ensaiar é preciso

ESCOLA BAHIANA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

Ensaiar é preciso!Introdução

Como você se sentiria se a chave que acabou de mandar fazer quebrasse ao dar a primeira volta na fechadura? Ou se a jarra de vidro refratário que a propaganda diz que pode ir do fogão ao freezer trincasseao ser enchida com água fervente? Ou ainda, se o seu guarda-chuva virasse ao contrário em meio a um temporal?

É. Hoje em dia ninguém se contenta com objetos que apresentem esses resultados. Mas por longo tempo essa foi a única forma de avaliar a qualidade de um produto!

Nos séculos passados, como a construção dos objetos era essencialmente artesanal, não havia um controle de qualidade regular dos produtos fabricados. Avaliava-se a qualidade de uma lâmina de aço, a dureza de um prego, a pintura de um objeto simplesmente pelo próprio uso.

Um desgaste prematuro que conduzisse à rápida quebra da ferramenta era o método racional que qualquer um aceitava para determinar a qualidade das peças, ou seja, a análise da qualidade era baseada no comportamento do objeto depois de pronto.

O acesso a novas matérias-primas e o desenvolvimento dos processos de fabricação obrigaram à criação de métodos padronizados de produção, em todo o mundo. Ao mesmo tempo, desenvolveram-se processos e métodos de controle de qualidade dos produtos.

Atualmente, entende-se que o controle de qualidade precisa começar pela matéria-prima e deve ocorrer durante todo o processo de produção, incluindo a inspeção e os ensaios finais nos produtos acabados.

Nesse quadro, é fácil perceber a importância dos ensaios de materiais: é por meio deles que se verifica se os materiais apresentam as propriedades que os tornarão adequados ao seu uso.

Que propriedades são essas, que podem ser verificadas nos ensaios?

É possível que você já tenha analisado algumas delas ao estudar o módulo Materiais ou mesmo em outra oportunidade.

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A U L A Mesmo assim, é bom refrescar a memória, para entender com mais facilidade os assuntos que virão. Ao terminar o estudo desta aula, você conhecerá algumas propriedades físicas e químicas que os materiais precisam ter para resistirem às solicitações a que serão submetidos durante seu tempo de vida útil. Saberá quais são os tipos de ensaios simples que podem ser realizados na própria oficina, sem aparatos especiais. E ficará conhecendo também como se classificam os ensaios em função dos efeitos que causam nos materiais testados.

Para que servem os ensaios

Se você parar para observar crianças brincando de cabo-de-guerra, ou uma dona de casa torcendo um pano de chão, ou ainda um ginasta fazendo acrobacias numa cama elástica, verá alguns exemplos de esforços a que os materiais estão sujeitos durante o uso.

Veja a seguir a representação esquemática de alguns tipos de esforços que afetam os materiais.

É evidente que os produtos têm de ser fabricados com as características necessárias para suportar esses esforços. Mas como saber se os materiais apresentam tais características?

Realizando ensaios mecânicos! Os ensaios mecânicos dos materiais são procedimentos padronizados que compreendem testes, cálculos, gráficos e consultas a tabelas, tudo isso em conformidade com normas técnicas.

Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto já fabricado ou um material que vai ser processado industrialmente a situações que simulam os esforços que eles vão sofrer nas condições reais de uso, chegando a limites extremos de solicitação.

A U L A Onde são feitos os ensaios

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Os ensaios podem ser realizados na própria oficina ou em ambientes especialmente equipados para essa finalidade: os laboratórios de ensaios.

Os ensaios fornecem resultados gerais, que são aplicados a diversos casos, e devem poder ser repetidos em qualquer local que apresente as condições adequadas.

São exemplos de ensaios que podem ser realizados na oficina:

Ensaio por lima - É utilizado para verificar a dureza por meio do corte do cavaco.

Quanto mais fácil é retirar o cavaco, maismole o material. Se a ferramenta desliza e

não corta, podemos dizer que o material é duro.

Ensaio pela análise da centelha - É utilizado para fazer a classificação do teor de carbono de um aço, em função da forma das centelhas que o material emite ao ser atritado num esmeril.

Por meio desses tipos de ensaios não se obtêm valores precisos, apenas conhecimentos de características específicas dos materiais.

Os ensaios podem ser realizados em protótipos, no próprio produto final ou em corpos de prova e, para serem confiáveis, devem seguir as normas técnicas estabelecidas.

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A U L A Imagine que uma empresa resolva produzir um novo tipo de tesoura, com lâmina de aço especial. Antes de lançar comercialmente o novo produto, o fabricante quer saber, com segurança, como será seu comportamento na prática.

Para isso, ele ensaia as matérias-primas, controla o processo de fabricação e produz uma pequena quantidade dessas tesouras, que passam a ser os protótipos. Cada uma dessas tesouras será submetida a uma série de testes que procurarão reproduzir todas as situações de uso cotidiano. Por exemplo, o corte da tesoura pode ser testado em materiais diversos, ou sobre o mesmo material por horas seguidas. Os resultados são analisados e servem como base para o aperfeiçoamento do produto. Os ensaios de protótipos são muito importantes, pois permitem avaliar se o produto testado apresenta características adequadas à sua função. Os resultados obtidos nesses testes não podem ser generalizados, mas podem servir de base para outros objetos que sejam semelhantes ou diferentes.

Já os ensaios em corpos de provas, realizados de acordo com as normas técnicas estabelecidas, em condições padronizadas, permitem obter resultados de aplicação mais geral, que podem ser utilizados e reproduzidos em qualquer lugar.

Propriedades dos materiais

Todos os campos da tecnologia, especialmente aqueles referentes à construção de máquinas e estruturas, estão intimamente ligados aos materiais e às suas propriedades.

Tomando como base as mudanças que ocorrem nos materiais, essas propriedades podem ser classificadas em dois grupos:

físicas;

químicas.

Se colocamos água fervente num copo descartável de plástico, o plástico amolece e muda sua forma. Mesmo mole, o plástico continua com sua composição química inalterada. A propriedade de sofrer deformação sem sofrer mudança na composição química é uma propriedade física.

Por outro lado, se deixarmos uma barra de aço-carbono (ferro + carbono) exposta ao tempo, observaremos a formação de ferrugem (óxido de ferro: ferro + oxigênio). O aço-carbono, em contato com o ar, sofre corrosão, com mudança na sua composição química. A resistência à corrosão é uma propriedade química.Entre as propriedades físicas, destacam-se as propriedades mecânicas, quese referem à forma como os materiais reagem aos esforços externos, apresentando deformação ou ruptura.

Quando você solta o pedal da embreagem do carro, ele volta à posição de origem graças à elasticidade da mola ligada ao sistema acionador do pedal.

Protótipo é a versão preliminar de um produto, produzida em pequena quantidade, e utilizada durante a fase de testes.Corpo de prova é uma amostra do material que se deseja testar, com dimensões e forma especificadas em normas técnicas.

