Materiais de Engenharia

Ter frequentado as seguintes unidades curriculares da Licenciatura em Eng. Mecânica do ISEC:

– Química.

– Fundamentos de Ciência dos Materiais.

A metodologia de ensino utilizada baseia-se em aulas teóricas, teórico-práticas e práticas laboratoriais. As aulas teóricas são sobretudo dedicadas à exposição de conteúdos, utilizando o quadro e a projecção de diapositivos. Nestas aulas, a participação dos alunos é frequentemente suscitada através da formulação de questões que os levem a reflectir sobre os assuntos tratados e criem oportunidades para a clarificação de conceitos. Nas aulas práticas, os alunos são envolvidos na realização de trabalhos experimentais em pequenos grupos, compreendendo a aplicação de técnicas de metalografia, a interpretação de microestruturas e a execução de tratamentos térmicos. Além disso, os alunos realizam um trabalho de grupo de pesquisa bibliográfica sobre um tema relacionado com a unidade curricular, efetuando a apresentação oral do trabalho.

A unidade curricular tem como principais objectivos: Expandir e aprofundar os conhecimentos sobre a composição, estrutura, propriedades, aplicações e métodos de processamento de diferentes materiais de engenharia, incidindo principalmente nos materiais metálicos ferrosos ; Proporcionar experiência prática no uso de técnicas metalográficas e na interpretação de microestruturas, bem como na realização de tratamentos térmicos comuns. A conclusão desta unidade curricular permitirá adquirir ou contribuirá para desenvolver as seguintes competências: Capacidade para descrever e compreender a estrutura, as propriedades específicas, as potencialidades de utilização e os métodos de processamento de diversos materiais de engenharia; Aptidão para realizar diferentes tratamentos térmicos e compreender os seus efeitos; Aptidão para manipular técnicas de caracterização de materiais; Capacidade para relatar, analisar e discutir resultados experimentais; Capacidade para pesquisar, seleccionar, organizar e comunicar informação; Aptidão para trabalhar em equipa.

1. Produção industrial das ligas ferrosas
Conceito de economia circular e a sua relação com produção e utilização dos materiais metálicos. Matérias-primas da indústria siderúrgica. Funcionamento do alto-forno: obtenção do ferro gusa. Elaboração do aço e ferro fundido. Vazamento e processamento do aço.
2. Sistema de ligas ferro-carbono
Análise e Interpretação do diagrama de equilíbrio metaestável e estável do sistema de ligas Ferro-Carbono:
Sistema Metaestável: Aços hipoeutéctóides, eutéctóides e hipereutectóides. Ferros fundidos brancos hipoeutéticos, eutécticos e hipereutéticos.
Sistema Estável: Ferros fundidos cinzentos hipoeutéticos, eutécticos e hipereutéticos.
Composição Química, Quantidade relativa de fases, Quantidade Relativa de Microconstituintes e Microestrutura das diferentes ligas estudadas.
3. Ferros fundidos
Ferros fundidos não ligados: Composição química; Propriedades dos constituintes microestruturais dos ferros fundidos; Tipos de grafite; Relação entre o tipo de grafite e as propriedades mecânicas dos ferros fundidos; Ferros fundidos brancos; Ferros fundidos cinzentos de grafite lamelar; Ferros fundidos de grafite esferoidal e maleável.
Ferros fundidos ligados.
4. Classificação dos aços
Classificação dos aços quanto à sua composição química: aços não ligados e aços ligados; Classificação dos aços de acordo com outros critérios: qualidade, teor em carbono, resistência mecânica, utilização.
5. Aços não ligados
Microestruturas resultantes da transformação da austenite: Transformação da austenite com difusão – influência da velocidade de arrefecimento; Transformação martensítica; Transformação bainítica. Propriedades dos constituintes microestruturais dos aços. Relação entre microestrutura e propriedades mecânicas e aplicação dos aços.
6. Aços ligados
Limitações dos aços não ligado. Objetivos da adição de elementos de liga. Distribuição dos elementos de liga: elementos carburígenos e não carburígenos. Influência dos elementos de liga no equilíbrio Fe-C: Influência na extensão do domínio austenítico – elementos alfagéneos e gamagéneos; Influência dos elementos de liga sobre os constituintes microestruturais dos aços.
7. Tratamento térmico dos aços
Diagramas de transformação da austenite: Transformação isotérmica da austenite – Diagramas TI; Transformação da austenite em arrefecimento contínuo – Diagramas TAC; Influência dos elementos de liga e das condições de austenitização; Interpretação de diagramas TI e TAC. Recozimento: Recozimento de homogeneização; Recozimento completo; Recozimento de normalização; Recozimento de regeneração de grão; Recozimento de globulização; Recozimento subcrítico de recristalização e de alívio de tensões.
Têmpera: Austenitização; Velocidade crítica de têmpera; Meios de têmpera; Conceitos de temperabilidade, penetração de têmpera, profundidade de têmpera e dureza máxima; Factores influentes na temperabilidade dos aços; Determinação da temperabilidade e das características após têmpera – ensaios de temperabilidade; Defeitos de têmpera; Austêmpera; Martêmpera.
Revenido: Etapas do revenido nos aços não ligados; Influência dos elementos de liga no revenido – endurecimento secundário.
Tratamentos de endurecimento superficial: Têmpera superficial; Tratamentos termoquímicos – cementação, nitruração e carbonitruração.
8. Materiais poliméricos
Caracterização e classificação dos materiais poliméricos. Reações de polimerização; Grau de polimerização e peso molecular médio; Homopolímeros e copolímeros. Estrutura dos materiais poliméricos: Polímeros lineares, ramificados e reticulados; Polímeros amorfos e semicristalinos. Comportamento mecânico dos materiais poliméricos: Mecanismos de deformação; Relação entre estrutura e propriedades mecânicas; Temperatura de transição vítrea. Efeito da temperatura e velocidade de solicitação. Caracterização e aplicações de polímeros termoplásticos, termoendurecíveis e elastómeros mais representativos de cada classe.
9. Introdução às técnicas de caracterização metalográfica
Preparação de amostras metalográficas antes e após tratamentos térmicos. Estudo comparativo de microestruturas e dureza de aços não ligados antes e após a realização de tratamentos térmicos. Observação microscópica de amostras metalográficas de diferentes tipos de aços e ferros fundidos.

NAO

Bibliografia Recomendada:
• William F. Smith (1998). Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais, McGraw-Hill de Portugal. 4-14-73 (ISEC)
• Lucas F. Silva, Fernando J. Alves e António Torres Marques (2013). Materiais de Construção. Publindústria. 4-14-111 (ISEC)

Bibliografia Complementar:
• A. S. Pouzada e C. A. Bernardo (1983). Introdução à Engenharia de Polímeros, Universidade do Minho.
• J. Barralis e G. Maeder (2005). Prontuário de Metalurgia, Fundação Calouste Gulbenkian. 4-3-94 (ISEC)
• Antera Valeriana Seabra (1995). Metalurgia Geral, Vol. II. Laboratório Nacional de Engenharia Civil. 4-3-78 (ISEC)
• Joaquim Pinto Soares SOARES (2010) Aços: Características, Tratamentos. Publindústria.