Importância da Ciência dos Materiais

Por Que Estudar Ciência dos Materiais?

• O desenvolvimento tecnológico está intrinsecamente ligado aos avanços na área de materiais.
• Não é necessário ser um especialista para entender que a mais avançada turbina ou projeto de aeronave falhará se os materiais adequados não estiverem disponíveis.
• A limitação final para o avanço, em qualquer campo, depende dos materiais.
• A história da humanidade e a evolução dos materiais estão interligadas, com eras recebendo nomes dos principais materiais utilizados.
• Idade da Pedra (Lascada, posteriormente Polida): 600.000 à 4.500 A.C.
• Idade do Cobre: 4.500 à 3.300 A.C.
• Idade do Bronze: 3.300 à 1.200 A.C.
• Idade do Ferro: 1.200 à 500 A.C.
• Idade do Silício: fim do séc. XX
• O navio Titanic afundou em 1912.
• 1.517 pessoas morreram, tornado-se o maior desastre maritímo da história.
• O custo estimado de construção do navio seria de US$ 200 milhões atualmente.
• Alcançava a velocidade de 42 km/h e era o maior e mais avançado navio da época, com 900 pés (~275 m).
• A transição dúctil-frágil é influenciada pela temperatura em metais (CFC e HC), aços de baixa liga (CCC) e materiais de alta resistência.
• A Ciência dos Materiais foca em entender a relação entre estrutura, processamento, propriedades e desempenho para manipular e prever características dos materiais.
• Existe uma "explosão" de novos materiais, levantando questões sobre como engenheiros podem conhecer e selecionar o material ideal para cada aplicação.
• Produtos com a mesma função podem ser feitos com materiais diferentes

Estrutura

• A estrutura de um material se refere ao arranjo de seus componentes internos.
• Em nível subatômico, envolve interações entre elétrons e núcleos.
• Em nível atômico, organiza átomos e moléculas em relação uns aos outros.
• Em uma escala maior, é possível visualizar estruturas microscópicas e macroscópicas.

Propriedades

• As propriedades são a resposta de um material a um estímulo externo.
• Uma amostra sujeita a forças se deforma, e uma superfície metálica polida reflete luz.
• As propriedades são definidas independentemente da forma e tamanho do material.
• Existem seis categorias principais:
  • Mecânicas
  • Elétricas
  • Térmicas
  • Magnéticas
  • Óticas
  • Deteriorativas
• As propriedades de diferentes materiais podem ser comparadas usando critérios de seleção, auxiliados por diagramas de Ashby.

Processamento

• O processamento se refere ao método e parâmetros usados na fabricação de um material.
• Óxido de Alumínio
  • Monocristalino (safira): transparente.
  • Policristalino totalmente denso: translúcido.
  • Policristalino e poroso (5%): opaco.

Desempenho

• O desempenho depende da aplicação final do material.
• A otimização do dos materiais das palhetas de turbina a jato é importante.

A Transformação Alotrópica do Estanho

• Ocorre expansão de volume em 27%.
• É uma transformação lenta.
• Possui consequências na manutenção em baixas temperaturas.
• Estanho Branco (Sn – β) torna-se Estanho Cinzento (Sn – α) quando resfriado abaixo de 13,2 °C.

Razões para Estudar a Ciência dos Materiais

• Compreender a íntima ligação entre parâmetros e critérios de seleção de materiais.
• A seleção de materiais é desafiadora pois envolve custo, segurança e viabilidade técnica.
• Condições de serviço, deterioração das propriedades e fatores econômicos devem ser considerados.
• A familiaridade com a relação estrutura-propriedade e técnicas de processamento capacita engenheiros a fazer escolhas de materiais ponderadas.