A elasticidade é um exemplo de propriedade mecânica. Pode ser definida como a capacidade que um material tem de retornar à sua forma e dimensões originais quando cessa o esforço que o deformava.

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A estampagem de uma chapa de aço para fabricação de um capô de automóvel, por exemplo, só é possível em materiais que apresentem plasticidade suficiente. Plasticidade é a capacidade que um material tem de apresentar deformação permanente apreciável, sem se romper.

Uma viga de uma ponte rolante deve suportar esforços de flexão sem se romper. Para tanto, é necessário que ela apresente resistência mecânica suficiente. Resistência mecânica é a capacidade que um material tem de suportar esforços externos (tração, compressão, flexão etc.) sem se romper.

A U L APara determinar qualquer dessas propriedades é necessário realizar um

ensaio específico.

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Existem vários critérios para classificar os ensaios mecânicos. A classificação que adotaremos neste módulo agrupa os ensaios em dois blocos:

· ensaios destrutivos; · ensaios não destrutivos.

Ensaios destrutivos são aqueles que deixam algum sinal na peça ou corpo de prova submetido ao ensaio, mesmo que estes não fiquem inutilizados.

Os ensaios destrutivos abordados nas próximas aulas deste módulo são:

tração · compressão · cisalhamento · dobramento · flexão · embutimento · torção · dureza · fluência · fadiga · impacto

Ensaios não destrutivos são aqueles que após sua realização não deixam nenhuma marca ou sinal e, por conseqüência, nunca inutilizam a peça ou corpo de prova. Por essa razão, podem ser usados para detectar falhas em produtos acabados e semi-acabados.

Os ensaios não destrutivos tratados nas aulas deste módulo são:

· visual · líquido penetrante · partículas magnéticas · ultra-som · radiografia industrial

Nas próximas aulas você receberá informações detalhadas sobre cada um desses tipos de ensaio. Por ora, resolva os exercícios a seguir, para verificar se os assuntos aqui tratados ficaram bem entendidos.

Ensaio de tração:cálculo da tensão

IntroduçãoL A

A U L AVocê com certeza já andou de elevador, já observou uma carga sendo elevada por um guindaste ou

viu, na sua empresa, uma ponte rolante transportando grandes cargas pra lá e pra cá. Além das grandes

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cargas movimentadas nessas situações, um outro fato certamente chama a sua atenção: são os cabos de aço usados nesses equipamentos!

Você faz idéia do esforço que esses cabos têm de agüentar ao deslocar estas cargas? Sabe como se chama esse esforço e como ele é calculado? Sabe que a determinação deste tipo de esforço e a especificação das dimensões de cabos estão entre os problemas mais freqüentemente encontrados no campo da Mecânica?

Tanto o superdimensionamento como o subdimensionamento de produtos podem trazer conseqüências graves: o primeiro porque gera desperdíciode material, maior consumo de energia e baixo desempenho; o segundoporque o produto vai falhar e, além do prejuízo, pode causar sérios acidentes,com danos irreparáveis.

Essas considerações servem para ilustrar o quanto é importante conhecer a resistência dos materiais, que pode ser avaliada pela realização de ensaios mecânicos. O ensaio mecânico mais importante para a determinação da resistência dos materiais é o ensaio de tração.

Se você está interessado em aprofundar seus conhecimentos sobre esses assuntos, está no caminho certo. Nesta aula você terá oportunidade de conhecer as unidades de medida usadas nos ensaios mecânicos de tração. Ficará sabendo o que se entende por tensão e deformação. E aprenderá a fórmula para calculara tensão a que estão submetidos os materiais durante o uso. Fique com a gente!

Para que servem os ensaios de tração

Como você já sabe, as propriedades mecânicas constituem uma das características mais importantes dos metais em suas várias aplicações na engenharia, visto que o projeto e a fabricação de produtos se baseiam principalmente no comportamento destas propriedades.

A U L AA determinação das propriedades mecânicas dos materiais é obtida por meio de ensaios mecânicos, realizados no próprio produto ou em corpos de prova de dimensões e formas especificadas, segundo procedimentos padroniza-dos por normas brasileiras e estrangeiras.

Fique por dentro

O corpo de prova é preferencialmente utilizado quando o resultado do ensaio precisa ser comparado com especificações de normas internacionais.

O ensaio de tração consiste em submeter o material a um esforço que tende a alongá-lo até a ruptura. Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio.

No ensaio de tração o corpo é deformado por alongamento, até o momento em que se rompe. Os ensaios de tração permitem conhecer como os materiais reagem aos esforços de tração, quais os limites de tração que suportam e a partir de que momento se rompe.

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Antes da ruptura, a deformação.

Imagine um corpo preso numa das extremidades, submetido a uma força, como na ilustração ao lado. Quando esta força é aplicada na direção do eixo longitudinal, dizemos que se trata de uma força axial. Ao mesmo tempo, a força axial é perpendicular à seção transversal do corpo.

Observe novamente a ilustração anterior. Repare que a força axial está dirigida para fora do corpo sobre o qual foi aplicada. Quando a força axial está dirigida para fora do corpo, trata-se de uma força axial de tração.

A aplicação de uma força axial de tração num corpo preso produz uma deformação no corpo, isto é, um aumento no seu comprimento com diminuição da área da seção transversal.

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Este aumento de comprimento recebe o nome de alongamento. Veja o efeito do alongamento num corpo submetido a um ensaio de tração.

Na norma brasileira, o alongamento é representado pela letra A e é calculado subtraindo-se o comprimento inicial do comprimento final e dividindo-se o resultado pelo comprimento inicial.

Em linguagem matemática, esta afirmação pode ser expressa pela seguinte igualdade:

Sendo que Lo representa o comprimento inicial antes do ensaio e Lf representa o comprimento final após o ensaio.

Suponha que você quer saber qual o alongamento sofrido por um corpo de 12 mm que, submetido a uma força axial de tração, ficou com 13,2 mm de comprimento.

Aplicando a fórmula anterior, você fica sabendo que:

A unidade mm / mm indica que ocorre uma deformação de 0,1 mm por 1 mm de dimensão do material.

Pode-se também indicar a deformação de maneira percentual. Para obter a deformação expressa em porcentagem, basta multiplicar o resultado anterior por 100.

No nosso exemplo: A = 0,1 mm / mm x 100 = 10%.

E agora, que tal você tentar?

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Verificando o entendimento

Escreva na forma percentual o valor da deformação correspondente a 0,2 cm/cm.

Resposta: ..............................................

A U L A A resposta correta é 20%. Você deve ter chegado a este valor multiplicando 0,2 por 100.

Há dois tipos de deformação, que se sucedem quando o material é submetido a uma força de tração: a elástica e a plástica.

