Materiais Mecanicos

MATERIAIS

A Engenharia dos Materiais é o campo da Engenharia que trata do processamento, teste, caracterização e da aplicação tecnológica dos materiais.

Os materiais compreendem uma ampla gama de substâncias classificadas pela sua natureza química e estrutural como: metais, cerâmicas, polímeros, semicondutores e combinações de diferentes tipos de materiais, conhecidos como compósitos.

Todas as aplicações requerem materiais com requisitos de qualidade, durabilidade, desempenho e custo. As propriedades requeridas resultam da seleção e do controle do processo de fabricação usados na conversão de materiais primários em produtos finais Novos produtos são continuamente desenvolvidos pelos cientistas e engenheiros de materiais.

1-CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

A História é medida pelas inovações nos materiais. O desenvolvimento de metais como o aço e o bronze trouxeram avanço na civilização milhares de anos atrás, numa sinergia que continua até os dias atuais nas fibras ópticas que revolucionaram as comunicações e criaram a infraestrutura da internet e no desenvolvimento dos biomateriais que reproduzem o comportamento de tecidos biológicos.

• METAIS

Metais são materiais formados pela combinação de elementos químicos que ocupam a posição central na Tabela Periódica. Esses elementos possuem como principal característica a sua utilidade, altas condutividades térmica e elétrica. Eles também são mecanicamente resistentes, porém podem ser deformados e, em geral, possuem um aspecto brilhante e lustroso quando polidos.

• CERAMICOS

Cerâmicas são compostos com características entre os metais e os elementos não-metálicos e incluem compostos químicos, tais como: óxidos, nitretos e carbonetos. Eles são tipicamente isolantes elétricos e térmicos e resistentes a altas temperaturas e ambientes quimicamente agressivos.

• POLIMEROS

Os polímeros vulgarmente conhecidos como plásticos, geralmente são compostos orgânicos baseados principalmente em átomos de carbono e hidrogênio. Eles possuem elevada massa molecular e usualmente possuem baixa densidade e apresentam baixa estabilidade química e estrutural em altas temperaturas.

Por causa dessas características, suas principais aplicações são na fabricação de produtos com baixo ciclo de vida (geralmente descartáveis).

Eletrônicos

Os materiais semicondutores tem propriedades elétricas intermediárias entre os metais (condutores) e as cerâmicas (isolantes). As propriedades elétricas são fortemente dependentes de pequenas adições de impurezas conhecidas como dopantes.

São usados na fabricação de componentes e circuitos eletrônicos.

• COMPÓSITOS

Os compósitos consistem de dois ou mais tipos de materiais com diferentes estruturas e propriedades. A "fibra de vidro" é uma combinação de vidro e polímero. O concreto e a madeira compensada são outros exemplos de materiais compósitos familiares. Diversos compósitos são combinações de fibras cerâmica inseridas em uma matriz metálica ou polimérica.

Tabela 1 – Características das estruturas cristalinas de sistema cúbico.

Estrutura Cristalina Átomos por célula unitária Parâmetro de rede Fator de Empacotamento Exemplo de Metais

Cúbica Simples 1 átomos a = 2r 0,52 Polônio

Cúbica de Corpo Centrada 8 átomos a = 4r

0,68 Cromo, Ferro, tungstênio

Cúbica de Face Centrada 8 átomos A = 2R 0,74 Cobre, alumínio, prata, ouro.

Material utilizado: Alumínio

Na produção de latas para acondicionar bebidas (refrigerantes) é normalmente utilizado o alumínio (apesar de também existirem produzidas em aço), este é o mais utilizado por apresentar diversas características que o tornam ideal para esta utilização, desde logo pelo fato de o alumínio ser 100% reciclável e a energia necessária na sua reciclagem ser apenas 5% da necessária para a sua produção, outras grandes vantagens são o fato de o alumínio ser bastante leve, atóxico, resistente, bastante maleável e permitir uma rápida refrigeração das bebidas.

Processo de fabrico de latas de refrigerante

Obtenção da matéria-prima

O alumínio puro não existe na natureza, existe sim sob a forma de minério, o principal minério do alumínio é a bauxita que é necessária processar para se obter o alumínio, primeiro é necessário proceder á separação da alumina da bauxita que é feita usando o Processo Bayer, este consiste na dissolução do minério com soda cáustica a alta temperatura e pressão.

O lixiviador obtido é arrefecido, diluído e filtrado. O composto 2NaAlO2 é decomposto por hidrólise, em alumina hidratada. É controlada a cristalização (adição de alumina fina para nucleação), a temperatura e a velocidade de arrefecimento.

Os cristais precipitados são calcinados a 1100 ºC, para libertação da água de cristalização, obtendo-se Al2O3 com um grau de pureza na ordem dos 99.4%. A obtenção do alumínio a partir da alumina purificada é efetuada pela redução eletrolítica desta através do processo Hall – Héroult. Neste processo a alumina atua como fundente a 970 ºC sendo efetuada a electrólise entre ânodos consumíveis de carbono e cátodos de carbono. O mecanismo da electrólise é o seguinte: No cátodo o sódio é libertado e reage com fluoreto de alumínio presente para produzir alumínio enquanto no ânodo os íons complexos são quebrados com libertação de oxigênio. Este reage com o ânodo (de carbono) formando dióxido de carbono, o ânodo é consumido durante o processo de obtenção do alumínio, sendo substituído periodicamente.

O alumínio obtido, com 99.7% de pureza, pode ser utilizado na maior parte das aplicações, nova purificação pode