Fundamentos de Ciência dos Materiais
Áreas Científicas |
Classificação |
Área Científica |
OFICIAL |
Ciência e Tecnologia de Materiais |
Ocorrência: 2024/2025 - 2S 
Ciclos de Estudo/Cursos
Docência - Responsabilidades
Língua de trabalho
Português
Objetivos
Esta unidade curricular foi projetada para incorporar fundamentos teóricos e práticos da Ciência dos Materiais, de forma a que os estudantes sejam capazes de as aplicar a situações e contextos reais. O conhecimento da estrutura eletrónica e cristalina são fundamentais para compreender o comportamento físico e mecânico dos materiais de engenharia.
Posteriormente, são introduzidos os conceitos básicos da difusão, que controlam a maior parte das transformações de fase, e são abordados exemplos da sua aplicação a casos reais.
Os conhecimentos teóricos que regem as transformações de fase controladas por difusão, solidificação e transformações no estado sólido, permitem aos estudantes conhecer as estratégias de manipulação da microestrutura. A sua aplicação a casos concretos será fundamental para adquirir uma visão abrangente da relação entre o processamento e a estrutura dos materiais.
Resultados de aprendizagem e competências
No final da unidade curricular, os estudantes devem saber:
Descrever a diferença entre materiais cristalinos e amorfos.
Definir conceitos como redes cristalinas, direções e planos.
Aplicar a Lei de Bragg e explicar sua relação com a estrutura cristalina.
Interpretar padrões de difração.
Nomear e descrever os mecanismos de difusão.
Escrever as equações da 1ª e 2ª leis de Fick.
Calcular o coeficiente de difusão a diferentes temperaturas.
Aplicar as leis de Fick na resolução de problemas reais.
Conhecer a influência do fluxo de calor e de massa na nucleação e crescimento de cristais durante a solidificação.
Interpretar a influência do sobrearrefecimento constitucional na forma da interface sólido/líquido.
Explicar o efeito de diferentes interfaces na nucleação e microestrutura.
Explicar a diferença entre nucleação homogênea e heterogênea.
Modo de trabalho
Presencial
Programa
Estruturas cristalinas. Células unitárias, pontos, direções e planos cristalográficos. Monocristais e policristais.
Difração de Raios X. Os raios X, espectros contínuo e característico. Limites de absorção. Princípios da difração e sua aplicação à identificação de materiais cristalinos. Interpretação de espetros.
Difusão: fluxo de difusão (1ª lei de Fick) e gradientes de concentração (2ª lei de Fick); mecanismos atómicos da difusão; variáveis da difusão; difusão em ligas e o efeito de Kirkendal; Análise de casos.
Transformações de fase. Solidificação: nucleação homogénea e heterogénea; solidificação de metais puros e ligas; estruturas e defeitos de vazamento.
Transformações de fase no estado sólido: nucleação e crescimento; microestruturas; cinética.
Técnicas de calorimetria. Exploração dos ensaios de calorimetria diferencial de varrimento (DSC).
Bibliografia Obrigatória
William D. Callister and David G. Rethwisch;
Materials Science and Engineering: An Introduction, John Wiley & Sons Inc, 2018. ISBN: 978-1-119-40549-8
David A. Porter;
Phase transformations in metals and alloys. ISBN: 978-1-4200-6210-6
Michael E. Brown;
Introduction to thermal analysis. ISBN: 1-4020-0472-9
Bibliografia Complementar
Wendelin Wright and Donald Askeland;
The Science and Engineering of Materials, 2021. ISBN: 978-0357447864
Observações Bibliográficas
Os estudantes têm também acesso a apresentações preparadas pelo docente
Métodos de ensino e atividades de aprendizagem
As aulas consistem principalmente de palestras sobre diferentes temas dos conteúdos programáticos. Exercícios, discussões e observação de filmes serão organizados para aplicar e visualizar o conteúdo das palestras.
Os alunos serão envolvidos no processo de aprendizagem através da discussão e análise de questões e resolução de problemas. A aplicação dos conceitos teóricos a casos reais por parte dos estudantes, a trabalhar de forma independente ou em conjunto com parceiros ou em grupo, também será incluída no processo. A solidificação e as transformações no estado sólido de materiais de engenharia serão discutidas e analisadas usando resultados de experiências de DSC.
A avaliação incidirá na resolução de problemas, realização de ensaios e análise dos resultados, com um peso de 30% na avaliação final, e testes escritos, com um peso de 70%.
Para aprovação é exigida uma nota mínima de 7 valores nos testes.
Tipo de avaliação
Avaliação distribuída sem exame final
Componentes de Avaliação
Designação |
Peso (%) |
Teste |
70,00 |
Trabalho prático ou de projeto |
30,00 |
Total: |
100,00 |
Componentes de Ocupação
Designação |
Tempo (Horas) |
Estudo autónomo |
62,00 |
Frequência das aulas |
52,00 |
Trabalho escrito |
28,00 |
Trabalho laboratorial |
20,00 |
Total: |
162,00 |
Obtenção de frequência
De acordo com as regras da FEUP.
Fórmula de cálculo da classificação final
Classificação final= 0,3 da média das classificações das atividades nas aulas + 0,7 da média das classificações dos testes.
Para obter aprovação é exigida uma classificação mínima de 7 valores nos testes.
Avaliação especial (TE, DA, ...)
Exame
Melhoria de classificação
Exame em época de recurso para substituir a nota dos testes