aula 1 = analise de falhas

Análise de Falhas Aplicada

Análise de Falha - Materiais

Engº Héber SilvaCREA 050572

INTRODUÇÃO

• Ciência dos materiais faz parte do conhecimento básico para todas as engenharias

As propriedades dos materiais definem:• o desempenho de um determinado

componente e o processo de fabricação do mesmo

Propriedades dos Materiais

Composição e Processode Fabricação

Microestrutura

ENGENHAR I A

Análise de Falhas AplicadaFigura copiada do material do Prof. Sidnei Paciornik do

Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio

O número de materiais cresceu muito nas últimas décadas e a tendência é de se

proliferarem mais num futuro próximo

• Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de extração de materiais da natureza

• Modificação de materiais naturais• Combinação de materiais conhecidos para a

formação de novos materiais

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QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ?

COMO ESCOLHER ??

Como definir qual o melhor material para um determinado fim?

Exemplo: Copo• Vidro• Cerâmica• Plástico• Madeira• Metal• Papel

• Custo• Tempo de vida ou

Durabilidade• Aparência• Finalidade: Natureza do

líquido (ex: copo de metal e papel não pode ser usado para café, suco de laranja não pode ser armazenado numa taça antiga de peltre porque remove o Pb da liga)

Depende

Quais os critérios que um engenheiro deve adotar

para selecionar um material entre tantos outros?

• Em primeiro lugar, o engenheiro deve caracterizarquais as condições de operação que serásubmetido o referido material e levantar aspropriedades requeridas para tal aplicação, sabercomo esses valores foram determinados e quais aslimitações e restrições quanto ao uso dos mesmos.

Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para

selecionar um material entre tantos outros?

• A segunda consideração na escolha do materialrefere-se ao levantamento sobre o tipo dedegradação que o material sofrerá em serviço.

• Por exemplo, elevadas temperaturas e ambientescorrosivos diminuem consideravelmente aresistência mecânica.

• Finalmente, a consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica:

Qual o custo do produto acabado??? Um material pode reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo elevadíssimo.

SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO®Ex. Resistência:Material Aço-liga Ti Al PRFC

(alta resist.) (AA7074)

Resist. (MPa) 1000 800 500 700à tração

PRFC= Polímero reforçado com fibra de carbono

SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO®Ex. Resistência/peso:

Material Aço-liga Ti Al PRFC(alta resist.) (AA7074)

133 170 185 390

SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO®Ex. Custo p/Kg/US$:

Material Aço-liga Ti Al PRFC(alta resist.) (AA7074)

0,75 15 3 20

INDÚSTRIA DE PONTA PRODUÇÃO EM MASSA

TIPOS DE INDÚSTRIA - INFLUÊNCIA DOS MATERIAIS

SELEÇÃO CUIDADOSA(FATOR CUSTO SECUNDÁRIO)

SELEÇÃO CUIDADOSA(FATOR CUSTO PRIMORDIAL)

• Grande exigência tecnológica

• Utilização dos mate-riais nos limites

• Produtos nãodiferenciados

• Utilização de materiais abaixo dos limites

Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal

• Em raras ocasiões um material reúne uma combinação ideal de propriedades, ou seja, muitas vezes é necessário reduzir uma em benefício da outra.

• Um exemplo clássico são resistência e ductilidade, geralmente um material de alta resistência apresenta ductilidade limitada. Este tipo de circunstância exige que se estabeleça um compromisso razoável entre duas ou mais propriedades.

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

• A classificação tradicional dos materiais é geralmente baseada na estrutura atômica e química destes.

• Metais• Cerâmicas• Polímeros• Compósitos• Semicondutores• Biomateriais (Mat. Biocompatíveis)

Classificação tradicional

• Metais• Materiais metálicos são geralmente

uma combinação de elementos metálicos.

• Os elétrons não estão ligados a nenhum átomo em particular e por isso são bons condutores de calor e eletricidade

• Não são transparentes à luz visível• Têm aparência lustrosa quando

polidos• Geralmente são resistentes e

deformáveis• São muito utilizados para aplicações

estruturais

• Cerâmicas • Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos e não-metálicos.

• Geralmente são óxidos, nitretos e carbetos

• São geralmente isolantes de calor e eletricidade

• São mais resistêntes à altas temperaturas e à ambientes severos que metais e polímeros

• Com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras, porém frágeis

• Em geral são leves

ALUMINA

OS MATERIAS CERÂMICOS NA TABELA PERIÓDICA

Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais

• Polímeros • Materiais poliméricos são geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não-metálicos.

• São constituídos de moléculas muito grandes (macro-moléculas)

• Tipicamente, esses materiais apresentam baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis

• Materiais poliméricos incluem plásticos e borrachas

• Compósitos• Materiais compósitos são constituídos

de mais de um tipo de material insolúveis entre si.

• Os compósitos são “desenhados” para apresentarem a combinação das melhores características de cada material constituinte

• Muitos dos recentes desenvolvimento em materiais envolvem materiais compósitos

• Um exemplo classico é o compósito de matriz polimérica com fibra de vidro. O material compósito apresenta a resistência da fibra de vidro associado a flexibilidade do polímero

• Semicondutores

• Materiais semicondutores apresentam propriedades elétricas que são intermediárias entre metais e isolantes

• Além disso, as características elétricas são extremamente sensíveis à presença de pequenas quantidades de impurezas, cuja concentração pode ser controlada em pequenas regiões do material (para formar as junções p-n)

• Os semicondutores tornaram possível o advento do circuito integrado que revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores

• Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe..

• Biomateriais • Biomateriais são empregados em componentes para implantes de partes em seres humanos

• Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição).

• Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como biomateriais.

EVOLUÇÃO DA UTLIZAÇÃO DOS MATERIAIS

Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal

MATERIAIS AVANÇADOS

– São materiais utilizados em aplicações de tecnologia de ponta, ou seja, são materias utilizados para a fabricação de dispositivos ou componentes que funcionam ou operam usando princípios sofiscados

– Exemplos destas aplicações incluem: equipamentos eletrônicos (VCRs, CD players, DVDs), computadores, sistemas de fibra óptica, foguetes e mísseis militares, detectores, lasers, displays de cristal líquido, indústria aeroespacial, etc.

– Estes materiais são geralmente materiais tradicionais cujas propriedades são optimizadas ou materiais novos de alto desempenho.

ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE A NECESSIDADE DE MATERIAIS MODERNOS

• Materias que apresentem:- Alto desempenho- Baixo peso e alta resistência- Resistência à altas temperaturas- Desenvolvimento de materiais que sejam

menos danosos ao meio ambiente e mais fáceis de serem reciclados ou regenerados

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