01 metais em geral

7/23/2019 01 Metais Em Geral

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METAIS

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR UFC

Centro de Tecnologia - CT

Curso de Engenharia Civil

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Disciplina de Materiais para Construo Civil II

Professor Aldo de Almeida

Equipe: Felipe Macena

Joo Vitor


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INTRODUO Os metais ocupam uma posio FUNDAMENTALno

desenvolvimento industrial e tecnolgico atual. Metais e suas ligas so a base de importantes segmentos

produtivos (BENS DE CAPITAL, por exemplo). Apesar do impressionante desenvolvimento no campo dos

cermicos e dos polmeros, os materiais metlicos continuaroinsubstituveis em uma ampla gama de aplicaes.

MOTIVO:excepcional combinao de propriedades mecnicas efsicas: PLASTICIDADE. RESISTNCIA. CONDUTIVIDADES ELTRICA E TRMICA.

POSSIBILIDADE DE COMBINAO SOB A FORMA DE LIGAS.

LIGAS ESTUDADAS ATUALMENTE:8.000sistemas. LIGAS AINDA POR ESTUDAR: 8x1025 (considerando-se apenas 86 elementos

qumicos).


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USO DOS DIFERENTES MATERIAIS NO DECORRER DO TEMPO

LIGAS ESTUDADAS ATUALMENTE:8.000sistemas. LIGAS AINDA POR ESTUDAR: 8x1025 (considerando-se apenas 86 elementos

qumicos).


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CLASSIFICAO DAS LIGAS METLICASLIGAS

METLICAS

FERROSAS NO-FERROSAS

AOS FERROS FUNDIDOS


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LIGAS FERROSAS Tm o ferro como principal constituinte:

AOS: teores de carbono de 0,008 a 2,11%,contendo outros elementos residuais do processo

de produo. AO-CARBONO. AO-LIGA.

FERROS FUNDIDOS: teores de carbono acima de

2,11%. BRANCO. CINZENTO. DCTIL. MALEVEL.


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APLICAES DO AO H um crescimento da demanda de ao medida que

um pas se desenvolve.

O consumo anualper capitade ao um FORTEINDICADOR DO DESENVOLVIMENTO ECONMICO DE UMANAO.

O ao tem utilizao em:

OBRAS DE INFRA-ESTRUTURA.

TRANSPORTE. AGRICULTURA.

EDIFICAES.

BENS DE CONSUMO DURVEIS.


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APLICAES DO AO: UTILIDADES

DOMSTICAS Empregado em restaurantes, cozinhas industriais,

hospitais, laboratrios, empresas em geral e nas casasdas pessoas, tem a resistncia necessria para os maisvariados usos em forma de utenslios domsticos.

Propriedades do ao: Resistncia a baixas e altas temperaturas.

Superfcie que no permite o acmulo de resduos. Composio qumica que o impede de descascar. Baixo custo de manuteno. Longa durabilidade.


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APLICAES DO AO: TRANSPORTE

O aoest presente nos carros, caminhes,nibus, contineres, trens, metrs, navios,bicicletas e motocicletas.

NavioCaminho


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APLICAES DO AO: CONSTRUO

CIVIL Pode estar presente como parte das obras ou

como material principal. O sistema construtivo em ao permite:

Liberdade no projeto de arquitetura. Compatibilidade com outros materiais. Menor prazo de execuo. Alvio de carga nas fundaes, Preciso construtiva.

Alm de ser 100%reciclvel.

Ponte Golden Gate nos EUA


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APLICAES DO AO: ENERGIA

O ao FUNDAMENTALna produo edistribuio de energia de um pas.

usado em:

Usinas hidreltricas, termeltricas e

nucleares. Torres de transmisso.

Transformadores.

Cabos eltricos.

Plataformas. Equipamentos de prospeco e

extrao de petrleo.

Perfuratrizes, esteiras e caambas dasminas de carvo.

Motor eltrico

Gasoduto

Torre de transmisso

Plataforma petrolfera


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LIGAS NO-FERROSAS

Limitaes dos aos e outras ligas ferrosas: Densidade relativamente alta. Baixa resistncia corroso.

As ligas no-ferrosas so classificadas de acordo com o METAL BSICOou com alguma CARACTERSTICA COMUM: LIGAS DE COBRE.

LIGAS DE ALUMNIO. METAIS REFRATRIOS. SUPER LIGAS etc.


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PROPRIEDADES MECNICAS Quando em servio, os componentes mecnicos de estruturas esto

submetidos ao de esforos ou cargas. O projeto adequado desses componentes exige o conhecimento do

COMPORTAMENTO MECNICO ou das PROPRIEDADES MECNICASdos materiais de que so fabricados.

Algumas propriedades mecnicas importantes:

RESISTNCIA MECNICA ( TRAO, COMPRESSO, TORO, FLEXO).

DUCTILIDADE.

