No ramo de engenharia, há milhares de materiais disponíveis para o uso nas mais diversas aplicações, processos e metodologias. A maioria dos tipos de materiais em metal mecânica é dividida em três classes que são baseadas nas forças atômicas da ligação de um material particular. Basicamente, são três classificações: materiais metálicos, cerâmicos e polímeros. Adicionalmente, alguns materiais diferentes podem ser combinados para criar um novo material composto. Dentro de cada uma destas classificações, os materiais são organizados em grupos com base em suas composições químicas ou de acordo com determinadas propriedades físicas ou mecânicas. Os materiais compostos são agrupados pelos tipos de combinações ou pela forma como eles estão organizados. Abaixo segue uma lista de alguns materiais classificados dentro destes quatro grupos gerais de materiais.

Metais – Metais e ligas ferrosos (ferros, aços de carbono, ligas de aço, aços inoxidáveis, ferramenta e matrizes de aços)

Metais não-ferrosos e ligas (alumínio, cobre, magnésio, níquel, titânio, metais preciosos, metais refratários e super ligas).

Cerâmica – Vidros, cerâmica de vidro, grafite e diamante.

Polímeros – Plásticos termoplásticos, plásticos termofixos, elastômeros e compostos.

Compostos – Plásticos reforçados; Compostos de matriz de metal; Compostos de matriz de cerâmica; Estruturas de encaixe.

Concreto – Os metais são responsáveis por cerca de dois terços de todos os elementos e cerca de 24% da massa do planeta. Eles têm propriedades úteis, incluindo força, ductilidade, alto ponto de fusão, condutividade térmica e elétrica e boa resistência. Da tabela periódica, pode-se ver que um grande número de elementos é classificado como sendo um metal. Alguns dos mais comuns metais e suas utilizações típicas são apresentados abaixo.

Materiais metálicos comuns:

Ferro / Aço – As ligas de aço são usadas para aplicações de força crítica;

Alumínio – O alumínio e suas ligas são fáceis de dar forma, são baratos, recicláveis e facilmente encontrados no ambiente;

Cobre – O cobre e as ligas de cobre têm muitas propriedades que os tornam úteis, incluindo a condutividade elétrica e térmica elevada, alta ductilidade e boa resistência à corrosão;

Titânio – As ligas de titânio são usadas para aplicações que exijam a força em altas temperaturas (aproximadamente 537°C), quando o peso do componente é uma preocupação, ou quando a boa resistência à corrosão é necessária;

Níquel – As ligas de níquel são usadas em temperaturas ainda mais elevadas (815 a 1093°C) ou quando a boa resistência à corrosão é necessária;

Materiais refratários são utilizados para aplicações com temperatura mais alta (superiores a 1093°C).

A principal característica que distingue os metais dos não metais é a sua ligação. Os materiais metálicos têm elétrons livres para se mover facilmente de um átomo para outro. A existência destes elétrons livres tem uma série de consequências profundas para as propriedades dos materiais metálicos. Por exemplo, esses materiais metálicos tendem a ser bons condutores elétricos, porque os elétrons livres podem se mover dentro do metal com facilidade.material usado em metal mecânica

Cerâmica

A cerâmica tem sido tradicionalmente definida como um sólido, inorgânico não metálico que é preparado a partir de materiais em pó; é fabricado através da aplicação de calor e exibe tais propriedades características como dureza, resistência, baixa condutividade elétrica e fragilidade. A palavra cerâmica vem da palavra grega “Keramikos”, o que significa que são materiais de natureza cristalina, compostos formados entre elementos metálicos e não metálicos como o alumínio e o oxigênio, cálcio e oxigênio, silicone e nitrogênio.

Dependendo do seu método de formação, a cerâmica pode ser densa ou leve. Normalmente demonstra excelente resistência e dureza, no entanto, é muitas vezes frágil por natureza. A cerâmica também pode ser formada para servir como material eletricamente condutivo ou isolante. Algumas cerâmicas, como supercondutores, também apresentam propriedades magnéticas. Elas também são mais resistentes a altas temperaturas do que os metais e polímeros. Devido à vasta gama de propriedades dos materiais cerâmicos, eles são usados para uma infinidade de aplicações.

As grandes categorias ou segmentos que compõem a indústria de cerâmica podem ser classificadas como: produtos cerâmicos estruturais (tijolos, tubulação de esgoto, coberturas e paredes de azulejo, forros de combustão, etc); louças brancas (louças, pisos, azulejos, porcelana elétrica, etc); refratários (tijolos e produtos monolíticos usados em metal, vidro, cimento, cerâmica, conversor de energia, petróleo e indústrias de produtos químicos); vidros (vidro plano [janelas], recipientes de vidro pressionado [garrafas], vidro soprado [louças], fibras de vidro [isolamento em casas] e vidro avançado /especialidade [fibras ópticas]); abrasivos (natural [como granadas, diamantes, etc] e sintéticos [carboneto de silício, diamante, alumina fundida, etc], abrasivos são usados para retificação, corte, polimento, lapidação, ou jateamento a pressão de materiais); cimentos (para estradas, pontes, edifícios, barragens e etc); cerâmica avançada; estrutural (peças de desgaste, biocerâmicas, ferramentas de corte e componentes de motor); elétrico (capacitores, isoladores, substratos, peças de circuito integrado, piezelétricos, ímãs e supercondutores); revestimentos (componentes de motor, ferramentas de corte, peças de desgaste, etc.); química e ambiental (filtros, membranas, catalisadores e sustentação do catalisador).

