Estruturas cristalinas. Imperfeições em sólidos

ETAPA 1

Aula-tema: Estruturas Cristalinas. Imperfeições em Sólidos.

Essa atividade é importante para compreender a relação entre a estrutura e as propriedades dos materiais e saber classificar um determinado tipo de material.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1

1. Pesquisar em livros da área, revistas e jornais ou sites da internet as principais características dos materiais que apresentam as classificações básicas que são os metais, cerâmicas, polímeros e compósitos.

Bibliografia complementar

• ASKELAND, Donald R.; PHULÉ, Pradeep P. The science and engineering of materials.

4. ed. California: Brooks/Cole-Thomson Learning, 2003.

• CALLISTER JR., William D. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais. 1. ed.

Rio de Janeiro: LTC, 2009.

• VAN VLACK, Lawrence Hall. Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais. 4. ed.

Rio de Janeiro: Campus, 2003.

R: Os materiais são classificados tecnicamente em três classes principais independentes e uma composta (ver Figura 1-1), denominadas, respectivamente: polímeros, cerâmicas, metais e compósitos. Os materiais metálicos compõem o tema central da metalurgia.

Metais Normalmente combinações de elementos metálicos (ligas).

Excelentes condutores elétricos e de calor e têm aparência lustrosa.

São fortes, porém deformáveis.

São extensivamente usados em aplicações estruturais.

Cerâmico Compostos que contêm elementos metálicos e não metálicos.

Fracos condutores de eletricidade.

Duros e frágeis.

Mais resistentes a altas temperaturas e ambientes agressivos do que os metais e os polímeros.

Polímeros Em geral, compostos orgânicos que são plásticos ou borrachas (polietileno, Teflon)

Feitos de carbono, hidrogênio e outros elementos não metálicos.

Em geral, moléculas grandes (macromoléculas).

Baixa densidade e muito flexíveis.

Compósitos Compostos de mais de um tipo de material (fibra de vidro - é feito de fibras de vidro embebidas em um polímero).

Apresentam uma combinação das melhores características de cada componente (fibra de vidro adquire a resistência á tensão do vidro e a flexibilidade do polímero)

2. Completar a tabela 1 apresentada a seguir de acordo com os estudos realizados no passo 1

sobre as noções básicas de materiais metálicos.

Tabela 1 – Características das estruturas cristalinas de sistema cúbico.

Passo 2

1. Definir em equipe, de acordo com o estudo feito no passo 1, qual será o material metálico utilizado no vasilhame que o grupo desenvolverá e apresentar as características desse material.

R: O nome Alumínio (Al) é derivado de alume (sulfato de alumínio de potássio), que vem do alúmen (do latim, que significa sal amargo), tem o número atômico 13, peso atômico 26,98, seu ponto de fusão é 669.7 C e seu ponto de ebulição é 1800 C. É um bom condutor de eletricidade, perdendo apenas para o cobre, o que torna ideal para uso em fiação elétrica, lâmpadas e fios de telefone, um bom condutor de calor, o que o torna ideal para o uso em utensílios de cozinha, não magnético e resistente a corrosão o que o torna ideal para uso ao ar livre.

O Alumínio está presente em 8,1% da crosta terrestre, em peso, é o elemento mais comum após oxigênio e o silício. É principalmente encontrado na Bauxita, é notavelmente conhecido pela sua resistência a oxidação, importante para economia mundial, vital para indústria aeroespacial, transporte e de construção em que o peso leve, durabilidade e resistência são necessários.

2. Justificar a escolha do material do vasilhame, relacionando com a bebida que será armazenada no mesmo.

R: O Alumínio é um material principalmente conhecido por sua reciclagem e sua resistência a corrosão. O liquido que armazenaremos será a água da chuva, na maioria dos metais que entram em contato com a água há corrosão, o mesmo não acontece com o alumínio por causa de suas características que o tornam único. A reciclagem do Alumínio é muito comum nos dias de hoje, ele pode ser reciclado muitas vezes sem perder suas características no processo de reaproveitamento. A reciclagem do alumínio representa apenas 5% da energia necessária para a produção do alumínio primário.

Passo 3

Observar a figura 1 e realizar as atividades descritas a seguir.

Figura 1 – Aplicações da ciência dos materiais na indústria automobilística, mostrando as conexões entre a microestrutura (microstructure); composição (composition), síntese e processamento (synthesis and processing) e desempenho e custo (performance, cost).

Fonte: ASKELAND, Donald R.; PHULÉ, Pradeep P. The science and engineering of materials. 4. ed. California: Brooks/Cole-Thomson Learning, 2003.

1. Discutir detalhadamente cada item que compõe o tetraedro.

R: Composição: O Primeiro item do tetraedro exemplifica a composição do material utilizado e o processo de obtenção do metal, que foi transformado num blank para ser distribuído à indústria em forma de chapas.

Microestrutura: A microestrutura só pode ser observada por um microscópio, e expõe a estrutura cristalina do material. Através dela podemos observar se o material possui algum defeito pontual, como lacunas e inclusões.

Síntese e processamento: O material depois de passar pelo processo de laminação foi exposto a outro processo de conformação mecânica, como a estampagem como mostrado na figura, tomando a forma do molde utilizado.

Desempenho e custo: Onde e como o material foi aplicado na indústria, nesse caso a automotiva. É importante se fazer um estudo sobre os processos a que o material foi