator de empacotame nto CS 1 6 2R 052 CCC 2 8 4R312 068 CFC 4 12 4R212 074 Resumo da estrutura cúbica 103 5 Aços e ferros fundidos 338 Alotropia ou transformaçõespolimórficas Ciência dos Materiais DEMAT EE UFRGS Tambien te FeCCC NC 8 FE 06 8 910 C FeCF C NC 12 FE 07 4 1390 C FeCC C 15 6 Sistema de classificação dos aços e ferros e produção 33 CÉLULA UNITÁRIA 16 Ciência dos Materiais DEMAT EE UFRGS 338 Alotropia ou transformaçõespolimórficas Mudança de Volume 134 TRANSFORMAÇÕES DE FASE VERSUS DILATOMETRIA a 906C e1409C A diferença devese provavelmente a impurezas e à policristalinidade 7 Diagrams TTT PRINCIPAIS LIGASMETÁLICAS Latão Mistura de 95 a 55 de cobre e de 5 a 45 de zinco Devido a sua alta flexibilidade ele é usado para produzir instrumentos musicais de sopro como trompete flauta saxofone etc além de também ser aplicado em peças de máquinas produção de tubos armas e torneiras Amálgama70de prata 18de estanho 10de cobre e2de mercúrio Ela é bastante resistente à oxidação corrosão e é bem maleável podendo ser moldada no dente do paciente 8 Diagrama de equilíbrio e transformações de fases PRINCIPAIS LIGASMETÁLICAS Solda Formada por 67 de chumbo e 33 de estanho ela é usada em solda de contatos elétricos porque possui baixo ponto de fusão Magnálio Mistura de 90 de alumínio e 10 de magnésio Por ser bastante leve é usado em peças de aviões e de automóveis Aula 4 EFEITO DA VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO DOSAÇOS 19 Um aço resfriado lentamente a partir do campo austenítico apresentará em temperatura ambiente uma ou mais da fases ferrita perlita e cementita dependendo de seuteor de carbono 7 DiagramasTTT MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA Efeito da velocidade de resfriamento dosaços 20 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA Efeito da velocidade de resfriamento dos aços 21 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA 22 Regra da alavanca conhecer a constituição estrutural dasligas Ferro comercialmente puro ferrita Aços hipoeutetóides até 077 C ferrita e perlita Aços eutetóides 077 C perlita Aços hipereutetóides 077 a 211 C perlita e cementita MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA 23 Diagrama de Transformação Tempo Temperatura Efeitos do resfriamento lento dos aços carbono MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA 24 Diagrama de Transformação Tempo Temperatura Efeitos do resfriamento lento dos aços carbono MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA 25 Diagrama de Transformação Tempo Temperatura Efeitos do resfriamento rápido dos aços carbono Sabese que a formação da ferrita e da cementita consequentemente da perlita exige a mudança do reticulado cristalino e movimentação dos átomos por difusão com a austenita já sólida Estasmodificações levam tempo MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA 26 Diagrama de Transformação Tempo Temperatura Efeitos do resfriamento rápido dos aços carbono Se o aço for resfriado mais rapidamente não haverá tempo para um completa movimentação atômica Surgirão assim novos constituintes de grande importância para as propriedades dosaços 170 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA DIAGRAMA DE TRANSFORMAÇÃO TEMPO TEMPERATURA Efeitos do resfriamento rápido dos aços carbono Seja por exemplo um açoeutetóide Temperatura crítica 727C linhas A3 e A1 se confundem Abaixo dessa temperatura só há perlita para resfiamento lento À medida em que se resfria cada vez mais rápido continuase a formar perlita porém com características que dependemda velocidade de resfriamento T MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA DIAGRAMA DE TRANSFORMAÇÃO TEMPO TEMPERATURA 29 Efeitos do resfriamento rápido dos aços carbono Ao se atingir uma certavelocidade a uma temperatura mais baixa aparece junto à perlita amartensita Para uma velocidade ainda maior de resfriamento de forma a evitar a difusão do carbono formase somente martensita Esta última velocidade tem o nome de velocidade crítica de resfriamento ºC MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA Diagrama de Transformação Tempo Temperatura Efeitos do resfriamento rápido dos aços carbono Exemplo curva de reação isotérmica a 600C 30 727 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA DIAGRAMADETRANSFORMAÇÃOTEMPOTEMPERATURA 31 Efeitosdo resfriamentorápidodos açoscarbono ExperimentodeDavenporte Bain 1 Pequenoscorposde prova 2 Aquecimento acima da zonacrítica 3 Banhoem chumbolíquido ou sal fundido 4 Observaçãoatemperaturasconstantesevariáveltempo 5 Resfriamento em água ousalmoura 6 Exame da microestrutura Muitas usinas heliotérmicas utilizam uma mistura dos sais nitrato de sódio NaNO3 e nitrato de potássio KNO3 Essamistura pode chegar atemperaturas de até 570Ce deve ser mantida a no mínimo 220C paraque a misturanão se solidifique austenita austenita perita perita austenita bainita bainita martensita tempo escala log t0 t1