· Deformação elástica: não é permanente. Uma vez cessados os esforços, a matéria volta à sua forma original.

· Deformação plástica: é permanente. Uma vez cessados os esforços, o material recupera a deformação elástica, mas fica com uma deformação residual plástica, não voltando mais à sua forma original.

Tensão de tração: o que é e como é medida

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A força de tração atua sobre a área da seção transversal do material. Tem-se assim uma relação entre essa força aplicada e a área do material que está sendo exigida, denominada tensão. Neste módulo, a tensão será representada pela letra T.

Em outras palavras:Tensão (T) é a relação entre uma força (F) e uma unidade de área (S):

DicaPara efeito de cálculo da tensão suportada por um material, considera-se como área útil da seção

deste material a soma das áreas de suas partes maciças. Por exemplo: um cabo metálico para elevação de pesos, cuja área da seção é de 132,73 mm2, composto por 42 espiras de 1,2 mm2 , tem como área útil

50,4mm2

A A unidade de medida de força adotada pelo Sistema Internacional de Unidades (SI) é o newton (N).

Fique por dentroA unidade quilograma-força (kgf) ainda é usada no Brasil porque a maioria das máquinas disponíveis

possui escalas nesta unidade. Porém, após a realização dos ensaios, os valores de força devem ser convertidos para newton (N).

A

unidade de medida de área é o metro quadrado (m2 ). No caso da medida de tensão, é mais freqüentemente usado seu submúltiplo, o milímetro quadrado (mm2 ).

Assim, a tensão é expressa matematicamente como:

Fique por dentroDurante muito tempo, a tensão foi medida em kgf/mm2 ou em psi (pound square inch, que quer dizer:

libra por polegada quadrada).

Com adoção do Sistema Internacional de Unidades (SI) pelo Brasil, em 1978, essas unidades foram substituídas pelo pascal (Pa). Um múltiplo dessa unidade, o megapascal (MPa), vem sendo utilizado por um

número crescente de países, inclusive o Brasil.

Veja no quadro de conversões a seguir a correspondência entre essas unidades de medida.

1N = 0,102 kgf 1kgf = 0,454 Ib = 9,807 1MPa = 1 N / mm2 = 0,102 kgf / mm2

1 kgf / mm2 = 1422,27 psi = 9,807 MPa = 9,807 N/ mm211


Que tal parar e aplicar o que foi visto? Então, resolva o exercício a seguir.


Sabendo que a tensão sofrida por um corpo é de 20 N/mm2 , como você expressa esta mesma medida em MPa?

Para dar sua resposta, consulte o quadro de conversões, se achar necessário.

Resposta: ..............................................

A Se você interpretou corretamente o quadro de conversões, sua resposta deve ter sido 20 MPa.

Para matar a curiosidade, veja a conversão desta mesma medida para:

Kgf / mm2 → se 1 MPa = 0,102 kgf / mm2, então: 20MPa = kgf / mm2

e para:

psi → se 1 kg / mm2 = 1422,27 psi, então 2,04 kgf / mm2 = 2901,4308 psi

Calculando a tensão

Um amigo, que está montando uma oficina de manutenção mecânica, pediu sua ajuda para calcular a tensão que deve ser suportada por um tirante de aço de 4 mm2 de seção, sabendo que o material estará exposto a uma força de 40 N.

Simples, não é mesmo? Sabendo qual a força aplicada (F = 40 N) e qual a área da seção do tirante (S = 4 mm2), basta aplicar a fórmula:

Portanto, a tensão que o cabo deverá suportar é de 10 N / mm2 . Mas, se seu amigo quiser saber a resposta em megapascal, o resultado será 10 MPa.

Muito bem! Por ora, se todos os assuntos apresentados ficaram claros, já está mais que bom. Antes de passar para o estudo da próxima aula, resolva os exercícios a seguir para ter certeza de que tudo que foi visto nesta aula não apresenta mais mistérios para você.

Ensaio de tração:propriedades

mecânicas avaliadasIntrodução

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Nos tempos em que moleque que era moleque brincava com estilingue, qualquer um sabia, na prática, como escolher o material para fazer a atiradeira. Mas se você não for daquela época, arranje um elástico, desses comuns, e siga os procedimentos sugeridos a seguir.

Segure o elástico com as duas mãos, uma em cada ponta, como mostra a ilustração.

Depois, mantendo um dos lados fixos, vá aplicando, vagarosamente, uma força de tração do lado oposto. Pare de aplicar a força por um instante. Observe como o elástico tende a retornar à sua forma original quando a força é aliviada. Volte a tracionar um dos lados. Veja que, ao mesmo tempo em que o elástico vai se alongando, sua seção se estreita. Agora não tem mais jeito! Mesmo que você pare de tracionar, o elástico não volta mais à forma original. Continue tracionando mais um pouco. Epa! O elástico se rompeu. Você está com dois pedaços, um em cada mão. Juntando os dois pedaços você notará que eles estão maiores que o pedaço original.

Isso que você acabou de fazer pode ser considerado uma forma rudimentar de ensaio de tração. Quando o ensaio de tração é realizado num laboratório, com equipamento adequado, ele permite registrar informações importantes para o cálculo de resistência dos materiais a esforços de tração e, conseqüentemente, para projetos e cálculos de estruturas. Algumas informações são registradas durante a realização do ensaio e outras são obtidas pela análise das características do corpo de prova após o ensaio.

Os dados relativos às forças aplicadas e deformações sofridas pelo corpo de prova até a ruptura permitem traçar o gráfico conhecido como diagrama tensão-deformação.

Nesta aula você aprenderá a interpretar o diagrama tensão-deformação e ficará sabendo quais as propriedades determinadas no ensaio de tração: limite elástico ou de proporcionalidade, limite de escoamento, limite de resistência, limite de ruptura e estricção.

Esqueça o estilingue. Jogue fora seu elástico, se é que já não o fez, e estique o olho nesta aula. Você vai ficar sabendo muita coisa interessante!

Diagrama tensão-deformação

Quando um corpo de prova é submetido a um ensaio de tração, a máquina de ensaio fornece um gráfico que mostra as relações entre a força aplicada e as deformações ocorridas durante o ensaio.

Mas o que nos interessa para a determinação das propriedades do material ensaiado é a relação entre tensão e deformação.

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Você já sabe que a tensão (T) corresponde à força (F) dividida pela área da seção (S) sobre a qual a força é aplicada. No ensaio de tração convencionou-se que a área da seção utilizada para os cálculos é a da seção inicial (So).

Assim, aplicando a fórmula.

Podemos obter os valores de tensão para montar um gráfico que mostre as relações entre tensão e deformação.

Este gráfico é conhecido por diagrama tensão-deformação.

Os valores de deformação, representados pela letra grega minúscula e (epsílon), são indicados no eixo das abscissas (x) e os valores de tensão são indicados no eixo das ordenadas (y).

