Engenharia de Materiais
  • Introdução
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  •  Introdução




     Contactos

  • Docente aulas teóricas:
  • Profª Maria Emília Rosa, Telefone: 218418105, Extensão: 2105, Sala: 5.05  (3º andar do Pav. de Civil), Correio electrónico

  • Docentes aulas práticas:
  • Turma 13101 (Aeroespacial) - Profª Maria Emília Rosa, Telefone: 218418105, Extensão: 2105, Sala: 5.05 (3º andar do Pav. de Civil), Correio electrónico

    Turma 13102 (Aeroespacial) - Profª Maria de Fátima Vaz, Telefone: 218418106, Extensão: 2106, Sala: 5.06  (3º andar do Pav. de Civil), Correio electrónico

    Turma 08201 (Naval)  + Turma 15301 (Ambiente) - Prof. Rogério Colaço, Telefone: 218418125, Extensão: 2125, Sala: 5.25  (3º andar do Pav. de Civil), Correio electrónico

    Turma 15302 (Ambiente) - Prof. Luís Santos, Telefone: 218418113, Extensão: 2113, Sala: 5.13 (3º andar do Pav. de Civil), Correio electrónico

     
     Objectivos

    Transmitir aos alunos noções básicas de Ciência e Engenharia de Materiais que lhes permitam compreender as relações entre a composição química, a estrutura, as propriedades e as tecnologias de processamento dos materiais.

     Programa

    Capítulo 1 - INTRODUÇÃO
    Materiais. Ciência e Tecnologia de Materiais. Classes de materiais usados em Engenharia e suas principais propriedades. Selecção de materiais. Desenvolvimento de novos materiais. Considerações económicas e ambientais.

    Capítulo 2 - MATÉRIAS PRIMAS
    Fontes de matérias-primas: minérios, materiais manufacturados; resíduos de produção industrial. Processos de obtenção de materiais.

    Capítulo 3 - PROPRIEDADES  MECÂNICAS DOS  MATERIAIS
    Importância das propriedades mecânicas dos materiais. Tensão normal e extensão. Tensão de corte e distorção. Ensaio de tracção: tensão e extensão reais e nominais; tensão de cedência e tensão de prova; tensão máxima; tensão de fractura; coeficiente de estricção; rigidez, tenacidade, resiliência, ductilidade. Deformação elástica: lei de Hooke; módulos de Young e de distorção; coeficiente de Poisson. Deformação plástica de sólidos cristalinos. Deformação e fractura de materiais poliméricos. Ensaios de dureza, de fluência, de fadiga e de impacto. Atrito e desgaste: superfícies em contacto; coeficientes de atrito; mecanismos de desgaste; lubrificação.

    Capítulo 4 - MATERIAIS  COMPÓSITOS
    Importância dos materiais compósitos. Polímeros reforçados. Fibras de vidro, de carbono e de kevlar. Propriedades e tipos de resinas. Módulo de elasticidade do compósito. Compósitos laminados. Compósitos de matriz metálica e de matriz cerâmica. Materiais celulares:  estruturas em favo-de-mel e espumas.

    Capítulo 5 - ESTRUTURA  DOS  MATERIAIS
    Átomos e moléculas. Tipos de ligações atómicas. Estado sólido cristalino e não cristalino. Rede, nó de rede e vector de rede. Tipos de redes planas. Parâmetros de rede. Célula unitária. Redes de Bravais e sistemas cristalográficos. Unidade estrutural e estrutura cristalina. Principais estruturas cristalinas dos materiais metálicos: célula estrutural; número de coordenação; factor de compacidade atómica; planos e direcções de máxima compacidade. Identificação de direcções cristalográficas; direcções cristalograficamente equivalentes. Identificação de planos cristalográficos: índices de Miller; planos cristalograficamente equivalentes; índices de Miller-Bravais; relações entre os índices de Miller e de Miller-Bravais. Polimorfismo e alotropia (caso do ferro). Estruturas cristalinas dos materiais cerâmicos: ligações iónica e covalente; factores que determinam a estrutura dos materiais cerâmicos; estruturas de CsCl, NaCl e de silicatos, e respectivas redes cristalinas. Determinação de estruturas cristalinas: difracção de raios-X; constituição e funcionamento de uma ampola de raios-X; lei de Bragg; método dos pós; reflexões presentes e ausentes; exemplos de determinação de estruturas cristalinas. Defeitos em estruturas cristalinas e sua importância; defeitos pontuais, lineares e superficiais. Lacunas e intersticiais: energia de formação e concentração de equilíbrio. Defeitos pontuais em sólidos iónicos: defeitos de Schottky e de Frenkel. Deslocações: linha da deslocação e vector de Burgers; densidade de deslocações; tipos de deslocações; plano de escorregamento; energia de uma deslocação; dissociação de deslocações; lei de Schmidt; movimento e multiplicação de deslocações; obstáculos ao movimento das deslocações; escorregamento cruzado e trepa de deslocações; alteração das propriedades mecânicas devidas à deformação plástica; encruamento. Falhas de empilhamento e limites de grão.

