Materiais Metálicos

Objectivos

Introdução aos metais e ligas metálicas: classificação das principais ligas metálicas, compreensão quanto às suas microestruturas e aos principais modos de degradação.

Caracterização geral

Código

2672

Créditos

6.0

Professor responsável

Rui Jorge Cordeiro Silva

Horas

Semanais - 5

Totais - 108

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

Conhecimentos básicos de química (reacções ácido-base e reacções redução-oxidação) e cristalografia.

Bibliografia

  • Microestruturas - Notas para apoio à disciplina de Materiais Metálicos, elaboradas por Rui Silva (docente da disciplina), 2010.
  • Corrosão - Notas para apoio à disciplina de Materiais Metálicos, elaboradas por Rui Silva (docente da disciplina), 2010.
  • Introdução à Metalurgia, Alan H. Cotrell, Ed. Gulbenkian, 1975.
  • Phase Transformations in Metals and Alloys, David A. Porter e K. E. Easterling, Van Nostrand Reihold (UK), 1984.
  • Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais, Willian F. Smith, Mc-Graw-Hill de Portugal, 1988.
  • Metallography and Microstructure of Ancient and Historic Metals, David A. Scott, Getty C. I., 1991.
  • A Seach for Structure - Selected Essays on Science, Art, and History, Cyril Stanley Smith, MIT press, 1981.
  • A history of Metallurgy, R.l F. Tylecote, The institute of Materials, 1977.

        Documentos da disciplina disponíveis no sistema Moodle.

Método de ensino

  • Semanalmente, a disciplina tem aulas teóricas, aulas teórico-práticas ou aulas laboratoriais.
  • Nas aulas teóricas a matéria é exposta em sala de aula, com a ajuda de transparências ou por PowerPoint quando necessário.
  • Nas aulas de teórico-práticas são resolvidos exercícios em sala de aula sobre a matéria leccionada nas aulas teóricas. Nas aulas de laboratório são realizados de laboratório relacionados com a matéria teórico-práctica.

 

Método de avaliação

  • O módulo de avaliação de conhecimentos consiste em 5 momentos de avaliação: 3 mini-testes e 2 trabalhos de grupo com apresentação final de relatórios.
  • A frequência é obtida por avaliação positiva nos relatórios dos trabalhos práticos realizados. A nota da frequência (NR) é dada pela nota média dos 2 relatórios (R1 e R2):

 NR=(R1+R2)/2 > 9,5

  • Dispensam de exame os alunos cuja com nota média nos testes (NT) seja maior ou igual a 9,5, não podendo ter nota inferior a 6,0 valores no 1º teste:

NT=(T1+T2+T3)/3 > 9,5  com T1,T2,T3> 6 em 20

  • A nota final (NF) da disciplina contabiliza 25% da nota nos relatórios (NR) dos trabalhos práticos + 75% da nota de exame ou da nota média dos mini-testes. Para serem contabilizadas, a nota em exame final ou a média nos testes deverá ser igual ou superior a 9,5 valores em 20.

 NF=0,75 (NF ou NE) + 0,25 NR > 9,5    (NT ou NE)>9,5 e NR>9,5

 

 

 

Conteúdo

Metais e ligas (noções básicas)

  • A ligação metálica e o cristal metálico. Os arranjos atómicos mais comuns em metais (estrutura cúbica de corpo centrado, cúbica de fase centradas e hexagonal compacta). Metais monocristalinos e policristalinos. Noção de grão e limite de grão. Noção de textura (cristalográfia) em metais policristalinos. Principais características dos metais.
  • Noção de liga e de componentes de liga. Ligas binárias, ternárias ou com mais componentes. Noção de solução sólida (elementos substitucionais e intersticiais). Ligas monofásicas e ligas polifásicas.
  • Os Arqueometais. Metais nativos (cobre, ferro meteorítico, ouro e platina). As primeira ligas metálicas. Os bronzes, binários e ternários. O ferro e as ligas ferrosas. Outros metais e ligas com menor expressão no passado.