A curva resultante apresenta certas características que são comuns a diversos tipos de materiais usados na área da Mecânica.

Analisando o diagrama tensão-deformação passo a passo, você vai ficar conhecendo cada uma das propriedades que ele permite determinar. A primeira delas é o limite elástico.

Limite elástico

Observe o diagrama a seguir. Note que foi marcado um ponto A no final da parte reta do gráfico. Este ponto representa o limite elástico.

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O limite elástico recebe este nome porque, se o ensaio for interrompido antes deste ponto e a força de tração for retirada, o corpo volta à sua forma original, como faz um elástico.

Na fase elástica os metais obedecem à lei de Hooke. Suas deformações são diretamente proporcionais às tensões aplicadas.

Exemplificando: se aplicarmos uma tensão de 10 N / mm2 e o corpo de prova se alongar 0,1%, ao aplicarmos uma força de 100 N mm2 o corpo de prova se alongará 1%.

DicaEm 1678, sir Robert Hooke descobriu que uma mola tem sempre a deformação (ε) proporcional à

tensão aplicada (T), desenvolvendo assim a constante da mola (K), ou lei de Hooke, onde K = T/ε.Módulo de elasticidade

Na fase elástica, se dividirmos a tensão pela deformação, em qualquer ponto, obteremos sempre um valor constante. Este valor constante é chamado módulo de elasticidade.

A expressão matemática dessa relação é:

Onde E é a constante que representa o módulo de elasticidade.

O módulo de elasticidade é a medida da rigidez do material. Quanto maior for o módulo, menor será a deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão e mais rígida será o material. Esta propriedade é muito importante na seleção de materiais para fabricação de molas.

Limite de proporcionalidade

Porém, a lei de Hooke só vale até um determinado valor de tensão, denominado limite de proporcionalidade, que é o ponto representado no gráfico a seguir por A’, a partir do qual a deformação deixa de ser proporcional à carga aplicada.

Na prática, considera-se que o limite de proporcionalidade e o limite de elasticidade são coincidentes.

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Escoamento

Terminada a fase elástica, tem início a fase plástica, na qual ocorre uma deformação permanente no material, mesmo que se retire a força de tração.

No início da fase plástica ocorre um fenômeno chamado escoamento. O escoamento caracteriza-se por uma deformação permanente do material sem que haja aumento de carga, mas com aumento da

velocidade de deformação. Durante o escoamento a carga oscila entre valores muito próximos uns dos outros

Limite de resistência

Após o escoamento ocorre o encruamento, que é um endurecimento causado pela quebra dos grãos que compõem o material quando deformados a frio. O material resiste cada vez mais à tração externa, exigindo uma tensão cada vez maior para se deformar.

Nessa fase, a tensão recomeça a subir, até atingir um valor máximo num ponto chamado de limite de resistência (B).

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Para calcular o valor do limite de resistência (LR), basta aplicar a fórmula:

Limite de ruptura

Continuando a tração, chega-se à ruptura do material, que ocorre num ponto chamado limite de ruptura (C).

Note que a tensão no limite de ruptura é menor que no limite de resistência, devido à diminuição da área que ocorre no corpo de prova depois que se atinge a carga máxima.

Agora você já tem condições de analisar todos esses elementos representados num mesmo diagrama de tensão-deformação, como na figura a seguir.

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Estricção

É a redução percentual da área da seção transversal do corpo de prova na região onde vai se localizar a ruptura.

A estricção determina a ductilidade do material. Quanto maior for a porcentagem de estricção, mais dúctil será o material.

Por ora é suficiente. Que tal descansar um pouco para assentar as idéia e depois retomar o estudo resolvendo os exercícios propostos a seguir? Se tiver alguma dificuldade, faça uma revisão dos assuntos tratados nesta aula antes de prosseguir.

Ensaio de tração:procedimentosnormalizados

Introdução

Hoje em dia é comum encontrar uma grande variedade de artigos importados em qualquer supermercado e até mesmo em pequenas lojas de bairro: são produtos eletrônicos japoneses, panelas antiaderentes francesas, utilidades domésticas com o inconfundível design italiano e uma infinidade de quinquilharias fabricadas pelos chineses. Isso sem contar os veículos americanos, coreanos, russos etc., que de uma hora para outra invadiram nossas ruas e estradas. Por outro lado, os setores exportadores brasileiros também vêm conquistando espaço no comércio internacional.

A crescente internacionalização do comércio de produtos põe em destaque a importância da normalização dos ensaios de materiais. Qualquer que seja a procedência do produto, os testes pelos quais ele passou em seu país de origem devem poder ser repetidos, nas mesmas condições, em qualquer lugar do mundo.

É por isso que essa aula será dedicada ao estudo da normalização direcionada para o ensaio de tração. Você ficará sabendo quais são as principais entidades internacionais e nacionais que produzem e divulgam as normas técnicas mais utilizadas pelos laboratórios de ensaios. E saberá também o que dizem algumas normas que fornecem especificações sobre corpos de prova.

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Confiabilidade dos ensaios

Os ensaios não indicam propriedades de uma maneira absoluta, porque não reproduzem totalmente os esforços a que uma peça é submetida, em serviço.

Quando realizados no próprio produto, os ensaios têm maior significado pois procuram simular as condições de funcionamento do mesmo. Mas na prática isso nem sempre é realizável. Além disso, os resultados assim obtidos teriam apenas uma importância particular para aquele produto.

Para determinarmos as propriedades dos materiais, independentemente das estruturas em que serão utilizados, é necessário recorrer à confecção de corpos de prova.

Os resultados obtidos dependem do formato do corpo de prova e do método de ensaio adotado. Por exemplo, no ensaio de tração de um corpo de prova de aço, o alongamento é uma medida da sua ductilidade. Este valor é afetado pelo comprimento do corpo de prova, pelo seu formato, pela velocidade de aplicação da carga e pelas imprecisões do método de análise dos resultados do ensaio.

Portanto, os resultados dos ensaios, quando não são suficientemente representativos dos comportamentos em serviço, exigem na fase de projeto das estruturas a introdução de um fator multiplicativo chamado coeficiente de segurança, o qual leva em consideração as incertezas, não só provenientes da determinação das propriedades dos materiais, mas também da precisão das hipóteses teóricas referentes à existência e ao cálculo das tensões em toda a estrutura.

Normas técnicas voltadas para ensaios de tração

Quando se trata de realizar ensaios mecânicos, as normas mais utilizadas são as referentes à especificação de materiais e ao método de ensaio.

Um método descreve o correto procedimento para se efetuar um determinado ensaio mecânico.

Desse modo, seguindo-se sempre o mesmo método, os resultados obtidos para um mesmo material são semelhantes e reprodutíveis onde quer que o ensaio seja executado.