    Capítulo 6 - MATERIAIS POLIMÉRICOS
    Tipos de materiais poliméricos: elastómeros, termoplásticos e termoendurecíveis. Homo e copolímeros. Cristalinidade: Tg. 

    Capítulo 7 - SOLIDIFICAÇÃO
    Nucleação e crescimento. Nucleação homogénea e heterogénea. Raio crítico. Grau de sobre-arrefecimento. Grãos e limites de grão. Número ASTM de tamanho de grão. Fase. Tipos de fases sólidas: soluções sólidas substitucionais e intersticiais; compostos.

    Capítulo 8 - DIFUSÃO  ATÓMICA  EM  SÓLIDOS
    Difusão no estado sólido. Mecanismos de difusão. Leis de Fick. Coeficiente de difusão. Factores que influenciam o coeficiente de difusão. Aplicações industriais dos processos de difusão. Recozimento de metais deformados a frio: recuperação, recristalização e crescimento de grão. Fluência: ensaios de fluência. Endurecimento por precipitação, envelhecimento e sobre-envelhecimento: caso das ligas de alumínio.

    Capítulo 9 - DIAGRAMAS  DE  EQUILÍBRIO  DE  FASES

    Elemento puro e liga. Componente. Regra das fases de Gibbs. Diagramas de fases de um elemento puro e de uma liga binária. Sistema isomorfo. Linhas liquidus e solidus. Composição e percentagem das fases. Regra da alavanca. Equilíbrios trifásicos: reacções eutécticas e peritécticas. Arrefecimento desde o estado líquido de ligas eutécticas, hipo-eutécticas, hipereutécticas e peritécticas. Fases primárias e secundárias. Precipitação de uma fase sólida a partir de outra fase sólida. Diagramas binários com interesse prático: cobre-estanho (bronzes), cobre-zinco (latão), alumina-sílica. Arrefecimentos em condições de não-equilíbrio: zonamento; encapsulamento; eutécticos divorciados.

    Capítulo 10 - FERRO  E  AÇO
    A idade do ferro. Ligas ferrosas com interesse em engenharia: aços carbono e aços ligados; aços inoxidáveis; ferros fundidos. Análise detalhada do diagrama ferro-carbono: estável e meta-estável. Tratamentos térmicos dos aços. Velocidade de arrefecimento. Transformações da austenite em perlite, bainite e martensite. Características das transformações martensíticas. Curvas TTT (IT) e (CT). Previsão de microestruturas. Efeito do teor em carbono nas curvas TTT: aços eutectóides, hipo-eutectóides e hipereutectóides. Recozimento, normalização, têmpera, revenido, austêmpera e martêmpera. Temperabilidade. Ensaios de Jominy.

    Capítulo 11 - TECNOLOGIAS DE PROCESSAMENTO DE MATERIAIS
    Tecnologias de processamento de materiais. Análise do ciclo de vida (ACV) dos materiais.

    Capítulo 12 - RECICLAGEM  E/OU  VALORIZAÇÃO  DE  RESÍDUOS  SÓLIDOS
    Processos de separação e recuperação de materiais a partir de resíduos: físicos e/ou químicos.

    Capítulo 13 - OUTRAS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

    A idade dos materiais electrónicos. Propriedades eléctricas dos materiais: condutividade e resistividade dos metais; supercondutividade; semicondutores; propriedades dieléctricas. Propriedades magnéticas dos materiais: fundamentos e aplicações. Propriedades ópticas dos materiais: interacção da luz com a matéria; absorção e emissão de luz. Propriedades térmicas dos materiais: calor específico; condução e expansão térmica. Degradação de materiais. Oxidação de metais: mecanismos de oxidação. Tipos de corrosão: controlo e protecção contra a corrosão.

