Fundamentos de Ciências dos Materiais

Não aplicável

A unidade curricular encontra-se organizada em aulas teóricas, teórico-práticas e práticas laboratoriais.
As aulas teóricas são essencialmente dedicadas à exposição de conteúdos, utilizando o quadro e recorrendo à projecção de diapositivos com figuras, diagramas, esquemas ou tabelas auxiliares. Nestas aulas são também frequentemente apresentados exemplos concretos ligados à prática industrial.
Na condução das aulas, a participação dos alunos é frequentemente suscitada através da formulação de questões que os levam a reflectir sobre os assuntos tratados e criam oportunidades para a clarificação de conceitos.
As aulas teórico-práticas são reservadas para a apresentação do capítulo 6 (Diagramas de fases de Equilíbrio), no qual a exploração de partes específicas do programa propicia uma abordagem de índole mais aplicada e adequada à realizaçãos de exercícios práticos.
Nas aulas práticas os alunos tomam contacto com componentes das diferentes classes de materiais estudas, explorando as principais propriedades exibidas.
Os alunos são familiarizados com equipamentos e métodos experimentais utilizados na determinação de propriedades mecânicas (ensaio de tração, compressão, flexão, dureza e impacto). Nestes ensaios são principalmente utilizados materiais metálicos ferrosos e não ferrosos, bem como materiais poliméricos.

Esta unidade curricular tem como principais objetivos familiarizar os alunos com os diferentes tipos de materiais utilizados em engenharia  suas aplicações típicas;Proporcionar formação de base em ciência dos materiais, necessária para a compreensão das relações entre a composição, estrutura e propriedades dos materiais; Introduzir aos alunos os métodos experimentais mais utilizados na avaliação das propriedades mecânicas dos materiais.

No final desta UC, os alunos deverão ser capazes de: Conhecer uma gama diversificada de materiais de engenharia e sua classificação; Compreender aspectos fundamentais da relação entre a composição, estrutura e propriedades dos materiais; Conhecer e compreender as propriedades específicas e potencialidades de utilização dos materiais de engenharia mais comuns; Realizar ensaios de avaliação de proprieddes mecânicas  dos materiais, bem como para analisar e interpretar os respetivos resultados.

1. Introdução aos materiais: 
A importância dos materiais na Engenharia. Ciência e Engenharia dos Materiais.
Relação entre a composição química, estrutura, propriedades e processamento dos materiais.
A importância dos materiais na economia circular.

2. Propriedades Mecânicas dos Materiais: 
Tensão e extensão elástica e plástica; Ensaio de tração e determinação das propriedades mecânicas a partir na curva força-alongamento. Compreensão dos conceitos de tensão e extensão, módulo de elasticidade, tensão de rotura, tensão de cedência, encruamento, ductilidade e tenacidade. Caracterização da fratura dúctil e frágil.
Ensaio de dureza Brinell, Rockwell e Vickers.
Fractura dos materiais – ensaios de impacto.
Exemplo de outros tipos de ensaios de determinação de propriedades mecânicas: Ensaio de compressão e de flexão.

3. Classificação dos Materiais e Principais Características
Caracterização das classes e subclasses dos materiais: Materiais metálicos; materiais cerâmicos; materiais poliméricos; materiais compósitos.
Propriedades e exemplos de aplicação industrial dos materiais mais representativos de cada classe. 

4. Estrutura Atómica e ligação Química dos Materiais
Estrutura atómica e ligações químicas dos elementos. Configuração electrónica dos elementos químicos e sua relação com a energia de ionização e electronegatividade.
Ligação atómica primária e secundária. Caracterização das ligações químicas iónica, covalente e metálica e relação com as propriedades dos materiais.

5. Estrutura dos Materiais no Estado Sólido
Estruturas amorfas e cristalinas, tamanho de grão e estruturas monocristalinas e policristalinas.
Estrutura dos materiais metálicos: Estrutura cristalina do sistema cúbico simples, cúbico corpo centrado e cúbico de faces centradas. Estrutura cristalina do sistema hexagonal simples e hexagonal compacta.
Sistemas de escorregamento das estruturas cristalinas.
Intersticios e defeitos da estrutura cristalina.

6. Ligas e Diagramas de Equilíbrio de Fases
Noção de liga, fase e microestrutura. Tipos de fases no estado sólido. Diagramas de equilíbrio de substâncias puras. Regra das fases ou de Gibbs. Diagramas de equilíbrio de sistemas binários: Sistemas isomorfos; Interpretação quantitativa de diagramas de equilíbrio de sistemas binários; Transformação eutéctica; Transformação peritéctica; Transformação monotéctica; Sistemas binários com fases intermédias; Transformações no estado sólido. 

7. Solidificação Difusão e no Estado Sólido
Etapas da solidificação. Nucleação homogénea; Nucleação heterogénea. Crescimento de cristais e formação de grãos. 
Movimentação de átomos em sólidos. Mecanismos de difusão: Difusão substitucional ou lacunar; Difusão intersticial. Factores influentes no processo de difusão.

NAO

Recomendada:

• Smith, W. (1998), Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais, 3.ª edição, McGraw-Hill.

Complementar:

• Barralis, J & Maeder G. (1997). Prontuário de Metalurgia, Fundação Calouste Gulbenkian.
• SILVA, F. (2013), Materiais de Construção, Publindústria.
• Mano, E. & Mendes, L. (2004), Introdução a Polímeros, Edgard Bucher.
• Marcelo M. (2009), Materiais Compósitos, Materiais, Fabrico e Comportamento Mecânico, 2ª edição, Publindústria.
• Askeland, D.. (1994), The Science and Engineering of Materials, PWS Publishing, Boston.
• Callister, Jr. & William D. (2003),  Materials Science and Engineering: An Introduction, John Wiley & Sons, New York.
• Baptista, J, & Silva, R. (1998), Diagramas de Fases, Universidade de Aveiro.