As normas técnicas mais utilizadas pelos laboratórios de ensaios provêm das seguintes instituições:

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASTM - American Society for Testing and Materials

DIN - Deutsches Institut für Normung

AFNOR - Association Française de Normalisation

BSI - British Standards Institution

ASME - American Society of Mechanical Engineer

ISO - International Organization for Standardization

JIS - Japanese Industrial Standards

SAE - Society of Automotive Engineers

COPANT - Comissão Panamericana de Normas Técnicas

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Além dessas, são também utilizadas normas particulares de indústrias ou companhias governamentais.

Equipamento para o ensaio de tração

O ensaio de tração geralmente é realizado na máquina universal, que tem este nome porque se presta à realização de diversos tipos de ensaios. Analise cuidadosamente a ilustração a seguir, que mostra os componentes básicos de uma máquina universal de ensaios.

Fixa-se o corpo de prova na máquina por suas extremidades, numa posição que permite ao equipamento aplicar-lhe uma força axial para fora, de modo a aumentar seu comprimento.

A máquina de tração é hidráulica, movida pela pressão de óleo, e está ligada a um dinamômetro que mede a força aplicada ao corpo de prova.

Dinamômetro é um equipamento utilizado para medir forças.

A máquina de ensaio possui um registrador gráfico que vai traçando o diagrama de força e deformação, em papel milimetrado, na medida em que o ensaio é realizado.

Corpos de prova

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O ensaio de tração é feito em corpos de prova com características especificadas de acordo com normas técnicas. Suas dimensões devem ser adequadas à capacidade da máquina de ensaio.

Normalmente utilizam-se corpos de prova de seção circular ou de seção retangular, dependendo da forma e tamanho do produto acabado do qual foram retirados, como mostram as ilustrações a seguir.

A parte útil do corpo de prova, identificada no desenho anterior por Lo, é a região onde são feitas as medidas das propriedades mecânicas do material.

As cabeças são as regiões extremas, que servem para fixar o corpo de prova à máquina de modo que a força de tração atuante seja axial. Devem ter seção maior do que a parte útil para que a ruptura do corpo de prova não ocorra nelas. Suas dimensões e formas dependem do tipo de fixação à máquina. Os tipos de fixação mais comuns são:

Entre as cabeças e a parte útil há um raio de concordância para evitar que a ruptura ocorra fora da parte util do corpo de prova (Lo).

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Segundo a ABNT, o comprimento da parte útil dos corpos de prova utilizados nos ensaios de tração deve corresponder a 5 vezes o diâmetro da seção da parte útil.

Por acordo internacional, sempre que possível um corpo de prova deve ter 10 mm de diâmetro e 50 mm de comprimento inicial. Não sendo possível a retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adotar um corpo com dimensões proporcionais a essas.

Corpos de prova com seção retangular são geralmente retirados de placas, chapas ou lâminas. Suas dimensões e tolerâncias de usinagem são normalizadas pela ISO/R377 enquanto não existir norma brasileira correspondente. A norma brasileira (NBR 6152, dez./1980) somente indica que os corpos de prova devem apresentar bom acabamento de superficie e ausência de trincas.

Dica

Para obter informações mais detalhadas sobre corpos de provas, consulte a norma técnica específica.

Em materiais soldados, podem ser retirados corpos de prova com a solda no meio ou no sentido longitudinal da solda, como você pode observar nas figuras a seguir.

Os ensaios dos corpos de prova soldados normalmente determinam apenas o limite de resistência à tração. Isso porque, ao efetuar o ensaio de tração de um corpo de prova com solda, tenciona-se simultaneamente dois materiais de propriedades diferentes (metal de base e metal de solda). Os valores obtidos no ensaio não representam as propriedades nem de um nem de outro material, pois umas são afetadas pelas outras. O limite de resistência à tração também é afetado por esta interação, mas é determinado mesmo assim para finalidades práticas.

Preparação do corpo de prova para o ensaio de tração

O primeiro procedimento consiste em identificar o material do corpo de prova. Corpos de prova podem ser obtidos a partir da matéria-prima ou de partes específicas do produto acabado.

Depois, deve-se medir o diâmetro do corpo de prova em dois pontos no comprimento da parte útil, utilizando um micrômetro, e calcular a média.

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Por fim, deve-se riscar o corpo de prova, isto é, traçar as divisões no comprimento útil. Num corpo de prova de 50 mm de comprimento, as marcações devem ser feitas de 5 em 5 milímetros.

Assim preparado, o corpo de prova estará pronto para ser fixado à máquina de ensaio. E você deve estar igualmente preparado para resolver os exercícios apresentados a seguir.

Ensaio de tração:análise dos resultados

Introdução

A máquina de ensaio está pronta para começar seu trabalho: o corpo de prova fixado, a velocidade de aplicação da força ajustada, a escala selecionada! Só falta ligar o equipamento e acompanhar seu funcionamento.

Terminado o ensaio, vem uma etapa muito importante: a análise dos resultados.

Nesta etapa determinam-se as principais propriedades que podem ser obtidas no ensaio de tração.

Nesta aula você ficará sabendo como são determinadas essas propriedades e qual a sua importância no dia-a-dia e nas aplicações na área de mecânica.

Como calcular o alongamento

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Imagine que você vá produzir uma peça por estamparia ou dobramento, por exemplo. Você precisará obter uma deformação maior que a desejada, porque após aliviar a força aplicada o material sofrerá uma recuperação nas suas dimensões, igual ao alongamento elástico.

Se o alongamento elástico for conhecido, isto será fácil. Se não, só na tentativa e aí imagine o prejuízo em retrabalhar as ferramentas.

O alongamento elástico pode ser medido de forma direta por meio de um aparelho chamado extensômetro, que é acoplado ao corpo de prova.

A Você já viu que o alongamento plástico define a ductilidade do material: quanto maior o alongamento

plástico, maior a facilidade de deformar o material. Pelo alongamento, podemos saber para que tipo de processo de produção um material é indicado (forja a frio, laminação, estamparia profunda, etc.). A fórmula para calcular o alongamento você já aprendeu na Aula 2 deste módulo:

O comprimento inicial (Lo) foi medido antes de se submeter o corpo de prova ao ensaio. Portanto, para calcular o alongamento, resta saber qual o comprimento final (Lf).

Você está lembrado daqueles riscos transversais que foram feitos na preparação do corpo de prova? Pois é! A parte útil do corpo de prova ficou dividida em certo número (n) de partes iguais. Agora você vai saber para que serve essa marcação.

A primeira coisa a fazer é juntar, da melhor forma possível, as duas partes do corpo de prova.

Depois, procura-se o risco mais próximo da ruptura e conta-se a metade das divisões (n / 2) para cada lado. Mede-se então o comprimento final, que corresponde à distância entre os dois extremos dessa contagem.

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Este é o método para determinar o comprimento final quando a ruptura ocorre no centro da parte útil do corpo de prova.

