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Fundamentos de Ciência dos Materiais

Código: L.EMAT018     Sigla: FCM

Áreas Científicas
Classificação Área Científica
OFICIAL Ciência e Tecnologia de Materiais

Ocorrência: 2024/2025 - 2S Ícone do Moodle

Ativa? Sim
Unidade Responsável: Secção de Metalurgia, Materiais e Processos Tecnológicos
Curso/CE Responsável: Licenciatura em Engenharia de Materiais

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla Nº de Estudantes Plano de Estudos Anos Curriculares Créditos UCN Créditos ECTS Horas de Contacto Horas Totais
L.EMAT 33 Plano Oficial do ano letivo 2021 2 - 6 52 162

Docência - Responsabilidades

Docente Responsabilidade
Manuel Fernando Gonçalves Vieira Regente

Docência - Horas

Teórico-Práticas: 4,00
Tipo Docente Turmas Horas
Teórico-Práticas Totais 1 4,00
Sonia Luísa dos Santos Simões 1,40
Manuel Fernando Gonçalves Vieira 2,60

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
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