Materiais de Engenharia: Classificação e Guia de Seleção
Material é matéria ou substância usada para criar algo. Materiais de engenharia são materiais usados para aplicação em obras de engenharia. Baseados em propriedades mecânicas, físicas, químicas e de manufatura, materiais selecionados conforme aplicação.

Propriedades mecânicas: resistência (compressiva ou tração), tenacidade, rigidez, elasticidade, plasticidade, ductilidade, fragilidade e dureza. Propriedades físicas: densidade, condutividade (térmica ou elétrica), acústica (transmissão ou absorção de som), óptica, combustibilidade. Propriedades químicas: composição (óxido ou composto), acidez ou alcalinidade, intemperismo, corrosão.
Propriedades de manufatura: fundibilidade, usinabilidade, velocidades e avanços de usinagem, forma e tamanho para dimensionamento.
Seleção de material para aplicação baseada em fatores:
- Tensões às quais peça ou componente será submetido.
- Resistência à corrosão.
- Resistência a temperatura, desgaste e rasgo.
- Flexibilidade e rigidez.
- Facilidade do processo de manufatura.
- Custo-efetividade para desenvolvimento do produto.
- Disponibilidade do material.
Classificação de Material de Engenharia:
Dependendo da natureza da substância, materiais classificados como:
- Metais e ligas
- Metais ferrosos
- Metais não ferrosos
- Não metais
- Cerâmicas
- Polímeros
- Compósitos
- Semicondutores
- Biomateriais
1. METAIS E LIGAS:
Materiais metálicos são combinação de elementos metálicos. Propriedade mais proeminente: elétrons não localizados, ou seja, em arranjo atômico elétrons de valência externos não pertencem a átomo individual mas a todo volume do material. Elétrons não localizados livres para transportar carga conduzindo eletricidade. Por isso bons condutores de carga elétrica e térmica.
Metais têm aparência lustrosa. À temperatura normal maioria dos materiais em estado sólido, mas alguns como mercúrio em estado líquido.
Baseado na presença de ferro, metais nomeados como:
- Metais ferrosos
- Metais não ferrosos
Metais ferrosos: Conteúdo primário é ferro e carbono. São magnéticos e vulneráveis à ferrugem quando expostos à umidade. Ferro forjado não enferruja por pureza e aço inoxidável por presença de cromo. Ex: ferro, aço etc. Devido à propriedade magnética, usados em aplicações de motores e elétricas.
Metais não ferrosos: Ferro não é conteúdo primário. Devido à ausência de ferro, têm alta resistência à ferrugem e corrosão e são não magnéticos. Ex: cobre, latão, alumínio, tungstênio, chumbo, zinco, ouro etc.
Liga: Combinação de dois ou mais metais. Nomeada baseada em caráter de ligação metálica. Dois tipos: liga de metal ferroso e liga de metal não ferroso. Ferro fundido é liga de ferro, carbono e silício. Latão é liga de cobre e zinco.
Aplicações:
- Devido à tenacidade e capacidade de esterilizar a altas temperaturas, metais usados como agulhas, lâminas cirúrgicas.
- Devido à resistência e capacidade de suportar pesos pesados, metais como ferro e aço usados em construção.
- Metais como ouro, prata, platina usados em joalheria.
- Metais usados em máquinas e automóveis pois suportam alta temperatura, pressão e cargas.
- Alumínio e titânio papel importante em categoria leve para ligas de aeronaves.
- Tungstênio usado em aplicações de alta temperatura.
2. CERÂMICAS:
Partícula ou fibrosa usadas para fazer produtos cerâmicos. Cerâmicas têm estrutura atômica e cristalina regular. São principalmente óxidos, nitretos e carbonetos. Materiais não condutores, devido à propriedade isolante usados como isolantes. Muito duras e frágeis.
Ex: alumina, sílica, carboneto de silício, diamante, tijolos etc.
Aplicações:
- Devido à resistência à compressão, tijolos usados em construção.