Mas, se a ruptura ocorrer fora do centro, de modo a não permitir a contagem de n /2 divisões de cada lado, deve-se adotar o seguinte procedimento normalizado:

· Toma-se o risco mais próximo da ruptura. · Conta-se n /2 divisões de um dos lados. · Acrescentam-se ao comprimento do lado oposto quantas divisões forem necessárias para completar

as n/ 2 divisões.

A medida de Lf será a somatória de L’+ L”, conforme mostra a figura a seguir.

Determinação do limite elástico ou de proporcionalidade

Para sentir a importância desta propriedade, imagine-se dentro de um elevador, que funciona preso por um cabo de aço. O que aconteceria se o cabo se alongasse um pouquinho toda vez que o elevador subisse ou descesse?

O cabo de aço iria ficar cada vez mais fino, até que a sua espessura se tornasse tal que não suportaria mais o peso da cabine (e com você lá dentro!).

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Não seria nada agradável uma queda do vigésimo andar. É, mas isto aconteceria se a solicitação ultrapassasse o limite elástico, porque qualquer solicitação acima do limite elástico causa deformação permanente.

Portanto, o limite elástico é a máxima tensão a que uma peça pode ser submetida. Por isso, o conhecimento de seu valor é fundamental para qualquer aplicação.

A rigor, a determinação do limite elástico deveria ser feita por carregamentos e descarregamentos sucessivos, até que se alcançasse uma tensão que mostrasse, com precisão, uma deformação permanente.

Este processo é muito trabalhoso e não faz parte dos ensaios de rotina. Porém, devido à importância de se conhecer o limite elástico, em 1939 um cientista chamado Johnson propôs um método para determinar um limite elástico aparente, que ficou conhecido como limite Johnson.

O limite Johnson corresponde à tensão na qual a velocidade de deformação é 50% maior que na origem.

Veja como determinar o limite Johnson na prática, acompanhando os passos explicados a seguir.

1. Trace uma reta perpendicular ao eixo das tensões, fora da região da curva tensão-deformação (F-D).

2. Prolongue a reta da zona elástica, a partir do ponto O, até que ela corte a reta FD no ponto E.

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3. Remarque o ponto D de modo que a medida do segmento FD seja igual a uma vez e meia o segmento FE.

4. Trace a reta OD.

5. Trace a reta MN paralela a OD, tangenciando a curva tensão-de-formação.

O limite Johnson é o valor de tensão do ponto tangencial ( A ).

A

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Limite de escoamento: valores convencionais

O limite de escoamento é, em algumas situações, alternativa ao limite elástico, pois também delimita o início da deformação permanente (um pouco acima).

Ele é obtido verificando-se a parada do ponteiro na escala da força durante o ensaio e o patamar formado no gráfico exibido pela máquina. Com esse dado é possível calcular o limite de escoamento do material.

Entretanto, vários metais não apresentam escoamento, e mesmo nas ligas em que ocorre ele não pode ser observado, na maioria dos casos, porque acontece muito rápido e não é possível detectá-lo.

Por essas razões, foram convencionados alguns valores para determinar este limite.

O valor convencionado (n) corresponde a um alongamento percentual.Os valores de uso mais freqüente são:

· n = 0,2%, para metais e ligas metálicas em geral; · n = 0,1%, para aços ou ligas não ferrosas mais duras; · n = 0,01%, para aços-mola.

Graficamente, o limite de escoamento dos materiais citados pode ser determinado pelo traçado de uma linha paralela ao trecho reto do diagrama tensão-deformação, a partir do ponto n. Quando essa linha interceptar a curva, o limite de escoamento estará determinado, como mostra a figura a baixo.

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Tensão no limite de resistência

Este valor de tensão é utilizado para a especificação dos materiais nas normas, pois é o único resultado preciso que se possa obter no ensaio de tração e é utilizado como base de cálculo de todas as outras tensões determinadas neste ensaio.

Por exemplo, um aço 1080 apresenta um limite de resistência de aproximadamente 700 MPa. Ao produzirmos novos lotes desse aço, devemos executar seu ensaio para verificar se ele realmente possui esta resistência. Ou seja, esta especificação é utilizada para comparar a resistência de um aço produzido com o valor referencial da norma.

Conhecer o limite de resistência também é útil para comparar materiais. Por exemplo, um aço 1020 apresenta aproximadamente 400 MPa de resistência à tração. Este valor nos demonstra que o aço 1080 tem uma resistência 300 MPa maior que o 1020. Apesar de não se utilizar este valor para dimensionar estruturas, ele servirá de base para o controle de qualidade dessas ligas.

Dificuldades com a tensão de ruptura

É difícil determinar com precisão o limite de ruptura, pois não há forma de parar o ponteiro da força no instante exato da ruptura. Além disso, o limite de ruptura não serve para caracterizar o material, pois quanto mais dúctil ele é, mais se deforma antes de romper-se.

Calculando a estricção

Como você já estudou na Aula 3 deste módulo, a estricção também é uma medida da ductilidade do material. É representada pela letra Z, e calculada pela seguinte fórmula:

Onde So é a área de seção transversal inicial e Sf a área de seção final, conhecida pela medição da região fraturada.

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Exemplo de relatório de ensaio de tração

Interessado(a): JJAData: 22/12/95Material ensaiado (descrição): Aço 1020Equipamento: Máquina universalNorma(s) seguida(s): ABNT - NBR 6152

E então? Com todos os conceitos já aprendidos, a interpretação do relatório é relativamente simples, não é mesmo? Para cada corpo de prova ensaiado são registrados os dados iniciais e depois o comportamento da força de tração durante o ensaio. É assim que se obtém os dados necessários para oferecer maior segurança ao consumidor, desde o projeto ao produto fina.

Ensaio de compressão

Introdução

Podemos observar o esforço de compressão na construção mecânica, principalmente em estruturas e em equipamentos como suportes, bases de máquinas, barramentos etc.

Às vezes, a grande exigência requerida para um projeto é a resistência à compressão. Nesses casos, o projetista deve especificar um material que possua boa resistência à compressão, que não se deforme facilmente e que assegure boa precisão dimensional quando solicitado por esforços de compressão.

O ensaio de compressão é o mais indicado para avaliar essas características, principalmente quando se trata de materiais frágeis, como ferro fundido, madeira, pedra e concreto. É também recomendado para produtos acabados, como molas e tubos.

Porém, não se costuma utilizar ensaios de compressão para os metais. Estudando os assuntos desta aula, você ficará sabendo quais as razões que explicam o pouco uso dos ensaios de compressão na área da mecânica, analisará as semelhanças entre o esforço de compressão e o esforço de tração, já estudado nas aulas anteriores, e ficará a par dos procedimentos para a realização do ensaio de compressão.