Metalografia

  • Introdução à metalografia. Preparação de amostras metálicas (corte, montagem, polimento e contrastação) para observação microestrutural. Exemplo de reagentes para contrastação química. Observação de microestruturas (por microscopia óptica e electrónica de varrimento) e sua interpretação.

Diagramas de Equilíbrio de Fases

  • Bases termodinâmicas para a interpretação de diagramas de equilíbrio. Noção de energia livre de Gibbs e de potencial químico. O Equilíbrio termodinâmico. A regra das fases de Gibbs. Aplicação da regra de Gibbs a sistemas com um ou mais componentes. Exemplos da representação de diagramas de fases para sistemas metálicos com 1 componente. casos exemplificados: ferro e cobre puros. 
  • Representação de diagramas binários. Determinação das composições de equilíbrio em regiões bifásicas. Equilíbrios trifásicos (as reacções eutéctica e peritéctica). Distinção entre composição da liga, composição química das fases e composição cristalográfica ou estrutural (percentagem relativa das fases). Determinação de composição cristalográfica (‘regra da alavanca’) em regiões bifásicas. Previsão de microestruturas de equilíbrio em ligas binárias. Casos estudados: ligas de ouro (Au-Cu), ligas de prata (Ag-Cu), ligas de estanho (Sn-Pb) e ligas Fe-C (aços e ferros fundidos).
  • Arrefecimentos de não equilibrio em ligas binárias. O Zonamento. Desvios composisionais estruturais relativamente às condições de equilíbrio. Casos estudados: bronzes (Cu-Sn) e latões (Cu-Zn).

Solidificação e transformações de fase no estado sólido

  • Estudo da solidificação em metais (influência das interfaces no equilíbrio de fases, nucleação e crescimento em metais puros). Solidificação de ligas. Microestruturas resultantes de solidificações em arrefecimentos de não equilíbrio: zonamento, microsegração e transformações em arrefecimento não completas. As resultantes heterogeneidades de composição. O tratamento térmico de homogeneização.
  • Vazamento. Heterogeneidades nos metais vazados em consequência do processo de solidificação (formação de macrosegregações, porosidades e inclusões). Exemplos da importância do nível de segregações nas propriedades mecânicas e químicas das ligas. principais casos estudados: estruturas e defeitos de solidificação nas ligas ferrosas.
  • Transformações no estado sólido. Locais mais favoráveis à nucleação. Transformações com difusão e sem difusão (transformações martensíticas). Exemplos.

Principais modos de degradação em materiais metálicos.

  • Corrosão. Introdução à corrosão seca e a corrosão húmida (molhada ou aquosa). Princípios básicos da corrosão: aspectos electroquímicos (reacções anódicas e catódicas, série galvânica para os metais, polarização e passivação), variáveis ambientais importantes (humidade relativa, efeito do oxigénio e de outros oxidantes, da temperatura, da concentração corrosiva do meio, do acoplamento galvânico, etç). Condições necessárias à corrosão. Principais formas de corrosão (corrosão uniforme, corrosão galvânica, corrosão em fendas, corrosão por picadas, corrosão intergranular, corrosão por lexiviação selectiva, corrosão assistida pela erosão e corrosão sobre tensão) Diagramas de Pourbaix. Produtos de corrosão (o tarnishing dos metais, a formação de pátinas no Cu e suas ligas e a formação das ferrugens no Fe ou suas ligas ferrosas). 
  • Outros modos de degradação. 

 

Aulas laboratoriais:

  • Demonstração e execução das técnicas de preparação metalográfica para observação por microscopia óptica;
  • Obtenção e interpretação de difractogramas de raios X para um material metálico;
  • Obtenção e interpretação de imagens SE e BSE, para além de espectros de microanálise EDS, por microscopia eléctrónica de varrimento, em materais metálicos;
  • Observação in situ do crescimento de dendrites de prata e
  • Obtenção e interpretação de uma curva de arrefecimento para uma liga antiga de estanho (Sn-Pb);

         (Existe uma página da no Moodle, http://moodle.fct.unl.pt/)

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: