Seleção de Materiais

Não aplicável

Nas aulas teóricas e teórico-práticas são apresentados os conteúdos que permitem o conhecimento das propriedades e aplicações dos materiais estudados, os processos de fabrico e os métodos de selecção de materiais. Para tal, nas aulas teórico práticas recorre-se frequentemente à consulta de catálogos comerciais, à apresentação de exemplos de materiais de uma vasta gama de materiais reunidos para o efeito, e ainda à realização de alguns ensaios de determinação de propriedades mecânicas. No final, são apresentados diferentes casos-estudo de seleção de materiais para aplicações concretas, tendo em conta os pré-requisitos.

Classificação e caracterização das principais classes, subclasses e famílias de materiais de engenharia, efetuando uma análise comparativa entre materiais metálicos, polímeros, cerâmicos e compósitos;
Propriedades e exemplos de aplicação dos materiais mais representativos e de maior uso em engenharia. Exemplos da aplicação destes materiais em diferentes indústrias;
Correlação das principais propriedades e parâmetros que caracterizam os materiais;
Descrição e aplicação de métodos de seleção de materiais;
Seleção de materiais, em função dos requisitos impostos pelo projeto, dos métodos de processamento e das exigências económicas.

Componente I :Caracterização das classes de materiais; Propriedades e exemplos de aplicação dos materiais mais representativos de cada classe.

O Papel dos materiais na economia circular e no desenvolvimento sustentável.
Relação entre a composição química, estrutura, propriedades e processamento dos materiais.

1.Materiais Metálicos
Classificação e nomenclatura AISI dos aços.
Propriedades e aplicações dos aços não ligados e aços ligados. Aços inoxidáveis: Propriedades aços inoxidáveis ferríticos, aços inoxidáveis martensiticos, aços inoxidáveis austeniticos; aços inoxidáveis endurecídos por precipitação e aços inoxidáveis dual fase. Aços ferramenta: Aços ferramenta para trabalho a frio, aços ferramenta para trabalho a quente e aços rápidos.
Ferros fundidos: Propriedades e aplicações dos ferros fundidos cinzentos de grafite lamelar e ferros fundidos de grafite esferoidal.
Ligas de alumínio: Endurecimento por precipitação (envelhecimento); Propriedades e aplicações das principais ligas de alumínio; Ligas de alumínio para trabalho mecânico com e sem tratamento térmico; ligas para fundição. Ligas de Cobre; Ligas de Magnésio; Ligas de Titânio; Ligas de Zinco; Ligas de Níquel: Propriedades e aplicações.

2. Materiais Poliméricos
Revisão das propriedades e aplicações de termoplásticos de uso geral.
Propriedades e aplicações de termoplásticos de engenharia: Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno (ABS); Polimetacrilato de metilo (PMMA); Politetrafluoretileno (PTFE); Poliamidas (PA); Policarbonato (PC); Poliacetais (POM); Politereftalato de etileno (PET) e politereftalato de butileno (PBT); Polisulfona (PES); Polióxido de fenileno (PPO).
Propriedades e aplicações de termoendurecíveis: Resinas fenólicas; Resinas de Epóxido; Resinas de poliesteres insaturados; Resinas de melamina e de ureia.
Propriedades e aplicações de elastómeros: Borracha natural (NR); Estireno-butadieno (SBR); Nitrilo (NR); Policloropreno (CR); Silicone, Copolímero de etileno propileno e dieno (EPDM); Borrachas com flúor (FPM).

3. Materiais Cerâmicos
Classificação e propriedades gerais dos cerâmicos tradicionais, técnicos e vidros.
Propriedades e aplicações dos cerâmicos técnicos estruturais: Alumina; Zircónia Estabilizada; Nitreto de Silício; Carboneto de Silício; Carboneto de Tungsténio; Carboneto e Nitreto e Carboneto de Titânio; Grafite.
Propriedades e aplicações dos vidros: Vidros de sílica; Vidros sódico-cálcicos; Vidros boro silicato; Vidros de chumbo.