O que a compressão e a tração têm em comum

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De modo geral, podemos dizer que a compressão é uns esforços axiais, que tende a provocar um encurtamento do corpo submetido a este esforço.

Nos ensaios de compressão, os corpos de prova são submetidos a uma força axial para dentro, distribuída de modo uniforme em toda a seção transversal do corpo de prova.

Do mesmo modo que o ensaio de tração, o ensaio de compressão pode ser executado na máquina universal de ensaios, com a adaptação de duas placas lisas - uma fixa e outra móvel. É entre elas que o corpo de prova é apoiado e mantido firme durante a compressão.

As relações que valem para a tração valem também para a compressão. Isso significa que um corpo submetido à compressão também sofre uma deformação elástica e a seguir uma deformação plástica.

Na fase de deformação elástica, o corpo volta ao tamanho original quando se retira a carga de compressão.

Na fase de deformação plástica, o corpo retém uma deformação residual depois de ser descarregado.

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Nos ensaios de compressão, a lei de Hooke também vale para a fase elástica da deformação, e é possível determinar o módulo de elasticidade para diferentes materiais.

Na compressão, as fórmulas para cálculo da tensão, da deformação e do módulo de elasticidade são semelhantes às que já foram demonstradas em aulas anteriores para a tensão de tração. Por isso, serão mostradas de maneira resumida, no quadro a seguir.

Está na hora de resolver um exercício para testar seu entendimento do assunto. Consulte as fórmulas, se necessário.


Um corpo de prova de aço com diâmetro d = 20 mm e comprimento L = 60 mm será submetido a um ensaio de compressão. Se for aplicada uma força F de 100.000 N, qual a tensão absorvida pelo corpo de

prova (T) e qual a deformação do mesmo (e)? O módulo de elasticidade do aço (E) é igual a 210.000 MPa.

Respostas: T = ............................... e ε = .............................

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Que tal conferir? Compare seus procedimentos com os apresentados a seguir.

Em primeiro lugar, você deve ter calculado a área da seção do corpo de prova aplicando a fórmula:

Conhecendo a área da seção, é possível calcular a tensão de compressão aplicando a fórmula:

Para calcular a deformação sofrida pelo corpo de prova aplicando a fórmula,

Precisamos do comprimento inicial (60 mm) e do comprimento final, que ainda não conhecemos.

Mas sabemos que o módulo de elasticidade deste aço é de 210.000 MPa. Então podemos calcular a deformação isolando esta variável na fórmula do módulo de elasticidade:

Para obter a deformação em valor percentual, basta multiplicar o resultado anterior por 100, ou seja: 0,0015165 ´ 100 = 0,15165%.

Isso significa que o corpo sofrerá uma deformação de 0,15165% em seu comprimento, ou seja, de 0,09099 mm. Como se trata de um ensaio de compressão, esta variação será no sentido do encurtamento. Portanto, o comprimento final do corpo de prova será de 59,909 mm.

Muito bem! Agora que você já viu as semelhanças entre os esforços de tração e de compressão, que tal ir mais fundo para saber por que este tipo de ensaio nem sempre é recomendável?

Limitações do ensaio de compressão

O ensaio de compressão não é muito utilizado para os metais em razão das dificuldades para medir as propriedades avaliadas neste tipo de ensaio. Os valores numéricos são de difícil verificação, podendo levar a erros.

Um problema que sempre ocorre no ensaio de compressão é o atrito entre o corpo de prova e as placas da máquina de ensaio.

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A deformação lateral do corpo de prova é barrada pelo atrito entre as superfícies do corpo de prova e da máquina. Para diminuir esse problema, é necessário revestir as faces superior e inferior do corpo de prova com materiais de baixo atrito (parafina, teflon etc).

Outro problema é a possível ocorrência de flambarem, isto é, encurvamento do corpo de prova. Isso decorre da instabilidade na compressão do metal dúctil. Dependendo das formas de fixação do corpo de prova, há diversas possibilidades de encurvamento, conforme mostra a figura a baixo.

A flambagem ocorre principalmente em corpos de prova com comprimento maior em relação ao diâmetro. Por esse motivo, dependendo do grau de ductilidade do material, é necessário limitar o comprimento dos corpos de prova, que devem ter de 3 a 8 vezes o valor de seu diâmetro. Em alguns materiais muito dúcteis esta relação pode chegar a 1:1 (um por um).

Outro cuidado a ser tomado para evitar a flambagem é o de garantir o perfeito paralelismo entre as placas do equipamento utilizado no ensaio de compressão. Deve-se centrar o corpo de prova no equipamento de teste, para garantir que o esforço de compressão se distribua uniformemente.

Ensaio de compressão em materiais dúcteis

Nos materiais dúcteis a compressão vai provocando uma deformação lateral apreciável. Essa deformação lateral prossegue com o ensaio até o corpo de prova se transformar num disco, sem que ocorra a ruptura.

É por isso que o ensaio de compressão de materiais dúcteis fornece apenas as propriedades mecânicas referentes à zona elástica.

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As propriedades mecânicas mais avaliadas por meio do ensaio são: limite de proporcionalidade, limite de escoamento e módulo de elasticidade.

Ensaio de compressão em materiais frágeis

O ensaio de compressão é mais utilizado para materiais frágeis. Uma vez que nesses materiais a fase elástica é muito pequena, não é possível determinar com precisão as propriedades relativas a esta fase.

A única propriedade mecânica que é avaliada nos ensaios de compressão de materiais frágeis é o seu limite de resistência à compressão.

Do mesmo modo que nos ensaios de tração, o limite de resistência à compressão é calculado pela carga máxima dividida pela seção original do corpo de prova.

RelembrandoFórmula matemática para cálculo do limite de resistência:

onde FMAX corresponde à carga máxima atingida após o escoamento e So corresponde à área inicial da seção.

Com essa informação, fica fácil resolver o próximo exercício. Vamos tentar?


Qual o limite de resistência à compressão (LR) de um material que tem 400 mm2

de área da seção transversal e que se rompeu com uma carga de 760 kN?

Resposta: LR = ....................................

Confira. Sabendo que a fórmula para cálculo do limite de resistência à tensão de compressão é:

Basta substituir os termos da fórmula pelos valores conhecidos:

Na prática, considera-se que o limite de resistência à compressão é cerca de 8 vezes maior que o limite de resistência à tração. Não sendo viável a realização do ensaio de compressão, esta relação é tomada como base para o cálculo da resistência à compressão.

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Ensaio de compressão em produtos acabados

Ensaios de achatamento em tubos - Consiste em colocar uma amostra de um segmento de tubo deitada entre as placas da máquina de compressão e aplicar carga até achatar a amostra.

A distância final entre as placas, que varia conforme a dimensão do tubo, deve ser registrada. O resultado é avaliado pelo aparecimento ou não de fissuras, ou seja, rachaduras, sem levar em conta a carga aplicada.