- Devido ao bom isolamento térmico, ladrilhos cerâmicos usados em fornos.
- Algumas cerâmicas transparentes a radar e ondas eletromagnéticas usadas em radomes e transmissores.
- Cerâmicas de vidro têm capacidades de alta temperatura usadas em equipamentos ópticos e isolamento de fibra.
- Alumina, sílica, carboneto de silício usadas em fabricação de ferramentas.
- Diamante usado em ornamentos e aplicações de ferramentas de corte.
3. POLÍMEROS:
Polímeros têm estrutura molecular em cadeia com carbono como átomos de espinha dorsal. Feitos principalmente de materiais orgânicos resistentes. São materiais de baixa densidade e flexíveis. Em alguns casos polímeros não são flexíveis.
Polímeros não usados apenas como materiais estruturais, podem ser usados como fibras e resinas na matriz de materiais compósitos.
Ex: poliéster como fibras, fenólicos e epóxidos como resinas.
Elastômeros também são polímeros mas considerados separadamente devido ao projeto específico para certos fins como absorção de choque e vibração.
Polímeros naturais: lã, seda, DNA, celulose, proteínas etc.
Polímeros sintéticos:
- Termoplásticos
- Termofixos
Ex: nylon, polietileno, poliéster, Teflon, epóxi, baquelite etc.
Aplicações:
- Polietileno para sacolas.
- Polipropileno para produtos resistentes a alta temperatura como mamadeiras.
- Polietér éter cetona e polietileno cetona para garrafas de água mineral.
- Policarbonato para polímeros de alto desempenho como transparentes.
- Polianilina é polímero condutor.
- Baquelite para materiais isolantes.
4. COMPÓSITOS:
Material compósito é composição de dois ou mais materiais constituintes com diferentes propriedades físicas e químicas para produzir material com características diferentes.
Pode ser ambos metais ou metal e cerâmica ou metal e polímero, dependendo da aplicação a combinação é feita.
Ex: madeira, concreto, fibra de vidro, CFRP (plástico reforçado com fibra de carbono), GFRP (plástico reforçado com fibra de vidro) etc.
Aplicações:
- CFRP e GFRP para peças de carroceria automotiva.
- CRPF e compósitos favo de mel para chassis.
- Alguns tanques de combustível feitos de fibra reforçada com Kevlar.
- Termofixos reforçados usados em sistemas de molas e para-choques.
- Plástico reforçado com fibra de vidro para cascos de barcos, varas de pesca, raquetes de tênis, capacetes, arcos e flechas.
5. SEMICONDUTORES:
Semicondutor é material condutor intermediário. Condutividade não alta como metais nem baixa como cerâmicas isolantes. Nestes materiais resistência diminui conforme temperatura aumenta.
Estrutura atômica única permite controlar condutividade.
Ex: silício, germânio, arsenieto de gálio, selênio etc.
Aplicações:
- Arsenieto de gálio amplamente usado em dispositivos de amplificação de sinal fraco, alto ganho, baixo ruído.
- Dispositivo semicondutor pode realizar função de tubo a vácuo com centenas de vezes seu volume.
6. BIOMATERIAIS:
Biomateriais são materiais não viáveis. Ex: alumina, zircônia, titânio, tântalo, nióbio, carbono etc.
Aplicações:
- Metais usados em medicina para curar doenças de deficiência de micronutrientes em humanos e animais, como ferro parte de hemoglobina, biomolécula usada como sulfato ferroso para curar algumas formas de anemia.
- Implantes no corpo para reparar ou substituir tecido danificado.
NOTA:
Em materiais compósitos o nome indica composição de dois ou mais materiais.
Em semicondutores: semi (meio) e condutor (condutor).
Diferença entre liga e compósito: compósito é reforço de outro material. Liga é combinação (mistura) de ambos ou número requerido de materiais na quantidade necessária.
Ambos semicondutores e biomateriais são substitutos em metais, cerâmicas e polímeros nos locais requeridos.
Processo de manufatura
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