Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia

de São Paulo Propriedades dos materiais

Adilson de Melo Poggiato

01/01/2010

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Materiais de Construção Mecânica

Classificação dos materiais utilizados em equipamentos mecânicos em geral:

aço C comum

aço inox

aço ferramenta

etc

aço liga

aço

cinzento

lamelar

nodular

globular

branco

preto

maleável

branco

ferro fundido

ferrosos

cobre

estanho

zinco

chumbo

platina

ouro

pesados

alumínio

magnésio

titânio

leves

não ferrosos

materiais

metálicos

ureia

poliester

melamina

ferrolicos

resinas

termofíxos

vinílicos

nylon

acrílico

celulósicos

poliestireno

estireno

termoplásticos

plásticos

isopor

espuma

vidros

sintéticos

imã

prod. texteis

madeira

couro

fibras

pedras

cimento

naturais

materiais não

metálicos

materiais

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Introdução:

Um bom conhecimento de materiais é importante não só para quem projeta ou

constrói como para aquele que simplesmente realiza manutenção de equipamento mecânico (saber

substituir um material por outro). Para tanto o material deverá ser avaliado sob dois aspectos

fundamentais:

Suas qualidades mecânicas,

Custos de matéria prima e produção

Também é com o conhecimento das propriedades dos materiais que podemos

escolher os fatores de segurança e estes influem decisivamente na parte econômica do projeto.

O número de materiais usados na construção mecânica é elevadíssimo, bastando

dizer que só de aços existem várias centenas de tipos.

Se considerarmos um automóvel, por exemplo, veremos que o número de materiais

diferentes que o compõem, ultrapassa uma centena. Como exemplo, podemos citar que as válvulas

de admissão e escapamento são feitas contendo silício, cromo e níquel e a segunda pode ser de um

aço especial contendo silício e cromo em percentagens diferentes. Já nos motores de avião as

válvulas de escapamento podem ser ocas e cheias de sódio ou mercúrio.

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Ao estudarmos a classe dos materiais metálicos podemos dividi-los em dois grupos

distintos: ferrosos e não ferrosos.

Materiais metálicos ferrosos

Dê uma forma geral podemos dividir os mesmos em dois grupos distintos, mais

importantes:

aço: liga Fe-C contendo geralmente de 0,008 até cerca de 2% de C (carbono), além de certos

elementos residuais do processo, sendo um material tenaz, de excelentes propriedades, de fácil

trabalho, podendo também ser forjável.

Principais influências do carbono nas propriedade do aço:

Aumento da dureza

Aumenta o limite de resistência e limite de escoamento

Redução da ductilidade

Diminui a tenacidade

Diminuição do alongamento

Aumenta a temperabilidade (formação da martensita)

Dificulta a soldagem (endurecimento e trincas na solda e na ZAT – zona afetada

termicamentre)

Justificativa: hidrogênio do revestimento do eletrodo fica retido no cordão da solda (usar eletrodo

de baixo teor de hidrogênio, com pós – aquecimento para liberar hidrogênio)

Vejamos o gráfico a seguir:

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Os aço podem ser classificados em:

Aços ao carbono comum: são os aços cujos elementos residuais estão em

pequenas percentagens, ou seja, a liga é formada basicamente por ferro e carbono.

Aços liga: são os aços ao carbono que recebem a adição de um ou mais elementos

químicos (cromo, níquel, molibdênio, vanádio, etc.) de modo a melhorar a qualidade deste.

Causas principais para uso dos aços ligados:

Alta temperatura; fator fluência

Baixas temperaturas: fratura frágil

Corrosão

Exigência de não contaminação

Segurança

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Obs.: Usaremos os aços especiais ou ligados quando quisermos aliar resistência mecânica com o

fator peso das peças, através da diminuição do tamanho / secção das mesmas.

ferro fundido: liga Fe-C com 2<C<6,7%: material amplamente empregado na

construção mecânica, e que, mesmo não possuindo a resistência do aço, pode substitui-lo em

diversas aplicações, muitas vezes com grandes vantagens.

Como esses materiais são fáceis de serem trabalhados, com eles é construída a maior

parte das máquinas, ferramentas, estruturas, bem como instalações que necessitam materiais de

grande resistência.

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Materiais metálicos não ferrosos

São todos os demais materiais metálicos empregados na construção mecânica.

Possuem empregos os mais diversos, pois podem substituir os materiais ferrosos em várias

aplicações e nem sempre podem ser substituídos pêlos ferrosos.

Esses materiais são geralmente utilizados isoladamente ou em forma de ligas metálicas,

algumas delas amplamente utilizadas na construção de máquinas e equipamentos.