     Bibliografia

    • William F. Smith, “Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais”, Mc. Graw-Hill de Portugal Lda: Lisboa, 1998.
    • Rolf E. Hummel, “Understanding Materials Science”, Springer-Verlag: New York, 1998.
    • James F. Shackelford, “Introduction to Materials Science for Engineers”, Prentice-Hall: New Jersey, 2000.
    • Pat L. Mangonon, “The Principles of Materials Selection for Engineering Design”, Prentice-Hall: New Jersey, 1999.
    • William D. Callister, Jr., “Materials Science and Engineering: an Introduction”, John Wiley & Sons: New York, 1994.
    • Michael F. Ashby e David R. H. Jones, “Engineering Materials”, Pergamon Press: Oxford, 1980.
    • A. H. Cottrell, “Introdução à Metalurgia”, Fundação Calouste Gulbenkian: Lisboa, 1982.
    • B. A. Wills, “Mineral Processing Technology”, Butterworth-Heinemann: Oxford, 1997.
    • F. Habashi, “Principles of Extractive Metallurgy” vol. I e II, Gordon and Breach: New York, 1980.
    • Terry J. Veasey, “The Physical Separation and Recovery of Metals from Wastes”, Gordon and Breach: Birmingham, 1993.


     Aulas

    Aulas teóricas: 3ªs. feiras das 13 às 14 h, na Sala EA5.2; 4ªs. feiras das 12 às 13 h, na Sala GA4; 5ªs. feiras das 13 às 14 h, na Sala GA3.

    Aulas práticas:
    Turmas 08201 e 15301: 6ªs. feiras das 15 às 17 h, na Sala V112.
    Turma 13101: 4ªs. feiras das 8 às 10 h, na Sala C22.
    Turma 13102: 6ªs. feiras das 10 às 12 h, na sala E3.
    Turma 15302: 5ªs. feiras das 15 às 179 h, na sala C11.

    Cronograma

    Semana
    Aulas teóricas
    Aulas práticas


    12 a 16.Set.
    Não há aulas para todos os anos começarem ao mesmo tempo (as aulas são conjuntas para o 1º ano de Engenharia Aeroespacial, 2º ano de Engenharia e Arquitectura Naval e 3º ano de Engenharia do Ambiente).

    idem

    19 a 23.Set.
    Não há aulas para todos os anos começarem ao mesmo tempo (as aulas são conjuntas para o 1º ano de Engenharia Aeroespacial, 2º ano de Engenharia e Arquitectura Naval e 3º ano de Engenharia do Ambiente).
    idem


    26 a 30.Set.
    Apresentação da disciplina.(1h)
    Ciência e Tecnologia de Materiais. Tipos e principais propriedades dos materiais. (1h)
    Matérias-primas. Processos de obtenção de materiais. (1h)
    Demonstrações relacionadas com propriedades mecânicas dos materiais.


    03 a 07.Out.
    Matérias-primas. Processos de obtenção de materiais (cont). (1h)
    Propriedades mecânicas dos materiais. (1h)
    Exercícios sobre propriedades mecânicas dos materiais.


    10 a 14.Out.
    Propriedades mecânicas dos materiais (cont.). (2h)
    Materiais compósitos. (1h)
    Exercícios sobre propriedades mecânicas dos materiais (cont.).

    17 a 21.Out.
    Materiais celulares. (1h)
    A estrutura atómica da matéria condensada. (1h)
    Estrutura cristalina. Análise detalhada de estruturas cristalinas. (1h)
    Exercícios sobre materiais  compósitos.
    Exercícios sobre materiais e estrutura atómica.


    24 a 28.Out.
    Estrutura cristalina. Análise detalhada de estruturas cristalinas (cont.). (1h)
    Determinação de estruturas cristalinas. (1h)
    Defeitos em estruturas cristalinas. (1h)
    Exercícios sobre redes e estruturas cristalinas.

    31.Out. a 04.Nov.
    Defeitos em estruturas cristalinas (cont.). (1h)
    Materiais poliméricos. (1h)
    Exercícios sobre redes e estruturas cristalinas (cont.).

    07 a 11.Nov.
    Solidificação. (1h)
    Difusão atómica em sólidos. (1h) Diagramas de fases. Diagramas de fases de ligas binárias. (1h)
    Exercícios sobre redes e estruturas cristalinas (cont.).
    10ª
    14 a 18.Nov.
    Diagramas de fases de ligas binárias (cont). (2h)
    Diagramas ternários. (1h)
    Exercícios sobre diagramas de fases.

