Tecnologia dos materiais metálicos

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Este livro explica conceitos e aplicações da tecnologia dos materiais metálicos, evidenciando a influência do processo de fabricação ou de transformação deste material em sua estrutura resultante.
Comenta sua aplicação no cotidiano, em elementos como automóveis, aeronaves, parafusos e fios elétricos.
Trata, ainda, de propriedades e processos de obtenção de materiais metálicos (ferrosos e não ferrosos), estruturas e defeitos cristalinos, principais ligas metálicas e fundamentos de metalografia.
Pode ser usado nos cursos técnicos em Automação Industrial, Eletromecânica, Fabricação Mecânica, Mecânica, Manutenção Automotiva, Manutenção de Aeronaves em Célula, Manutenção de Máquinas Pesadas, Mecatrônica, Metalurgia, Órteses e Próteses, Soldagem, entre outros.
Possui material de apoio ao professor.

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1 - Materiais e Ligações Químicas

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Materiais e Ligações

Químicas

Para começar

Este capítulo tem por objetivo definir os conceitos básicos pertinentes aos materiais e suas respectivas ligações químicas. São definidos materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos, semicondutores, compósitos e biomateriais e, além disso, as ligações atômicas que os constituem.

As informações apresentadas são a base necessária para se entender de forma gradual os demais conceitos, bem como suas definições e metodologias.

1.1 Generalidades

Os materiais fazem parte do cotidiano de todos. São comuns em muitas aplicações, sejam elas simples ou complexas, tais como: latas, brinquedos, aparelhos ortodônticos, implantes, automóveis, aeronaves, máquinas operatrizes etc. Ou seja, os materiais são substâncias que devem apresentar propriedades que permitam aplicações tecnológicas, e, além disso, essas substâncias são necessárias para o constante desenvolvimento da sociedade.

Devemos destacar que o conhecimento tecnológico dos materiais está presente em diversos segmentos, como Mecânica, Produção, Eletrônica, Controle e Automação, Construção Civil, Química, Aeronáutica e Aeroespacial; mas a riqueza e a importância de tal conhecimento transcendem para outros setores como Medicina, Veterinária, Odontologia e Biologia na utilização de biomateriais, por exemplo.

 

2 - Propriedades Gerais dos Materiais Metálicos

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Propriedades Gerais dos Materiais

Metálicos

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Para começar

Este capítulo tem por objetivo conceituar as propriedades gerais dos materiais metálicos. Serão definidas as propriedades mecânicas, tecnológicas, térmicas, elétricas, magnéticas e químicas dos metais e ligas metálicas.

2.1 Propriedades dos materiais metálicos

As propriedades de um determinado material metálico compreendem a maneira como ele responde a determinados estímulos externos. Podemos encontrar soluções para projetos mecânicos, para aplicações em edificações, para utilização em componentes eletrônicos e para outras aplicações tecnológicas por meio da análise e da compreensão dos comportamentos apresentados pelos materiais em função de solicitações mecânicas, elétricas, térmicas e outras.

Por exemplo, quando uma liga metálica é submetida a temperaturas elevadas, o seu comportamento mecânico se altera ou não? Por que determinadas ligas metálicas sofrem corrosão, ou seja, enferrujam, quando expostas a meios corrosivos, enquanto outros materiais metálicos como o alumínio e o titânio são mais resistentes à corrosão? Por que o alumínio é viável para a fabricação de latinhas, enquanto o ferro fundido não? Por que o ferro fundido pode ser utilizado na confecção do bloco do motor de um caminhão, enquanto na confecção do bloco do motor de um veículo esportivo opta-se por liga de alumínio? Por que em vigas e colunas de construções se utiliza aço além do concreto?

 

3 - Estruturas Cristalinas

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Estruturas

Cristalinas

Para começar

Este capítulo tem por objetivo definir os conceitos básicos pertinentes às estruturas cristalinas dos materiais, destacando os materiais metálicos. São definidas as redes cristalinas possíveis para os materiais de engenharia, enfatizando as que comumente ocorrem nos materiais metálicos.

3.1 Estruturas

A palavra estrutura vem do latim structura, derivada do verbo struere, que significa construir.

De modo geral, refere-se à forma como as partes ou os elementos se agregam para compor o todo.

Na área de tecnologia dos materiais essa forma de aglomeração dos elementos constituintes pode se apresentar em quatro níveis distintos:

1) Estrutura atômica: refere-se aos átomos presentes no material, como estão ligados, e em função disso as propriedades que apresentam. Por exemplo, os átomos de sódio (Na) e de cloro (Cl) ligados ionicamente, tema abordado no Capítulo 1.

Figura 3.1 – Átomos de sódio e de cloro ligados ionicamente.

 

4 - Defeitos Cristalinos

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Defeitos Cristalinos

Para começar

Este capítulo tem por objetivo apresentar fundamentos sobre defeitos cristalinos em materiais metálicos. Serão apresentadas noções sobre as principais imperfeições em metais e ligas metálicas e a respectiva influência nas propriedades desses materiais.