Podemos dividir os materiais não ferrosos em dois tipos em função da densidade.

Metais pesados:

(ρ > 5 kg/ dm3), ex.: cobre, estanho, zinco, chumbo, platina, etc.

Metais leves:

(ρ < 5 kg/ dm3), ex.: alumínio, magnésio, titânio, etc.

Normalmente, os não ferrosos são materiais caros, logo tudo faremos para não

utiliza-los em componentes que possam ser substituídos por materiais ferrosos.

Dar-se-á preferência para a sua utilização em peças sujeitas a oxidação, dada a sua

resistência, sendo muito utilizadas em tratamentos galvânicos superficiais de materiais. São também

amplamente utilizados em componentes elétricos pois em geral apresentam bom coeficiente de

condutibilidade elétrica.

Nos últimos anos, a importância dos metais leves e sua ligas têm aumentado

consideravelmente, principalmente na construção de veículos, nas construções aeronáuticas e

navais, bem como na mecânica de precisão, pois têm-se conseguido ligas metálicas de alta

resistência e de menor peso e, com isto, tende-se a trocar o aço e o ferro fundido por esses metais.

Observação:

A palavra “metal” tem em Metalurgia, um conceito diferente daquele que se lhe dá

em Química. Quando um metalurgista se refere a um metal, não tem em vista um elemento simples,

no estado de pureza, mas sim um produto industrial em que juntamente com o elemento químico

considerado, se encontram sempre impurezas e elementos estranhos, ora em quantidade

insignificante, ora em percentagem apreciável.

Muitas vezes uma pequena variação na percentagem de um elemento secundário

altera consideravelmente as propriedades do metal principal. sendo portanto, indispensável indicar

os elementos estranhos que acompanham o metal e a sua percentagem.

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Os metais são extraídos dos minérios que os contêm por processos metalúrgicos que

nem sempre reduzem as impurezas dos mesmos.

Em geral o processo adotado, termina numa fusão, se já não advém dela.

A maioria dos metais, à temperatura ambiente, se apresenta em estado sólido. O

mercúrio, gálio, rubídio e césio se apresentam em estado líquido. Na prática, todos os metais são

passíveis de constituírem ligas quando associados a outros.

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Propriedades físicas dos materiais

Incluem-se neste grupo, as propriedades inerentes dos materiais relativas a sua

constituição, composição química e forma de obtenção. São elas que definem o que é o material.

a) peso especifico:

É o peso correspondente a massa existente em uma unidade de volume do material

considerado. É ele quem define qual material deve ser conforme haja necessidade de alívio de peso

ou de maior lastro. A unidade usualmente usada em mecânica para o peso específico é o kg/dm3.

Ex.: feixe de tubos para trocadores de calor.

Calcular o peso da chapa de aço abaixo sabendo-se que a mesma tem 1,5 x 2,5 m e

espessura de ¼”, e o material é aço.

Calcular o peso de uma barra de diâmetro igual a 2” e comprimento de 6 m, cujo

material é o alumínio.

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b) Fusibilidade:

Determina a temperatura em que o material passa do estado sólido para o líquido sob

a ação do calor, o que restringe a aplicação de materiais que tem baixo ponto de fusão como o

chumbo, estanho, plásticos, etc. Exprime a capacidade do material em estando fundido, preencher

facilmente moldes complicados e com muitas reentrâncias. Ex.: peças fundidas (carcaça de bombas,

compressores e carcaças de máquinas em geral).

Todo o material é fusível, mas para ser industrialmente fusível é preciso que tenha

um ponto de fusão relativamente baixo e que não sofra durante o processo de fusão, oxidações

profundas, nem alterações na sua estrutura e homogeneidade.

c) Dilatação Térmica:

É a propriedade do material de se dilatar/contrair com a variação da temperatura, o

que oF impede alguns materiais de serem usados em condições extremas de temperatura, como em

fornos, caldeiras, sistemas de refrigeração e frigoríficos.

Obs.:

Temperatura: È a grandeza que mede o estado de agitação térmica das partículas

que constituem um corpo.

Dilatação linear: é aquela em que predomina a variação em uma única direção. (ex.:

barras, trilhos de trem, cabos em geral, etc.).

l = Li . . t

Lf = Li ( 1 + t )

Onde:

∆l = variação linear

L1 = comprimento inicial

α = coeficiente de dilatação linear (função do material)

∆t = variação de temperatura

Lf = comprimento final

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Dilatação superficial: idem, em duas direções. (ex.: chapas). É também conhecida

por dilatação superficial.

s = Li . . t

Sf = Li ( 1 + t )

Dilatação volumétrica: é aquela em que se considera a dilatação em três direções.

v = Li . . t

Vf = Li ( 1 + t )

Dilatação em líquidos: Aumentando-se a temperatura da H2O entre 0 oC e 4

oC, há

uma diminuição do volume, a partir dai há um aumento deste volume.