As propriedades mecnicas dos materiais so determinadas atravs

de ensaios ou experimentos de laboratrio, cuidadosamenteelaborados.

Sociedades tcnicas como a ASTMe a SAEamericanas, a DINaleme a ABNTbrasileira estabelecem as normas de execuo dessesensaios.

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Os ensaios mecnicos levam em considerao:

O TIPO DE ESFORO APLICADO. Pode ser: TRAO. COMPRESSO. CISALHAMENTO. TORO.

MODO DE APLICAO DO ESFORO:as cargaspodem ser CONSTANTES ou VARIARao longo dotempo.

O TEMPO DE APLICAO DA CARGA:desdeFRAES DE SEGUNDOSat ANOS.

CONDIES AMBIENTAIS: temperatura, tipo de

atmosfera.


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ENSAIO DE TRAO

Permite a avaliao de diversas propriedadesmecnicas importantes dos materiais.

Utiliza um corpo de prova PADROou produtos

de forma adequada (fios, barras, chapasdelgadas). um ensaio DESTRUTIVO(o corpo de prova

deformado de modo permanente ou levado a

ruptura).

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ENSAIO DE TRAO: TENSO E

DEFORMAO TENSO DE ENGENHARIA ():

Onde

F:carga instantnea aplicadaperpendicularmente rea da seo reta docorpo (N, kgf, lbf).

A0:rea da seo reta inicial (m2, mm2, pol2).

DEFORMAO DE ENGENHARIA ():

Onde:

l0:comprimento inicial do corpo.

lf:comprimento final do corpo.

l:alongamento. 12

psikgf/mmMPa,A

F

2

0

,

00

0

l

l

l

llf

psi = pounds per square

inch, libra-fora porpolegada quadrada


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ENSAIO DE COMPRESSO

Execuo semelhante do ensaio de trao. H um ENCURTAMENTOdo corpo de prova (lf E2

1 2

Material 1 MAIS

RGIDO.


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MDULO DE ELASTICIDADE X

TEMPERATURA

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Quando um corpo de prova tracionado, (direo z, por exemplo)alm do alongamento ao longo do eixo de aplicao da carga, huma CONSTRIOnas direes laterais (no caso, em xe y),perpendiculares tenso aplicada.

Se o material ISOTRPICO, x

= y. O COEFICIENTE DE POISSON () uma

importante propriedade elstica dosmateriais, definido como a RAZOENTRE AS DEFORMAES LATERAL

E AXIAL, ou:

Para muitos metais e ligas, 0,25 0,35.

COEFICIENTE DE POISSON ()

23

z

y

z

x


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DEFORMAO PLSTICA

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PERMANENTE: quando o esforo aplicado removido, o corpoNOretorna sua forma original.

Tem incio quando ultrapassada a FASE ELSTICAdo materialsob deformao. Para a maioria dos materiais metlicos, o regimeelstico persiste at 0,005.

A plasticidade do material de grande importncia prtica, pois: fundamental o seu conhecimento para projetos em que o

material utilizado na fabricao de elementos estruturais, osquais NO DEVEM SE DEFORMAR PLASTICAMENTEsob a aodos esforos mecnicos aos quais a estrutura estar submetida.


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ESCOAMENTO E LIMITE DE

ESCOAMENTO ESCOAMENTO:incio da deformao plstica.

muito importante o conhecimento da tenso em que se inicia adeformao plstica, denominada TENSO DE ESCOAMENTO.

A transio elstico-plstico pode ser GRADUAL: o incio do escoamento pode ser determinado pelo:

LIMITE DE PROPORCIONALIDADE:ponto onde a curva tenso-deformao seafasta da linearidade. de difcil determinao.

LIMITE DE ESCOAMENTO CONVENCIONAL: tenso que provoca deformaoplstica de 0,002.

DESCONTNUA:o escoamento ntido, marcado pelo LIMITE DEESCOAMENTO SUPERIORe LIMITE DE ESCOAMENTO INFERIOR.Fenmeno observado em alguns aos.

A TENSO LIMITE DE ESCOAMENTO REPRESENTA A RESISTNCIA DOMATERIAL DEFORMAO PLSTICA.

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O FENMENO DO ESCOAMENTO

Deformao

Elstico Plstico

Tenso

0,002

P

Deformao

Tenso

Limite de escoamentosuperior

Limite de escoamentoinferior

e

e


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LIMITE DE RESISTNCIA TRAO Aps o incio da deformao plstica (ESCOAMENTO)a tenso

necessria para continuar deformando o material aumenta at umvalor mximo, o LIMITE DE RESISTNCIA TRAO (LRT).

O limite de resistncia trao a tenso no ponto MXIMOda

curva tenso x deformao. O LRTcorresponde a MAIOR TENSO que uma estrutura pode

suportar sob trao, SEM FRATURAR. At esse ponto, a rea da seo transversal do corpo de prova se

deforma de modo uniforme ao longo do seu comprimento. Quando a tenso do ensaio atinge o LRT, h uma reduo localizada

da seo transversal do corpo de prova, ou EMPESCOAMENTO ouESTRICO.