    11ª

    21 a 25.Nov.
    Arrefecimentos em condições de não-equilíbrio. (1h)
    A idade do ferro. Ferro e Aço. Fases e microconstituintes. (0.5h)
    Aços ligados e ferros fundidos. (1.5h)
    Exercícios sobre diagramas de fases (cont.).
    12ª
    28.Nov a 02.Dez
    Tratamentos térmicos dos aços. (2h)
    Demonstrações relacionadas com a estrutura dos materiais.
    13ª
    05 a 09.Dez.

    Tratamentos térmicos dos aços (cont.). (1h)
    Processamento de materiais. (1h)
    Exercícios sobre tratamentos térmicos.
    14ª
    12 a 16.Dez.

    Análise do ciclo de vida. (1h)
    Reciclagem e/ou valorização de resíduos sólidos. (1h)
    Degradação e oxidação de materiais. (1h)
    Exercícios sobre análise do ciclo de vida.
    15ª
    19 a 21.Dez.


    Propriedades eléctricas e magnéticas dos materiais. (1h)
    Propriedades térmicas e ópticas dos materiais. (1h)
    Demonstrações relacionadas com a reciclagem e/ou valorização de resíduos sólidos.





     Laboratórios

    As aulas práticas da semana 26-30/09/2005 terão lugar no Laboratório de Processamento e Ensaios de Materiais, sala V01.08, piso -1, Pav. Civil.


     Visitas de Estudo


     Dúvidas

    Aulas teóricas: 3ªs feira das 14:00 às 16:00 h, 5ªs feiras das 12:00 às 13:00 h
    Profª Maria Emília Rosa (Gab. 5.05, 3º Piso Pav. Civil)

    Aulas práticas:
    Turma 08201 e 15301:
    Turma 13101:
    Turma 13102:
    Turma 15302:



     Método de Avaliação

    Avaliação contínua
    - Haverá dois Testes: um a meio (12.Novembro.2005) e outro no final do semestre coincidente com o 1º Exame Final.
    - O 1º Teste incidirá sobre a matéria que tiver sido leccionada até ao final da semana anterior (4.Novembro.2005).
    - O 2º Teste incidirá sobre toda a restante matéria.
    - A entrega do 1º Teste indica que o aluno optou por este método de avaliação.
    - O aluno que tiver optado por este método de avaliação só poderá fazer o 2º Exame Final.
    - Para que o aluno obtenha Aprovação na disciplina é necessário que a classificação em cada Teste seja igual ou superior a 8,5 valores (numa escala de 20 valores) e que a média aritmética seja igual ou superior a 9,5 valores (numa escala de 20 valores).
    - A Nota Final (NF) da disciplina será a média aritmética das classificações dos Testes.
    - O 2º Exame Final poderá ser utilizado para melhoria de nota.
    - É obrigatória a inscrição prévia para a realização dos Testes e do Exame Final. As inscrições serão feitas nesta página , no endereço abaixo, até uma semana antes da realização do Teste.

    Avaliação por Exame Final
    - Será feito um Exame Final.
    - Haverá uma data de Exame Final em 1ª época e uma data em 2ª época.
    - Para que o aluno obtenha Aprovação na disciplina é necessário que a classificação do Exame Final seja igual ou superior a 9,5 valores (numa escala de 20 valores).
    - A Nota Final (NF) da disciplina será a classificação do Exame Final.
    - O 2º Exame Final poderá ser utilizado para melhoria de nota.
    - É obrigatória a inscrição prévia para a realização do Exame Final. A inscrição para Exame Final será feita nesta página, no endereço abaixo, até uma semana antes da realização do Exame Final.

     Datas de Avaliação




  •  Inscrições

    As inscrições para provas de avaliação realizam-se neste endereço.


     Classificações

    Resultados do Primeiro Teste (2005/2006): Teste1_EM_0506.pdf

    Resultados do Segundo Teste (2005/2006): Teste2_EM_0506.pdf

    Resultados do Primeiro Exame (2005/2006): Exame1_EM_0506.pdf

    Resultados do Segundo Exame (2005/2006): Exame2_EM_0506.pdf

    Notas Finais da Disciplina (2005/2006): NF_EM_0506.pdf


     Revisão de provas



     Comentários

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