Como os líquidos estão contidos em recipientes sólidos, a dilatação realmente sofrida

pelo líquido é igual a soma da dilatação aparente do líquido com a dilatação volumétrica do

recipiente.

d) condutibilidade térmica:

É a capacidade de o material dissipar energia, na forma de calor. Alguns materiais

têm alto coeficiente de irradiação de calor, como o alumínio e o cobre, sendo utilizados em

trocadores de calor, radiadores, dissipadores, panelas, etc..

Condução: é a principal forma de propagação de calor de uma partícula a outra de

um corpo. Quando se aquece a extremidade de uma barra de ferro, por exemplo, seus átomos

ganham mais energia no ponto de aquecimento. Assim, vibram mais intensamente e se chocam com

os átomos vizinhos, transferindo-lhes calor. Estes, por sua vez, transmitem a energia cinética, de

modo que o calor é conduzido ao longo da barra e alcança a extremidade fria. Apesar de o calor

passar de uma partícula a outras, elas não se chocam, mais apenas vibram mais intensamente.

Convecção: é a transferência de calor pela matéria em movimento. Essa propagação

ocorre por causa do deslocamento de moléculas. Desse modo, quando se esquenta a água, as

moléculas que estão no fundo do recipiente se aquecem primeiro. Então, a densidade da água no

fundo diminui e as moléculas sobem. Formam-se correntes ascendentes mais quentes e correntes

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descendentes mais frias. São as chamadas correntes de convecção que uniformizam a temperatura e

facilitam o aquecimento dos líquidos e dos gases.

Radiação: é a propagação de calor por ondas eletromagnéticas. O calor do Sol, por

exemplo, chega a Terra por meio de ondas (raios infravermelhos) que se propagam através do

vácuo.

Trabalho:

1- Pesquisar um exemplo prático da área industrial em que o peso específico seja a

propriedade determinante e/ou uma das propriedades que levaram ao uso de um determinado

material.

2- Idem para dilatação térmica.

3- Idem para condutibilidade térmica.

e) condutibilidade elétrica:

É a propriedade que possuem certos corpos de permitir mais ou menos a passagem

da corrente elétrica.

Os corpos que permitem a eletricidade passar são chamados de condutores. Os

metais em geral são bons condutores de eletricidade.

O cobre e suas ligas e o alumínio conduzem bem a eletricidade, sendo empregados

na fabricação de linhas elétricas e aparelhagens; as ligas Cr – Ni, Fe – Ni conduzem mal, servindo

para construção de resistências elétricas, como por exemplo reostatos, etc.

Materiais isolantes: não deixam passar a eletricidade: madeira seca, baquelite,

ebonite, etc.

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Tabela de propriedades físicas dos materiais

material Símbolo

químico

Peso específico

(x10 –6

) Kg/mm3

Temperatura de fusão

oC

Coeficiente de

dilatação

Aço doce 0,20 %C 7,85 1500 11 x 10-6

Aço duro 0,60 %C 7,84 1470 11 x 10-6

Alumínio Al 2,70 659 23,8 x 10-6

Antimônio Sb 6,69 630 1 x 10-6

Bronze 8,80 900 17,5 x 10-6

Cádmio Cd 8,648 320

Chumbo Pb 11,34 327 29 x 10-6

Cobalto Co 8,71 1480 12,4 x 10-6

Cobre Cu 8,90 1083 17 x 10-6

Cromo Cr 6,93 1610

Estanho Sn 7,28 232 20 x 10-6

Ferro fundido 7,10 à 7,80 1152 à 1350 9 x 10-6

Latão 8,40 900 19 x 10-6

Magnésio Mg 1,74 650 26 x 10-6

Manganês Mn 7,30 1260 23,4 x 10-6

Mercúrio Hg 13,60 - 38,9

solidificação x 10-6

Molibdênio Mo 10,20 2620 5,3 x 10-6

Níquel Ni 8,80 1452 18 x 10-6

Ouro Au 19,30 1063 14 x 10-6

Platina Pt 21,40 1774 9 x 10-6

Prata Ag 10,50 960 20 x 10-6

Tungstênio W 18,6 à 19,10 3260 4,3 x 10-6

Urânio U 18,70 1850

Vanádio V 5,60 1660

zinco Zn 7,04 à 7,16 419 30 x 10-6

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PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DOS MATERIAIS

Classificam-se neste grupo as propriedades referentes ao comportamento dos

materiais, sob diferentes ações mecânicas e aos tratamentos térmicos

a) maleabilidade

Propriedade do material que expressa a maior ou menor facilidade do material ser

deformado permanentemente por ação de uma pressão ou choque (compressão) uma carga de

compressão, sem se romper, ou seja, é o quanto ele pode ser amassado (laminado, forjado, dobrado,

extrudado).

