Ciência e Engenharia dos Materiais

Engenharia Mecânica
5 ECTS; 1º Ano, 2º Semestre, 30,0 T + 30,0 TP + 4,50 OT

Docente(s)
- Isabel Maria Duarte Pinheiro Nogueira

Pré-requisitos
Não aplicável

Objetivos
Os alunos devem adquirir conhecimentos sobre os diversos materiais utilizados em engenharia, para perceberem as propriedades dos materiais e relaciona-las com as suas aplicações em engenharia.
Os alunos deveram adquirir e desenvolver competências na seleção de materiais para as aplicações industriais e tecnológicas relevantes de forma a eliminar ou prevenir fenómenos de degradação dos equipamentos tais como a corrosão, a fadiga mecânica, o desgaste e o atrito.
Saber caracterizar os diferentes materiais em termos estruturais e microestruturais e agrupá-los nas diferentes classes. Compreender fenómenos, tais como solubilidade no estado sólido, difusão e solidificação, Bem como compreender as relações entre material - processamento - microestrutura - propriedades.

Programa
1. Introdução aos Materiais
1.1. Os materiais e o Homem: passado, presente e futuro
1.2. Principais classes de materiais: metais e ligas metálicas, cerâmicos (e vidros), polímeros, semicondutores, compósitos
1.3. Propriedades gerais e aplicações

2. Estrutura atómica, ligações atómicas e propriedades dos materiais
2.1. Ligação química: iónica, covalente, metálica, ligações secundárias e mistas
2.2. Influência do tipo de ligações químicas na estrutura e propriedades dos materiais
2.3. Dimensões atómicas e distâncias inter-atómicas
2.4. Coordenação atómica

3. Estruturas cristalinas e amorfismo
3.1. Rede espacial e células unitárias
3.2. Sistemas cristalográficos e redes de Bravais
3.3. Distâncias inter-atómicas e parâmetros de rede
3.4. Materiais monocristalinos e policristalinos
3.5. Caracterização das principais estruturas cristalinas dos metais
3.6. Posições atómicas em células unitárias cúbicas
3.7. Direções em células unitárias cúbicas
3.8. Índices de Miller de planos cristalográficos em células unitárias cúbicas
3.9. Comparação entre as estruturas cristalinas CFC, CCC e HC
3.10. Cálculo de densidade volúmica, planar e linear em células unitárias
3.11. Determinação de estruturas cristalinas
3.12. Polimorfismo/alotropia


4. Solidificação, defeitos cristalinos
4.1. Solidificação em metais
4.2. Nucleação homogénea e nucleação heterogénea
4.3. Formação das dendrites e crescimento do cristal
4.4. Grão e medição do tamanho de grão
4.5. Solidificação dos monocristais
4.6. Soluções sólidas metálicas.
4.7. Leis de Hume-Rothery
4.8. Defeitos cristalinos
4.9. Defeitos pontuais.
4.10. Deslocamentos.
4.11. Maclas.

5. Difusão em sólidos
5.1. Movimentação dos átomos em sólidos
5.2. Mecanismos de difusão: difusão substitucional ou lacunar e difusão intersticial
5.3. Difusão em regime estacionário e em regime não estacionário
5.4. Aplicações industriais.
5.5. Efeito da temperatura na difusão em sólidos

6. Propriedades mecânicas dos materiais
6.1. Processamento de metais e ligas
6.2. Deformação elástica e plástica
6.3. Ensaio de tracção
6.4. Avaliação de dureza
6.5. Deformação plástica de monocristais metálicos
6.6. Deformação plástica de metais policristalinos
6.7. Endurecimento dos metais
6.8. Recuperação e recristalização de metais deformados plasticamente
6.9. Tenacidade à fractura de metais
6.6. Fadiga, fluência e ruptura sob tensão de metais
6.7. Comparação de propriedades mecânicas típicas entre vários tipos de materiais

7. Diagramas de fases de ligas metálicas de engenharia
7.1. Noção de fase e componente
7.2. Regra das fases ou de Gibbs
7.3. Regra da alavanca
7.4. Análise de diagramas de equilíbrio de sistemas binários
7.5. Solidificação de ligas em condições de não equilíbrio
7.6.Selecção de materiais metálicos para aplicações em engenharia

8. Outras Propriedades dos Materiais
8.1. Propriedades Elétricas.
8.2. Propriedades Magnéticas.
8.3. Propriedades Óticas.

Metodologia de avaliação
Os alunos são avaliados por meio de provas escritas e terão aprovação com a nota mínima de 10 valores.
As provas escritas podem ser realizadas em diferentes épocas de avaliação:
- Época de avaliação contínua:
Duas frequências realizadas durante o período de aulas, a nota mínima requerida na 1ª frequência é de 7,5 valores. No caso do aluno não a obtiver ficará admitido a Exame.
- Época normal e recurso: Exame.

Bibliografia
- Callister, W. (2010). Materials Science and Engineering: an Introduction.. New York: John Wiley & Sons
- Smith, W. (1998). Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais. Lisboa: Mc. Graw-Hill
- Mangonon, ­. (1999). The Principles of Materials Selection for Engineering Design. New Jersey: Prentice-Hall Inc.
- Hummel, ­. (2006). Understanding Materials Science. New York: Springer-Verlag
- Shackelford, ­. (2004). Introduction to Materials Science for Engineers. New Jersey: Prentice-Hall
- Askeland, D. (1992). The Science and Engineering of Materials. London: Chapman & Hall
- Vários, V. (0). ­ Artigos da Revista Ciência & Tecnologia dos Materiais . Acedido em 9 de março de 2019 em http://www.spmateriais.pt/
- Vários, V. (0). Tabela Periódica. Acedido em 9 de março de 2019 em ­ http://imagens.tabelaperiodica.org/

Método de interação
Aulas teóricas expositivas, com aulas de resolução de exercícios e demonstrações e trabalhos laboratoriais. Visitas técnicas sempre que possível.

Software utilizado nas aulas
Não aplicável