O LRTpode variar desde 50 MPa, para o alumnio, at 3.000 MPa,para aos de elevada resistncia.

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Limite de resistncia trao

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Deformao

Tenso

LRT

F

M


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DUCTILIDADE

uma medida do grau de deformao plstica suportado at a fratura. MATERIAL FRGIL:suporta muito pouca ou nenhuma deformao plstica. MEDIDAS DE DUCTILIDADE:

ALONGAMENTO PERCENTUAL APS A RUPTURA (%AL):

Onde lf:comprimento aps a ruptura.l0:comprimento inicial do corpo de prova.

REDUO DE REA APS A RUPTURA (%RA):

Onde Af:rea da seo reta aps a ruptura.A0:rea inicial da seo reta do corpo de prova.

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100AL%

0

0

l

llf

100RA%

0

0

A

AA f


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MATERIAIS FRGEIS X MATERIAIS DCTEIS

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Representao esquemtica do comportamento tenso xdeformao de materiais frgeis e dcteis.


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Capacidade do material absorver energia na regio elstica e depoisdevolv-la, com o descarregamento.

MDULO DE RESILINCIA (Ur):energia por unidade de volume (J/m3)necessria para deformar o material desde o estado de tenso nula at oseu limite de escoamento. igual REA SOB A CURVA AT O LIMITE

DE ESCOAMENTO.

SE A REGIO ELSTICA LINEAR:

MATERIAIS RESILIENTES: ELEVADO LIMITE DE ESCOAMENTO. BAIXO MDULO DE ELASTICIDADE.

RESILINCIA

37

3r

J/mU

e

d0

0,002

e

e

ee

2

1

Ur 2EE2

1

Ur

2

ee

e


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Capacidade do material absorver energia at a sua fratura. CARREGAMENTO ESTTICO: representada pela rea abaixo do

diagrama tenso x deformao. CARREGAMENTO DINMICO COM ENTALHE: representada pela

energia absorvida no ensaio de impacto. MATERIAL TENAZ:

RESISTNCIA ELEVADA. DUCTILIDADE ELEVADA.

TENACIDADE

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TENSO VERDADEIRA E

DEFORMAO VERDADEIRA TENSO VERDADEIRA (V):

Onde:F:carga instantnea.Ai:rea da seo reta instantnea do corpo de prova.

DEFORMAO VERDADEIRA (V):

Onde:li:comprimento instantneo do corpo de prova.l0:comprimento inicial do corpo de prova. 39

iA

F

v

iv l

l l

dld

l

dld

00

V

0

lnl

li

V

0

lnl

li

V


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Tenso verdadeira e deformao

verdadeira Comportamento tenso-deformao verdadeira e tenso-deformao de engenharia em trao. Os pontos Me Mcorrespondem ao incio do empescoamento.

Para alguns metais e ligas, a seguinte relao vlida at o inciodo empescoamento:

Onde Ke n(expoente de encruamento) so constantes quedependem do material e da sua condio.

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Deformao

Tenso

Engenharia

Corrigida

Verdadeira

nKVV


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RECUPERAO ELSTICA DURANTE

A DEFORMAO PLSTICA

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DUREZA Resistncia do material deformao plstica localizada ou

penetrao. ESCALA DE MOHS: primeira escala de dureza, baseada na

capacidade de um material riscar outro mais macio. Varia de 1(talco)at 10 (diamante). empregada pelo mineralogistas.

A dureza dos metais determinada atravs de ENSAIOS DE

DUREZA, emque um penetrador forado contra a superfcie daamostra a ser testada, medindo-se a seguir o tamanho ou aprofundidade da impresso resultante. O equipamento utilizado o DURMETRO.

Os ensaios de dureza so os mais realizados pois: So simples e baratos. No so destrutivos. Permitem que se estime outras propriedades mecnicas

importantes. Ensaios de dureza mais importantes: ROCKWELL, BRINELL e

VICKERS. 45


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FATORES DE PROJETO/SEGURANA

Devido s INCERTEZAS DE PROJETO(magnitude das cargas aplicadas,nveis de tenso existentes nas condies de servio), introduzem-seFOLGASDE PROJETOcomo medida de segurana.

Essa folga estabelecida ao se definir: TENSO DE PROJETO, P:

Onde N um fator maior que a unidade e C a tenso calculada.

TENSO ADMISSVEL ouTENSO DE TRABALHO,

t:

Ondee o limite de escoamento do material e N o FATOR DE

SEGURANA (N > 1).53

CP 'N

N

e

t


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REFERNCIAS

CALLISTER, William D. Cincia e Engenharia de Materiais: Uma introduo.

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