Um material é maleável quando sob a ação do laminador ou do martelo da forja não sofrer

rupturas ou fortes alterações na estrutura (endurecimento inadmissível).

A maleabilidade pode ser a quente ou a frio. Se a maleabilidade a frio é muito grande o

material é chamado plástico.

Laminação:

O material é submetido sucessivamente a cargas de compressão, aplicadas entre dois

cilindros laminadores, que vão reduzindo sua espessura e alterando sua forma.

Pode ser executada tanto a frio quanto a quente, e seus principais produtos são:

a quente: placas e chapas grossas, barras de secção redonda, retangular (chata) ou quadrada,

perfilados.

a frio: chapas finas para estampagem (recozidas), barras de pequena secção para usinagem,

tiras paras fatorização de tubos (com costura).

Forjamento:

O material é conformado por compressão através de impressões sucessivas de uma

ferramenta (martelo), adquirindo o formato dado pela seqüência de golpes (recalque e estiramento)

ou da matriz em que fica apoiada (moldagem). No caso de estiramento, a peça vai sendo virada a

cada golpe pela ação de um manipulador mecânico, permitindo que a carga seja aplicada em

diversos pontos, em todos os sentidos da peça, obtendo um material de maior tenacidade. Como na

extrusão, em geral , é feito a quente.

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Extrusão:

O material é empurrado por um êmbolo, que o força a escoar através do orifício de

uma matriz, tomando o formato e as dimensões deste. A compressão sofrida pelo material é muito

grande, gerando grandes esforços, motivo pelo qual este processo é feito, em geral, a quente. É

usado para aços mais macios (extra doces) e, em larga escala, para metais não ferrosos. É um

processo muito usado na fabricação de tubos.

Abaixo temos uma figura que mostra o detalhe o cilindro num processo de extrusão

direta. Os principais produtos são: perfilados; barras redondas, quadradas e sextavadas; tubos sem

costura; arruelas; etc.

b) ductilidade

Capacidade do material de ser deformado

permanentemente, por carga de tração sem se

romper, ou seja, a possibilidade de ser estirado,

trefilado, repuxado. Pode-se dizer que a

ductilidade é o oposto da fragilidade. Ex.: cobre ,

alumínio, aço com baixo teor de carbono, etc.

Obs.: Abaixo apresentamos uma classificação dos metais usados pela ordem decrescente de

maleabilidade e ductilidade.

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Maleabilidade: Au –Ag – Cu – Sn – Pt – Pb – Zn – Fe – Ni

Ductilidade: Au – Ag – Pt – Fe – Ni – Cu – Zn – Sn - Pb

c) fragilidade:

Característica do material de apresentar ruptura repentina, quando submetido a um

esforço, sem apresentar deformação aparente. Os materiais frágeis não aceitam conformação. EX.:

ferro fundido, vidro.

d) soldabilidade:

Capacidade do material de ser soldado (rejuntado) por caldeamento (compressão a

quente das partes a serem unidas, sem utilização de material auxiliar). Materiais de baixa

caldeabilidade só podem ser soldados através de eletrodos especiais.

A soldabilidade depende do tempo em que o metal permanece num estado sólido –

plástico, sob o efeito do calor produzido pela ação soldante. O metal ou liga que passar

instantaneamente do estado sólido para o líquido é dificilmente soldável. (Ex.: ferro fundido).

1- O que é soldagem?

Segundo a American Welding Society (AWS), “soldagem é o processo de união de

materiais usado para obter a coalescência (união) localizada de metais, produzida por aquecimento

até uma temperatura adequada, com ou sem utilização de pressão e ou material de adição” (in

Tecnologia de Soldagem de Paulo Villani Marques, pág. 352).

O material frágil quebra

quando submetido a um

impacto ou batida.

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2- Qual a principal vantagem da soldagem sobre os outros processos de união, como por exemplo a

rebitagem ou o aparafusamento?

Possibilidade de obter uma união em que os materiais tem uma continuidade não só

na aparência externa, mas também nas suas propriedades mecânicas e químicas, relacionadas a sua

estrutura interna.

