aula 1 = analise de falhas
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Análise de Falhas IndustriaisTRANSCRIPT
Análise de Falhas Aplicada
Análise de Falha - Materiais
Engº Héber SilvaCREA 050572
Análise de Falhas Aplicada
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
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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
Análise de Falhas Aplicada
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 ??
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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
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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.
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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.
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Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para
selecionar um material entre tantos outros?
• 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.
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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
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SELEÇÃO DOS MATERIAIS POR ÍNDICE DE MÉRITO®Ex. Resistência/peso:
Material Aço-liga Ti Al PRFC(alta resist.) (AA7074)
133 170 185 390
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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
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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
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Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para
selecionar um material entre tantos outros?
• 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.
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
• A classificação tradicional dos materiais é geralmente baseada na estrutura atômica e química destes.
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
• Metais• Cerâmicas• Polímeros• Compósitos• Semicondutores• Biomateriais (Mat. Biocompatíveis)
Classificação tradicional
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
• 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
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
• 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
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OS MATERIAS CERÂMICOS NA TABELA PERIÓDICA
Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
• 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
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
• 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
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
• 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..
InP
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
• 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.
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EVOLUÇÃO DA UTLIZAÇÃO DOS MATERIAIS
Figura copiada do material do Prof. Arlindo Silva do Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal
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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.
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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