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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica, Minas e de Materiais CIÊNCIA DOS MATERIAIS Professor: Carlos Perez Bergmann EXERCÍCIOS – INTRODUÇÃO – CAPÍTULO 1
1. Com que se ocupa a Ciência dos Materiais e qual sua importância na engenharia moderna? A Ciência dos Materiais se ocupa da investigação e o estudo dos materiais disponíveis, analisando seus potenciais e limitações, como eles se comportam em si; também como se comportam em relação ao meio. Hoje há uma preocupação bastante grande em relação ao impacto ambiental além de trabalhar determinado produto salientando determinadas características dele. É a ciência que estuda a composição, estrutura e processamento dos materiais, relacionando-as com as suas propriedades e usos. 2. Diferencie conhecimento fenomenológico e enciclopédico. O conhecimento fenomenológico é o conhecimento adquirido a partir de observações de fenômenos ocorridos, já o conhecimento enciclopédico é conhecimento científico acumulado ao longo de várias experiências. 3. Classifique os materiais segundo os seguintes critérios: a) aplicação na indústria; b) grau de desenvolvimento tecnológico e c) morfologia. a) aplicação na indústria: Metais: Seus átomos têm os elétrons numa nuvem pairando por cima, isto faz com que eles sejam bons condutores de eletricidade e calor. Sendo normalmente resistentes e deformáveis. Ex.: latão, cobre e ouro. Cerâmicos: São geralmente mal condutores de eletricidade e calor. Resistem a maior temperatura que os metais e os polímeros. São frágeis, mas duros. Ex.: gres, vidro. Polímeros:São geralmente compostos orgânicos e se constituem de moléculas bastante grandes de cadeias de carbono. São de baixa densidade e podem ser bastante flexíveis.Ex.:plástico,borracha Compósitos: combinação de dois ou mais materiais que mantém duas ou mais fases fazendo com que estes materiais tenham uma característica distinta do que teriam se estivessem expostos em separado. Ex.: fibra de vidro + polímero. b) grau de desenvolvimento tecnológico: Naturais: são aqueles que são utilizados conforme encontrados na natureza.Ex.: madeiras, pedras, ossos.
Empíricos:são aqueles que já sofreram um certo grau de transformação mas seus processo foram meio que desenvolvidos a partir de fenômenos ocorridos na natureza, sem muito estudo do processo em si. Ex.: cerâmica de olarias Desenvolvimento científico: aqui já envolve a ciência no desenvolvimento de materiais.Ex.: polias, rolamentos, vidrados cerâmicos. Projetado: são materiais desenvolvidos com alta tecnologia com fins de produzir tais e tais comportamentos. Ex: as peças frontais dos ônibus espaciais que suportam melhor o atrito na hora da volta a atmosfera. c) morfologia: Mono-estruturado: material com as mesmas propriedades por todo o material. Recobrimento: as propriedades de superfície são diferentes das propriedades no interior do objeto. Gradiente: são produtos com multicamadas com propriedades diferentes. Aleatório: são os compósitos, onde há um reforço de propriedades através de incorporação de dois ou materiais que mantém duas os mais fases, sem se misturar.
4. Cite dois produtos que podem ser classificados como: a) monoestruturado; b) recobrimento; c) gradiente e d) composição aleatória. a) mono-estruturado: Ex.: cerâmica, polietileno de baixa densidade. b) recobrimento: Ex.: metais com banho de outros metais; um aço de sofreu um tratamento de uma atmosfera de carbono. c) gradiente: Ex.: os “amortecedores” (compósitos de borracha + aço) que o pessoal estão colocados nos edifícios de zonas de muitos terremotos; uma parede para isolamento acústico onde se tem uma estrutura externa e dentro vai a dolomita. d) composição aleatória: Ex,:fibra de vidro + polímero;grafite + epóxi. 5. Como se interrelacionam estrutura, propriedades, processamento e desempenho em serviço de um material? Formam um triângulo harmônico. As propriedades dependem da estrutura cristalina ou não-cristalina dos materiais que por sua vez depende do processamento e do material. As propriedades de um material, originam-se em sua estrutura interna que por sua vez estão ligadas não apenas aos átomos mas também como estes se ligam aos seus vizinhos em cristais, moléculas e microestrutura. Diferentes processamentos podem alterar as estruturas internas sob diferentes perspectivas originando, por conseguinte, materiais com propriedades também distintas. Dependendo do processamento o desempenho varia na hora de utilização do material, assim que quando se vai escolher um processamento é necessário levar em conta o custo da matéria-prima, custo de produção e também as características que se quer do produto acabado. O desempenho de um material está relacionado com o seu comportamento quando em regime de uso, ou seja, a resposta do material quando exigido em condições reais. Muitas vezes um material apresenta ótimas características funcionais que o tornariam excelente para determinadas aplicações mas, sob testes de uso efetivo, avalia-se debilidades que comprometem seu uso em
resistência a corrosão e baixa resistência mecânica) e compósitos (geralmente: propriedades médias em relação aos outros materiais, possuem combinações de propriedades não encontradas em outros materiais).