Percentagens de custo

Matéria - prima Fabricação

Aços ao carbono A – 285 Gr C 40 60

Aço liga 1 Cr e Mo 50 50

Aço inoxidável tipo 304 65 35

materiais soldabilidade

ótima boa regular difícil

Aço de baixo carbono X

Aço de médio carbono X X X

Aço de alto carbono X

Aço inox X X

Aço liga X

Ferro fundido cinzento X

Ferro fundido maleável

e nodular X

Ferro fundido branco X

Ligas de alumínio X

Ligas de cobre X

Carbono equivalente = % C + % Mn/6 + % Cr + % Mo/5 + % V + (% Ni + % Cu)/15

Obs. Importantes quanto à solda em aço ao carbono comum.

a) teor de carbono acima de 0,30 % e espessura acima de 12 mm.

Pré aquecer a 110 oC e aquecer entre os passes.

b) alívio de tensões , a 600 oC quando:

b1) vasos de pressão ASME, seção VIII divisão I

espessura até 50 mm (exceto quando feito pré – aquecimento)

espessura acima de 50 mm, tratamento obrigatório durante 2:00 horas.

b2) tubulações:

obrigatório para espessuras acima de 19 mm.

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c) emprego de eletrodos de baixo teor de hidrogênio quando:

espessura igual ou maior que 25 mm.

Teor de carbono igual ou maior à 0,22 %.

Limite de escoamento maior que 35 kg/mm2.

d) radiografia total das soldas importantes em partes com espessura superior a 30 mm.

Limites de carbono para soldagem em equipamentos de processo químico:

0,26%: limites para partes soldadas sujeitas a pressão ou a outros esforços principais, em

vasos de pressão importantes.

0,30%: limite para outras partes soldadas em vasos de pressão importantes, bem como para

tubulações soldadas, tanques sem pressão e vasos de baixa responsabilidade.

0,35%: limite máximo admissível para qualquer parte soldada.

e) temperabilidade:

Capacidade do material sofrer alterações nas suas características mecânicas e,

consequentemente, nas suas aplicações quando submetido a Tratamentos Térmicos (Def.: processo

de aquecimento e resfriamento do material em condições adequadas para obtermos a alteração de

determinadas propriedades).

Tal propriedade caracteriza o aço com certo teor de carbono, assim, como

determinadas ligas de alumínio, transformando a estrutura cristalográfica do material que em

conseqüência altera todas as propriedades mecânicas.

f) Usinabilidade

Capacidade do material apresentar maior ou menor resistência de ser usinado

(cortado, desbastado, furado, etc.) pela ação de uma ferramenta de corte. Podemos relaciona-la

também com a “vida da ferramenta de corte”, ou com a “energia ou tempo necessário ara

removermos certa quantidade de material”. Os graus de usinabilidade dos diferentes aços são

estabelecidos em função do aço de CORTE LIVRE SAE 1112 que é tido como o de 100% de

usinabilidade.

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Por exemplo, se disser que a usinabilidade de aço SAE 1070 é de 45 %, significa que

na usinagem deste aço, o rendimento é de 45% em relação ao do aço SAE 1112.

Os fatores envolvidos nessas propriedades são entre outros:

Natureza do material sob usinagem

Natureza do material da ferramenta

Forma da ferramenta

Condições de corte: velocidade, avanço, profundidade de corte

Natureza da operação de corte: torneamento, frezamento, etc.

Natureza do corte: contínua ou interrompido

Condições da máquina operatriz

Refrigeração

Devido a necessidade de termos um custo cada vez mais baixo na indústria, para

reduzirmos os custos em uma produção em massa, a usinabilidade é uma propriedade de grande

interesse e assim, temos uma série de profissionais estudando métodos de melhorarmos a

usinabilidade dos materiais. Podemos assim melhorar a usinabilidade dos materiais basicamente por

dois métodos:

Modificação do desenho da ferramenta

Alteração da sua estrutura

Para exemplos de usinabilidade relativa de algumas ligas ferrosas e não ferrosas

consultar tab. 32 do vol. 1 do Livro Tecnologia Mecânica, Vicente Chiaverini.

g) tenacidade:

Capacidade do material suportar

grandes esforços antes de se romper, sem

apresentar grande deformação. O material

tenaz, ao contrário do material frágil pode

sofrer deformações pequenas, mas para isto,

são necessárias grandes cargas. Pode ser

considerada uma característica mecânica, já

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que a energia mecânica total necessária para

levar o material a ruptura, pode ser

determinada pela área abaixo da curva obtida

no ensaio de tração.