Os átomos em materiais cerâmicos são mantidos juntos por uma ligação química. As duas ligações químicas mais comuns para materiais cerâmicos são chamadas de covalentes e iônicas. As ligações covalentes e iônicas são muito mais fortes do que as ligações metálicas e, em geral, é por isso que a cerâmica é frágil e os metais são dúcteis.

Polímeros

Um sólido polimérico pode ser considerado como um material que contém muitas partes quimicamente ligadas, ou unidades, que são unidas para formar um sólido. A palavra polímero significa, literalmente, “muitas partes”. Dois materiais importantes industrialmente são os polímeros plásticos e os elastômeros. Os plásticos são um grupo grande e variado de materiais sintéticos processados por formação ou moldagem. Assim como existem muitos tipos de metais como o alumínio e o cobre, existem muitos tipos de plásticos, como o polietileno e o nylon. Já os elastômeros ou borrachas podem ser deformados elasticamente em grande quantidade quando uma força é aplicada sobre eles, podendo retornar à sua forma original (ou quase), quando a força é liberada.

Os polímeros têm muitas propriedades que os tornam essenciais para uso em determinadas condições. Muitos polímeros são menos densos do que os metais ou a cerâmica, resistem à corrosão, oferecem boa compatibilidade com o tecido humano e apresentam excelente resistência à condução de corrente elétrica.Os plásticos de polímeros podem ser divididos em duas classes: termoplásticos e plásticos termofixos, dependendo de como eles são estruturalmente e quimicamente ligados. Polímeros termoplásticos compreendem quatro tipos de materiais comuns mais importantes – polietileno, polipropileno, poliestireno e policloreto de vinila. Há também uma série de polímeros especiais.

O termo “termoplástico” indica que estes materiais derretem com o aquecimento e podem ser processados com base em algumas técnicas de moldagem e extrusão. Alternadamente, os termofixos são polímeros que não podem ser derretidos ou refundidos. Os polímeros termofixos incluem resinas alquídicas, resinas amino e fenólicos, epóxis, poliuretanos e poliésteres insaturados.

A borracha é um polímero que ocorre naturalmente na natureza. No entanto, a maioria dos polímeros é criada nos laboratórios de engenharia, com a combinação de átomos de hidrogênio e carbono e por meio do arranjo das cadeias que se formam. A molécula de polímero é uma longa cadeia de átomos covalentes ligados e entitulados como secundários, sugerindo grupos de cadeias de polímero formando o material polimérico. Os polímeros são produzidos principalmente a partir do petróleo ou do gás natural bruto, mas o uso de substâncias orgânicas é crescente. O super material conhecido como Kevlar é um polímero sintético. O Kevlar é usado em coletes à prova de bala, peças fortes, leves e cabos submarinos que são até 20 vezes mais fortes do que o aço.

Compostos

Um composto é comumente definido como uma combinação de dois ou mais materiais distintos, cada um dos quais mantém as suas propriedades distintas, para criar um novo material com propriedades que não podem ser alcançadas por qualquer um dos componentes isoladamente. Usando esta definição, pode-se determinar que uma ampla gama de materiais de engenharia se enquadra nesta categoria. Por exemplo, o concreto é um composto, pois é uma mistura de cimento e agregados. A folha de fibra de vidro é um composto, uma vez que é feita de fibras de vidro embutidas em um polímero.

Os materiais compostos são conhecidos por terem duas fases. A fase de reforço abrange as fibras, folhas ou partículas que são incorporadas na fase matriz. O material de reforço e o material de matriz podem ser de metal, cerâmica ou polímeros. Normalmente, os materiais de reforço são fortes com baixas densidades, enquanto o material de matriz é geralmente dúctil e resistente.

Algumas das classificações comuns de compósitos são:

Plásticos reforçados – Compostos de metal matriz; Compostos de cerâmica matriz; Estruturas de encaixe

Concreto

Os materiais compostos assumem muitas formas, mas eles podem ser separados em três categorias baseadas no mecanismo de fortalecimento. Estas categorias são dispersão reforçada, partícula reforçada e fibra reforçada. Os compostos de dispersão reforçada têm uma distribuição fina de partículas secundárias na matriz do material. Estas partículas impedem que os mecanismos permitam que um material se deforme. Muitos compostos de matriz metálica entram na categoria de dispersão reforçada. Os compostos de partículas reforçadas têm uma fração grande de partículas dispersas na matriz e a carga é compartilhada pelas partículas e a matriz. Cerâmicas comerciais e muitos polímeros preenchidos são partículas reforçadas. Em compostos reforçados por fibras, a fibra é o componente de suporte de carga primário. A fibra de vidro e os compostos de fibra de carbono são exemplos de compostos reforçados por fibras.

Se a composição é projetada e fabricada corretamente, ela combina a força do material composto de reforço com a dureza da matriz para alcançar uma combinação de propriedades desejáveis não disponíveis em qualquer material único convencional. Alguns compostos também oferecem a vantagem de ser feitos sob medida para que algumas propriedades, tais como resistência e rigidez, possam ser facilmente alteradas mudando as quantidades ou a orientação do material de reforço. A desvantagem é que tais compostos são muitas vezes mais caros do que os materiais convencionais.