Análise das Fases e Propriedades dos Materiais Metálicos e Cerâmicos

Percentagem das Fases:

• Fase Líquida: L = (C(α) - C(inicial)) / (C(α) - C(L));
• Fase Sólida: (C(inicial) - C(L)) / (C(α) - C(L));

Reações Invariantes:

• Eutética: L = α + β;
• Eutectoide: α = β + γ;
• Monotéctica: L1 = α + L2;

Hipoeutética: Composição menor que o eutético.

Hipereutética: Composição maior que o eutético.

A liga mais estável do ferro-carbono seria o ferro-grafite.

Ferro:

• α = ferrite;
• γ = austenite;
• θ = ferrite (θ);
• Ferro puro (teor de carbono).

Efeitos do Teor em C (nos ferros fundidos):

• Brancos (Fe3C);
• Cinzentos (C lamelar);
• Dúcteis (C nodular);
• Maleáveis (C revenido).

Ledeburite: Fundo de cementite com cristais dendríticos de austenite.

Transformação de Fases e Diagramas TTT:

• Com Difusão: Sem variação do número e variação de fases (exemplo: solidificação de metal puro);
• Com Variação do Número e Composição de Fases: Exemplo: transformação eutética;

Sem Difusão: Ocorre com formação metaestável.

Os Diagramas TTT estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre uma determinada transformação.

Tratamentos Térmicos e Controle da Microestrutura: A finalidade é alterar as microestruturas e, como consequência, as propriedades mecânicas das ligas metálicas, como:

• Eliminar tensões internas;
• Aumento da resistência mecânica;
• Aumento ou diminuição da dureza;
• Melhor ductilidade;
• Melhor maquinabilidade;
• Melhor resistência ao desgaste;
• Melhor resistência à corrosão;
• Melhor resistência ao calor;
• Melhoria das propriedades elétricas e magnéticas.

Principais Tratamentos Térmicos dos Aços:

• Normalização;
• Recozimento;
• Têmpera e Revenido;
• Coalescimento ou Esferoidização.

Normalização: Objetivos:

• Refinar o grão;
• Melhorar a uniformidade da microestrutura.

Recozimento: Objetivos:

• Remover tensões internas devido a tratamentos mecânicos;
• Diminuir a dureza para melhorar a maquinabilidade;
• Alterar as propriedades mecânicas, como resistência e ductilidade;
• Ajustar o tamanho do grão;
• Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas.

Esferoidização ou Coalescimento: Objetivos:

• Melhorar a maquinabilidade;
• Facilitar a deformação a frio.

Tempera e Revenido: Aumento na dureza, aumento na resistência à tração, redução na tenacidade.

Estrutura e Propriedades dos Materiais Cerâmicos: (Materiais sujeitos a altas temperaturas ou materiais produzidos a partir de matérias da coroa terrestre)

• Elevada dureza;
• Elevada resistência;
• Elevada resistência química;
• Elevada resistência térmica;
• Bom isolante;
• Fragilidade.

Outras Propriedades: Ligação principalmente iônica, mas também há covalente; neutralidade de cargas; estruturas estáveis; raio do cátions/raio anião = 0.8.

Defeitos:

• Defeito de Frenkel: um cátions encontra-se fora do lugar;
• Defeito de Shottky: par de lacunas cátions/aniões.

Materiais Poliméricos (Aplicações):

• Plásticos (termoplásticos, termoendurecíveis);
• Elastômeros (cadeias poliméricas lineares cruzadas);
• Elevado grau de elasticidade;
• Fibras;
• Adesivos;
• Espumas;
• Filmes.

Origem: Naturais (madeira, borracha, etc.); Sintéticos (PVC, PE, etc.).

Polimerização: Processo pelo qual os monômeros ligam-se entre si por ligações covalentes para gerar moléculas gigantes.

Processamento em Termoplásticos:

• Moldagem por injeção;
• Moldagem por sopro;
• Moldagem por compressão.

Processamento em Termoendurecíveis:

• Moldagem por reação e injeção;
• Moldagem por compressão.

Processamento em Elastômeros: Extrusão, moldagem por compressão.

Condutividade Elétrica: 1 / Resistividade Elétrica = número de portadores por cm³ * carga do portador * mobilidade dos portadores de carga. A resistividade diminui com o aumento da temperatura, diminui com o aumento de impurezas e aumenta com a presença de imperfeições nos cristais.

Exemplos de Semicondutores: Transistores, diodos, circuitos integrados, LEDs, detectores de infravermelhos.

Ligação Química dos Metais:

• Os elétrons de valência não estão ligados a nenhum átomo;
• Os metais têm elevada condutividade elétrica;
• A agitação térmica reduz a condutividade.

Todos os semicondutores têm 4 elétrons de valência.

Bandas de Energia:

• Os semicondutores caracterizam-se pela sua estrutura eletrônica em bandas de energia;
• As bandas de energia ocorrem quando dois elétrons interagem entre si;
• As bandas de energia nem sempre se sobrepõem e podem admitir no máximo dois elétrons.

Hiato de Energia: É o espaço entre as bandas de energia, o que distingue um isolante de um condutor. Em um material condutor, a banda de energia e a banda de valência sobrepõem-se; em um material isolante, a banda de energia e a banda de valência têm um nível de Fermi (hiato de energia) a separar. Um isolante distingue-se de um semicondutor pelo tamanho do hiato de energia.

Diodos:

• Conduzem em uma só direção;
• Conduzem quando estão diretamente polarizados;
• Não conduzem em polarização inversa.