Corresponde a energia total absorvida pelo material durante o ensaio. É

numericamente igual à área abaixo da curva obtida no ensaio de tração, incluindo as zonas elástica e

plástica.

Ex.: Barra de torção.

Em ordem decrescente, segundo a tenacidade, temos os metais:

Fe – Cu – Ag – Au – Zn – Sn – Pt - Ni

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PROPRIEDADES MECÂNICAS

São valores obtidos em ensaios de laboratório, que simulam condições reais de aplicação do

material, ou seja, quando ele é submetido a um esforço (tração, compressão, flexão, torção, etc.)

Quando o material recebe a ação de uma solicitação extrema, aparecem, em seu interior, reações a

esse esforço, o que são denominadas tensões, essas propriedades são representadas em sua maioria,

em valores numéricos obtidos através de ensaios efetivados nos laboratórios.

a) Dureza

Em princípio, designa-se a propriedade do material de se opor (oferecer resistência) à

penetração de outro material.

Quando aumentamos a dureza de um material aumentamos a sua resistência

mecânica e sua fragilidade, diminuindo a sua ductilidade.

Na prática, representa duas coisa importantes:

resistência ao desgaste

resistência a deformação ( ou conformação)

Por esta razão, os materiais mais duros são usados na fabricação de peças sujeitas a

maiores esforços, atrito constante, etc., enquanto os materiais mais dúcteis são usados em

aplicações que necessitam de conformação mecânica (laminação, dobramento, estampagem, etc.).

No ensaio de tração, percebemos que, quanto mais duro é o material, maiores são os

seus limites de escoamento e de ruptura, sendo a dureza diretamente proporcional ao limite de

resistência do material, de maneira que, conhecido o valor de sua dureza pelo método Brinell (HB),

podemos determinar o limite de resistência do material.

Existem, na prática, vários padrões para medirmos a dureza do material e entre os

mais usados, incluem-se os métodos Brinell, Rockwell, Vickers e Shore.

Apresentamos abaixo algumas definições típicas de dureza

Metalurgia: resistência a deformação permanente (laminação).

Mecânica: resistência a penetração de um material duro no outro.

Projetista: resistência mecânica com ou sem tratamento térmico, resistência

ao desgaste.

Técnico em usinagem: resistência ao corte do metal.

Mineralogista: resistência ao risco.

Só existe um material duro se existir um material mole.

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b) Plasticidade

É a propriedade do material de se deixarem deformar permanente sem se romper,

assumindo diferentes tamanhos ou formas sem sofrerem rupturas, rachaduras ou fortes alterações de

estrutura quando submetidos a pressões ou choques compatíveis com as suas propriedades

mecânicas. O material quando submetido a um esforço sofre uma deformação permanente, e só se

rompe quando a tensão aplicada ao material ultrapassa a tensão máxima.

A plasticidade é influenciada pelo calor ( aço ao rubro torna-se bastante plástico).

O inverso da plasticidade é a fragilidade ou quebrabilidade; assim, um material é dito

frágil ou quebradiço quando o mesmo ao romper-se apresenta uma pequena deformação.

A plasticidade pode ser subdividida em:

Maleabilidade

Ductilidade

c) elasticidade:

É a propriedade do material, cuja deformação causada por uma tensão, desaparece

quando esta deixa de agir. Em termos de engenharia, o maior interesse concentra-se mais na tensão

do que na deformação, e é esta a razão porque se registra, para os dados técnicos de elasticidade o

valor da tensão que representa o limite de elasticidade. Ex.: aço para molas.

d) resistência:

No sentido amplo, a palavra resistência refere-se à habilidade do material de suportar

esforços sem se romper. No entanto, nos projetos de máquinas, a resistência implica no

conhecimento do tipo e maneira como uma carga atua sobre cada componente de máquina.

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Ponto I: Limite de proporcionalidade: É a maior tensão que uma material pode suportar sem

perder a proporcionalidade entre a tensão e a deformação, o que vale dizer que dentro desse limite,

a deformação do material é proporcional à tensão produzida no mesmo (Lei de Hook).

Ponto II: Limite de elasticidade: É definido como sendo a maior tensão que o material pode

suportar sem que se produza no mesmo uma deformação permanente, isto é, limite no qual o corpo

retorna a sua forma original quando a tensão deixa de existir.

Ponto III: Limite de escoamento: É definido como sendo a tensão na qual o material perde a sua

propriedade elástica. Num material dúctil (ex.: aço doce SAE 1020), o fenômeno do escoamento é

bem definido, em virtude de um acréscimo acentuado de deformação sem que haja aumento

considerável de tensão, provocando uma deformação permanente, ou seja, ele nunca mais retorna a

forma original.