4. Materiais Compósitos
Classificação dos materiais compósitos quanto ao tipo de matriz e de reforço.
Compósitos laminados: Estrutura sandwich.
Tipo de reforços e propriedades: Fibras de vidro; Fibras de carbono; Fibras aramídicas;
Formas dos reforços: Roving; Mantas; Tecidos; Malhas; Entrelançados; Pré-formas.
Matrizes do compósito: Matrizes termoplásticas e termoendurecíveis.
“Advanced Composites”
Semi-produtos: Sheet moling compound (SMC) e pré-impregnados.
Métodos de processamento: Moldação (por contacto, por vácuo, por compressão, por injeção, em autoclave); Enrolamento filamentar; Pultrusão; Moldação em contínuo.

Componente II: Metodologia para seleção de materiais e processos de fabrico e Casos de estudo.

5. Apresentação e correlação das principais propriedades e parâmetros que caracterizam os materiais
Propriedades mecânicas: Módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson, tensão de cedência, tensão de rotura, dureza, ductilidade, tenacidade, tensão limite de fadiga, resistência à fadiga ou tempo de vida sob fadiga, coeficiente de atrito e coeficiente de desgaste.
Propriedades térmicas: Temperatura de fusão, temperatura de transição vítrea, condutibilidade térmica, coeficiente de expansão térmica e capacidade calorífica ou calor específico.
Propriedades elétricas: Resistividade elétrica e condutibilidade elétrica.
Propriedades químicas: Resistência à corrosão e resistência à oxidação.
Outras propriedades ou parâmetros: Densidade, cor, transparência, custo ou preço, disponibilidade e processabilidade.
Quantificação das propriedades: Tabelas; Gráficos simples e de dupla entrada.

6. Correlação entre Função, Material, Forma e Processo
Função-material; Função-forma; Material-forma; Material-processo; Forma-processo.

7. Seleção de materiais candidatos
Seleção de materiais : Campos de aplicação e etapas envolvidas; Desenho da peça; Identificação da função e das solicitações; Identificação dos requisitos; Índice de eficiência; Escolha dos materiais candidatos.

8. Matrizes de decisão para seleção de materiais
Comparação dos materiais entre si por fatores de importância. Comparação dos materiais entre si, considerando cada requisito em particular por fatores de ponderação. Elaboração da matriz de decisão.

9. Casos-estudo
presentação de casos de estudo de processos de selecção para diferentes aplicações.

NAO

Bibliografia Recomendada:
• SMITH W. (1998), Princípios da Ciência e Engenharia de Materiais, 3.ª edição, McGraw-Hill.
• BARRALIS J. (1997), Prontuário de Metalurgia, Fundação Calouste Gulbenkian.
• HONEYCOMB, R. – (1981), Aços, Microestrutura e Propriedades, Fundação Calouste Gulbenkian.
• SILVA L. (2013), Materiais de Construção, Publindústria.
• MANO, E. (2004), Introdução a Polímeros, Edgard Bucher.
• MOURA M. (2009), Materiais Compósitos, Materiais, Fabrico e Comportamento Mecânico, 2ª edição, Publindústria.

Bibliografia Complementar:
• An Introduction to Advanced Composites and Prepeg Tecnologies, Centre of Composites Technology.
• ASHBY, M. (2007), Materials Enginnering, Science, Processing and Design, Elsevier Butterworth-Heinemann.
• ASHBY, M. (2005), Materials Selection in Mechanical Design, 3th edition, Elsevier Butterworth-Heineman.
• CARDELLI, F. (2000),  Materials Handbook, A Concise Desktop Reference, Second edition, Springer.
• An Introduction to Advanced Composites and Prepeg Tecnologies, Centre of Composites Technology.
• GRANTA EduPack, https://www.ansys.com/products/materials/granta-edupack
• MatWeb, Your Source for Materials Information, www.matweb.com

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