4.1 Imperfeições ou defeitos cristalinos em materiais metálicos

Nos capítulos anteriores, estudamos os materiais em nível de estrutura atômica (Capítulo 1) e em nível de arranjo atômico (Capítulo 3), considerando que as estruturas cristalinas formadas são perfeitas. No presente capítulo estudaremos as perturbações que podem ocorrer nos cristais propiciando imperfeições e alterando as suas propriedades, em função do próprio processo de fabricação.

Antes de iniciarmos a contextualização do capítulo, seria pertinente analisar as seguintes questões.

Por que é benéfico adicionar elementos de liga aos metais, saindo da condição de elementos teoricamente puros (de hipoteticamente cristais perfeitos)? Por que os materiais metálicos sofrem deformação plástica e podem ser conformados? Por que ocorre a fragilização por hidrogênio em materiais metálicos? Por que é necessária a utilização de atmosfera controlada em determinados processos?

 

5 - Obtenção de Materiais Metálicos (Ferrosos)

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Obtenção de

Materiais Metálicos

(Ferrosos)

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Para começar

Este capítulo tem por objetivo apresentar os processos de obtenção de materiais metálicos (ferrosos) de utilização comercial. Serão apresentados os processos de elaboração de ligas ferrosas, especificamente aços e ferros fundidos.

5.1 Processos de obtenção de metais

Os metais são normalmente encontrados na natureza na forma de compostos, sendo rara a sua ocorrência na forma metálica (caso do ouro, por exemplo). A obtenção de materiais metálicos a partir de minérios encontrados na natureza envolve um conjunto de operações, cujo número e complexidade dependem do minério e do metal considerados. A extração de um metal do seu minério, ou seja, da sua condição de composto, constitui o campo de estudos da Metalurgia Extrativa.

A extração de um metal normalmente não propicia a este as condições de aplicação tecnológica, pois da extração se obtém um material primário, grosseiro e impuro, que necessita ser refinado.

 

6 - Obtenção de Materiais Metálicos (Não Ferrosos)

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Obtenção de

Materiais Metálicos

(Não Ferrosos)

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Para começar

Este capítulo tem por objetivo apresentar os processos de obtenção de materiais metálicos (não ferrosos) de utilização comercial. Serão apresentados os processos de obtenção do alumínio, do cobre, do titânio, do magnésio e do zinco.

6.1 Materiais metálicos não ferrosos

Os materiais metálicos não ferrosos são os comercialmente puros com a exclusão do ferro e os que não apresentam o ferro como elemento predominante no caso das ligas metálicas. No entanto, não significa que não possam apresentar o ferro como elemento de liga. Por exemplo, uma liga Al-1%Fe, na qual o alumínio é o elemento predominante da liga metálica, o solvente, e o ferro, o soluto.

O alumínio, o cobre, o titânio, o magnésio, o zinco são metais comumente utilizados pela sociedade em muitas aplicações tecnológicas, na condição de materiais metálicos comercialmente puros ou como elementos predominantes ou não de ligas metálicas, em função da vasta gama de possibilidades de propriedades que podem ser oferecidas.

 

7 - Ligas Metálicas

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Ligas Metálicas

Para começar

Este capítulo tem por objetivo apresentar as principais ligas metálicas (ferrosas e não ferrosas).

Serão destacadas as ligas ferrosas (aços e ferros fundidos) e as ligas não ferrosas (de alumínio, de magnésio, de titânio, de cobre e de zinco). Serão apresentadas as nomenclaturas e as principais características e aplicações dessas ligas metálicas, informações imprescindíveis para a adequada seleção de materiais metálicos.

7.1 Grupos de ligas metálicas

As ligas metálicas são materiais metálicos compostos de dois ou mais elementos, pelo menos um dos quais é um metal. Elas podem ser consideradas materiais imprescindíveis para a sociedade desde tempos bíblicos até hoje, e pode-se dizer que com o desenvolvimento de materiais e processos de fabricação estarão presentes por muito tempo.

As ligas metálicas podem ser divididas em dois grupos: ligas ferrosas e ligas não ferrosas, conforme a Figura 7.1.

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Figura 7.1 – Ligas metálicas (ferrosas e não ferrosas).

 

8 - Metalografia

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Metalografia

Para começar

Este capítulo tem por objetivo apresentar conceitos e técnicas importantes sobre metalografia. O capítulo ensina as etapas necessárias para a preparação de materiais metálicos (ferrosos e não ferrosos), desde o corte até a visualização da estrutura (macro ou microestrutura).

8.1 Análise metalográfica

No desenvolvimento dos capítulos do livro constata-se a influência do processo de fabricação na estrutura e, consequentemente, nas propriedades dos materiais metálicos. Por isso, é crucial, em função das propriedades almejadas, o conhecimento sobre o histórico de fabricação (elementos constituintes, processos de transformação) e da estrutura obtida.

A metalografia pode ser definida como o exame ou a análise da estrutura de um material ou amostra metálica por meio de uma superfície devidamente polida e geralmente atacada com um reagente específico. É uma ferramenta importantíssima na área de metalomecânica para a caracterização e o controle de materiais metálicos. Compreende o estudo da estrutura em nível de micro e de macroestrutura.

 

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