Ponto IV: Limite de resistência: É definido como a maior tensão que o material pode suportar

(tensão de ruptura). Pode se calculado dividindo-se a carga máxima aplicada no ensaio pela área da

secção transversal inicial.

Ponto V: Tensão limite de ruptura.

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e) resiliência

Representa a energia mecânica absorvida pelo material até o seu limite de elasticidade, ou

seja, sem sofrer deformação permanente. Na prática representa a resistência do material a choques

e, é numericamente igual a área abaixo da curva até o limite de elasticidade.

Obs.: Recursos para melhorarmos as propriedades mecânicas dos materiais:

Alterar composição química

Processos mecânicos de fabricação

Alteração do tamanho do grão

Tratamentos térmicos

Estes assuntos serão motivo de nossas próximas aulas.

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PROPRIEDADES DE USO OU DE UTILIZAÇÃO

Essas propriedades se relacionam com o comportamento dos materiais em face às

diversas condições ambientes que as peças encontrarão durante o seu trabalho.

Dentre as mais importantes temos:

Preço: de grande importância na fabricação seriada;

Cor: também de grande importância nas fabricações, tendo em vista o grande interesse

despertado nas massas consumidoras, pelas combinações de cores agradáveis;

Atualmente estão sendo lançados aços inoxidáveis coloridos (podem ser usados nos

para choques de automóveis); um outro exemplo seria a borracha branca usada na banda branca dos

pneumáticos.

Resistência ao ar: propriedade pela qual o material pode ser empregado sem

qualquer revestimento protetor, nas atmosferas como em Copacabana, etc., é necessário um

revestimento protetor. As chapas galvanizadas (folhas de zinco) são exemplos.

Resistência ao calor: de grande importância na fabricação de peças sob ação do

calor, é uma propriedade de grande importância quando as peças vão ficar expostas ao fogo direto

ou indiretamente, por exemplo, nas máquinas térmicas, tubos de caldeiras, fomos, caçambas, em

usinas siderúrgicas, etc.

Resistência à ação corrosiva: - propriedade pela qual o material resiste a ambientes

sujeitos à corrosão química, petróleo, etc.

Os tubos. de ferro fundido quando enterrados são corroídos em face das bactérias que

produzem emanações sulfurosas que originam H2SO4 devendo assim ser protegidos com uma

camada asfaltica. Nas latas de conservas são usadas as folhas de flandres.

Resistência à fluidez - (creep) - Os materiais ferrosos quando submetidos a cargas

de tração constantes por longo tempo a elevadas temperaturas, se deformam continuamente mesmo

quando a solicitação é menor do que a tensão de escoamento do material naquela temperatura. Este

fenômeno de alongamento contínuo e que pode conduzir à ruptura é denominado fluência ( creep ).

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A fluência ocorre mesmo quando o material é solicitado na temperatura ambiente,

mas nessa temperatura a fluência é praticamente desprezível comparada com a que ocorre em

temperaturas elevadas.

O fenômeno da fluência ainda não está completamente estudado, mas o seu

conhecimento é necessário quando o material trabalha em temperaturas elevadas, como por

exemplo: palhetas de turbinas a vapor que podem trabalhar a 500 oC; palhetas de turbinas a gás que

podem trabalhar a 650 oC; auto claves; tubos de caldeiras; reservatórios de alta .pressão, etc.

A resistência à fluência é especificada pelo alongamento percentual que se produz

numa temperatura, num certo intervalo de tempo para uma certa solicitação, por exemplo 1% para

550 oC em 1000 horas, para 40 kg/mm

2.

O fenômeno da fluência ocorre nos instrumentos de corda, violão, por exemplo. É

importante frisar que certas peças ficam inutilizadas se alongarem apenas 0,01%.

Grau de polimento: há casos em que o material deve deixar-se polir até o

espelhamento (lapidação).

O grau de polimento depende do acabamento que se deseja dar à superfície. Os

metais mais duros e os preciosos adquirem e conservam um polimento maior que os outros.

As engrenagens, mancais, canos, válvulas, apresentam um grau de polimento bem

elevado o que influi na escolha da viscosidade do lubrificante adequado. Quanto mais polida a peça

menos viscoso é o óleo e maior a resistência à fadiga da peça.