12. Dê dois exemplos que evidenciam a relação entre estrutura e propriedades dos materiais. O diamante e o grafite. O grafite tem estrutura cristalina hexagonal.O diamante sofreu uma pressão e tem estrutura cúbica. O ferro que ao elevar a temperatura passa de uma estrutura cúbica de corpo centrado para uma estrutura cúbica de face centrada, sendo um material mais resistência o homem deu um jeito de manter esta estrutura o um rápido esfriamento e adição de carbono criando o aço. 13. Por que utiliza-se uma alumina translúcida como invólucro de uma lâmpada de sódio? Utiliza-se uma alumina translúcida como invólucro de uma lâmpada de sódio para aumentar a resistência à temperatura. 14. A partir de um material de sua escolha, dê duas aplicações para o mesmo e descreva as propriedades de interesse em cada aplicação. Polietileno: bolsas plásticas – não rasgam com tanta facilidade com o papel, agüentam mais peso, fácil produção, higiênicas, podem ser produzidas bem finas (pouca matéria-prima). Vasos de flor – não necessitam ser processados por processos onerosos de queimas cerâmicas, não se rompem com tanta facilidade, existe uma abundancia de material reciclável para ser utilizado, o ataque a fungos é menor que a cerâmica. 15. Como podem se degradar as propriedades dos materiais em serviço? Cite 3 exemplos práticos. Corrosão galvânica, corrosão sob tensão, desgaste, fadiga, fluência, degradação por radiação, trincas por choque térmico, etc. Corrosão: Ocorrem, com mais freqüência, nos metais pela perda de material por dissolução (corrosão) ou pela formação de incrustação ou película de materiais não-metálicos (oxidação). Desgaste: Por exemplo, na cerâmica, um piso exposto ao um auto transito é desgastado devido ao processo de abrasão com as areias trazidas pelos calçados. Radiação: Nêutrons de reatores nucleares podem afetar a estruturas internas dos matérias, diminuindo a resistência mecânica e fragilizando os matérias, devido a formação de fissuras. Ex: Temperatura: Com o aumento das temperaturas diminui a resistência mecânica dos materiais. Ex.: Os polímeros, por exemplo, expostos a ao sol acabam por se tornando quebradiços. 16. Quais são os critérios para a seleção de um material para determinada aplicação?
Os critérios para a seleção de um material para determinada aplicação começam com a análise do serviço que vai ser submetido o material e as necessidades principais de propriedades finais incluindo suas limitações e os processos de degradação do material; suas capacidades e custo de processamento, incluindo a disponibilidade da matéria-prima; seu comportamento em relação ao meio ambiente e a capacidade de ser reciclável.
17. O que é compromisso entre as propriedades de um material? O compromisso entre as propriedades de um material está em avaliar, para determinado produto, quais das propriedades num material podem ser diminuídas ou perdidas em favor de outras. Para uma dada aplicação existe a necessidade de se tomar uma decisão quanto aos materiais a serem usados. As propriedades deste materiais, por exemplo, a relação resistência / densidade e a sua confiabilidade quando em uso, devem satisfazer às requisições à qual a aplicação se destina e ainda este material deve permitir seu processamento sem que isto altere suas características, ou se alterar, que seja para melhor. O custo deste material e de seu processo de fabricação devem ainda serem viáveis economicamente e ecologicamente (reciclagem). 18. Como a questão ambiental está presente na seleção de um material para determinado emprego. A questão ambiental está presente na seleção de um material e do processo de produção tendo em consideração a relação impacto ambiental x produção (buscasse o menor impacto possível); energia, o material, em geral, que se usa tem em quantidades limitadas na terra.