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Fatores que influem na seleção do material:

Vejamos os principais fatores que devem ser considerados na seleção de um material

industrial:

Condições de trabalho, podendo ser subdivididas em:

solicitações mecânicas

local de trabalho do material

Assim, uma peça que vai ser submetida a um esforço de tração, tirante, por exemplo,

não poderá ser feita de um material de pequena resistência à tração, como por exemplo de ferro

fundido comum. Os materiais abrasivos, em locais de alta ou baixa temperatura, na presença de

radiações atômicas, em ambiente muito úmido, etc. Assim, uma bomba para ácido sulfúrico deve

ser feita de materiais que não sejam atacados por esse produto.

Na indústria de laticínios os materiais empregados são resistentes à corrosão como

por exemplo o aço inoxidável.

Os tubos de caldeira devem ser de materiais resistentes ao fogo.

Disponibilidade de material: para se escolher um material ele deve ser disponível

em quantidade necessária e também quando desejado para reposição de peças. A escolha do

material não deve ser feita apenas em livros, mas sim nos catálogos de fabricantes.

Custo: por custo entendemos não só o material em bruto como também o dos

processos de fabricação, isto é, o custo total, isto porque um material pode ter preço reduzido mais

implicar em processo de fabricação dispendioso.

Tabela 1: Custo relativo dos materiais de construção mecânica

Materiais Custo

relativo

materiais Custo

relativo

Aço carbono estrutural 1,00 Aço inoxidável tipo 321 13,7

Aço carbono qualificado 1,15 Aço inoxidável tipo 410 6,0

Aço carbono acalmado (Si) 1,25 Ferro fundido 0,95

Aço liga ½ Mo 2,3 Latão de alumínio 7,6

Aço liga 1 ¼ Cr – ½ Mo 3,1 Latão almirantado 7,8

Aço liga 5 Cr – ½ Mo 4,5 Cobre – Níquel 90-10 22,0

Aço liga 3 ½ Ni 3,0 Cobre – Níquel 70-30 27,0

Aço inoxidável tipo 304 8,6 Alumínio 2,5

Aço inoxidável tipo 304L 13,3 Metal Monel 31,8

Aço inoxidável tipo 310 13,5 Titânio 41,0

Aço inoxidável tipo 316 11,1 Incoloy 48,5

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Na comparação dos custos dos materiais, devem ainda ser levados em consideração

os seguintes pontos:

Resistência a corrosão dos diversos materiais. Em um material que seja menos resistente a

corrosão, deverá ser acrescentada uma sobre espessura de sacrifício, aumentando, assim, a

espessura total e o peso do material. Reciprocamente, poderá em muitos casos ser conseguida

uma economia de peso e de custo, com o emprego de um material mais resistente a corrosão,

ainda que mais caro.

Maior ou menor dificuldade de soldagem, pois há materiais que exigem técnicas especiais de

soldagem, tratamentos térmicos e também métodos mais rigorosos mais caros de inspeção das

soldas.

Maior ou menor facilidade de conformação e de trabalho do material.

Necessidade ou não de alívio de tensões após a solda, o que é necessário quando o material a ser

soldado ultrapassa certos valores de espessura, em função do tipo de material que se está

trabalhando.

Aparência: a aparência é importante quando o produto de destina ao grande público.

Assim uma peça de alumínio anodizado é agradável a vista (tampos de panelas, etc.). Já para uma

peça estrutural que está escondida, a aparência não é tão importante.

É em virtude da aparência que se usa niquelados, cromados, materiais plásticos

coloridos, oxidados (armas, ferramentas), partes esmaltadas (porcelanizadas), fundição sob pressão

(zamak, plásticos).

Adaptabilidade para os processos de produção: certos materiais se prestam

melhor que outro para determinados processos de fabricação incluindo ou não tratamentos térmicos,

e assim dependendo do equipamento que dispomos somos conduzidos a escolha de certos materiais

(sapatas de freio de chapas de aço estampadas e soldadas por pontos em lugar de liga de alumínio

fundida).

Forma da peça: em certos casos a forma da peça condiciona o processo de

fabricação e dessa maneira influi indiretamente na escolha do material.

É o caso de um bloco de motor, cujo processo normal de fabricação é a fundição. Já

grandes motores dieesel possuem o bloco fabricado a partir de chapas grossas e perfilados soldados.

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Bibliografia:

1- CHIAVERINI, Vicente – Tecnologia Mecânica

2o edição São Paulo – Ed. McGraw-Hill

2- CHIAVERINI, Vicente – Aços e ferros fundidos

4o edição São Paulo – Associação Brasileira dos Metais

3- SENAI – SP - Tecnologia Mecânica

Curso de Manutenção Mecânica – apostila

Piratini - Catálogo de aços finos