Este ensaio permite avaliar qualitativamente a ductilidade do material, do tubo e do cordão de solda do mesmo, pois quanto mais o tubo se deformar sem trincas, mais dúctil será o material.

Ensaios em molas - Para determinar a constante elástica de uma mola, ou para verificar sua resistência, faz-se o ensaio de compressão.

Para determinar a constante da mola, constrói-se um gráfico tensão-defor-mação, obtendo-se um coeficiente angular que é a constante da mola, ou seja, o módulo de elasticidade.

Por outro lado, para verificar a resistência da mola, aplicam-se cargas predeterminadas e mede-se a altura da mola após cada carga.

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Fim da aula! Hora de rever a matéria e se preparar para resolver os exercícios apresentados a seguir. Pelos resultados, você terá uma medida do seu progresso.

Ensaio de cisalhamento

Introdução

Pode ser que você não tenha se dado conta, mas já praticou o cisalhamento muitas vezes em sua vida. Afinal, ao cortar um tecido, ao fatiar um pedaço de queijo ou cortar aparas do papel com uma guilhotina, estamos fazendo o cisalhamento.

No caso de metais, podemos praticar o cisalhamento com tesouras, prensas de corte, dispositivos especiais ou simplesmente aplicando esforços que resultem em forças cortantes. Ao ocorrer o corte, as partes se movimentam paralelamente, por escorregamento, uma sobre a outra, separando-se. A esse fenômeno damos o nome de cisalhamento.

Todo material apresenta certa resistência ao cisalhamento. Saber até onde vai esta resistência é muito importante, principalmente na estamparia, que envolve corte de chapas, ou nas uniões de chapas por solda, por rebites ou por parafusos, onde a força cortante é o principal esforço que as uniões vão ter de suportar.

Nesta aula você ficará conhecendo dois modos de calcular a tensão de cisalhamento: realizando o ensaio de cisalhamento e utilizando o valor de resistência à tração do material. E ficará sabendo como são feitos os ensaios de cisalhamento de alguns componentes mais sujeitos aos esforços cortantes.

A força que produz o cisalhamento

Ao estudar os ensaios de tração e de compressão, você ficou sabendo que, nos dois casos, a força aplicada sobre os corpos de prova atua ao longo do eixo longitudinal do corpo.

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No caso do cisalhamento, a força é aplicada ao corpo na direção perpendicular ao seu eixo longitudinal.

Esta força cortante, aplicada no plano da seção transversal (plano de tensão), provoca o cisalhamento.

Como resposta ao esforço cortante, o material desenvolve em cada um dos pontos de sua seção transversal uma reação chamada resistência ao cisalhamento.

A resistência de um material ao cisalhamento, dentro de uma determinada situação de uso, pode ser determinada por meio do ensaio de cisalhamento.

Como é feito o ensaio de cisalhamento

A forma do produto final afeta sua resistência ao cisalhamento. É por essa razão que o ensaio de cisalhamento é mais freqüentemente feito em produtos acabados, tais como pinos, rebites, parafusos, cordões de solda, barras e chapas.

É também por isso que não existem normas para especificação dos corpos de prova. Quando é o caso, cada empresa desenvolve seus próprios modelos, em função das necessidades.

Do mesmo modo que nos ensaios de tração e de compressão, a velocidade de aplicação da carga deve ser lenta, para não afetar os resultados do ensaio.

Normalmente o ensaio é realizado na máquina universal de ensaios, à qual se adaptam alguns dispositivos, dependendo do tipo de produto a ser ensaiado.

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Para ensaios de pinos, rebites e parafusos utiliza-se um dispositivo como o que está representado simplificadamente na figura a seguir.

O dispositivo é fixado na máquina de ensaio e os rebites, parafusos ou pinos são inseridos entre as duas partes móveis.

Ao se aplicar uma tensão de tração ou compressão no dispositivo, transmite- se uma força cortante à seção transversal do produto ensaiado. No decorrer do ensaio, esta força será elevada até que ocorra a ruptura do corpo.

No caso de ensaio de solda, utilizam-se corpos de prova semelhantes aos empregados em ensaios de pinos. Só que, em vez dos pinos, utilizam-se junções soldadas.

Para ensaiar barras, presas ao longo de seu comprimento, com uma extremidade livre, utiliza-se o dispositivo abaixo:

No caso de ensaio de chapas, emprega-se um estampo para corte, como o que é mostrado a seguir.

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Neste ensaio normalmente determina-se somente a tensão de cisalhamento, isto é, o valor da força que provoca a ruptura da seção transversal do corpo ensaiado. Quer saber mais sobre a tensão de cisalhamento? Então, estude o próximo tópico.

Tensão de cisalhamento

A tensão de cisalhamento será aqui identificada por TC. Para calcular a tensão de cisalhamento, usamos a fórmula:

Onde F representa a força cortante e S representa a área do corpo.

Esta fórmula permite resolver o problema a seguir. Vamos tentar?

A U L A Verificando o entendimento

Observe o desenho a seguir. Ele mostra um rebite de 20 mm de diâmetro que será usado para unir duas chapas de aço, devendo suportar um esforço cortante de 29400 N. Qual a tensão de cisalhamento sobre a seção transversal do rebite?

Resposta: ..............................................

Vamos conferir?

O primeiro passo consiste em calcular a área da seção transversal do rebite, que é dada pela fórmula:

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Então, a área da seção do rebite é:

Agora, basta aplicar a fórmula para o cálculo da tensão de cisalhamento:

Deste modo:

A realização de sucessivos ensaios mostrou que existe uma relação constante entre a tensão de cisalhamento e a tensão de tração. Na prática, considera-se a tensão de cisalhamento (TC) equivalente a 75% da tensão de tração (T).

Em linguagem matemática isto é o mesmo que: TC = 0,75 T.

É por isso que, em muitos casos, em vez de realizar o ensaio de cisalhamento, que exige os dispositivos já vistos, utilizam-se os dados do ensaio de tração, mais facilmente disponíveis.

Uma aplicação prática

O conhecimento da relação entre a tensão de cisalhamento e a tensão de tração permite resolver inúmeros problemas práticos, como o cálculo do número de rebites necessários para unir duas chapas, sem necessidade de recorrer ao ensaio de cisalhamento.

Como fazer isso? Preste atenção.

Imagine que precisemos unir duas chapas, como mostra a ilustração a seguir.

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Sabemos que a tensão de cisalhamento que cada rebite suporta é igual a:

Ainda não sabemos qual é o número de rebites necessários, por isso vamos chamá-lo de n. A tensão de cisalhamento será então distribuída pela área de cada rebite, multiplicada pelo número de rebites (S x n).

Conseqüentemente, a fórmula para cálculo da tensão de cisalhamento sobre as chapas será expressa por:

Isolando o n, que é o fator que nos interessa descobrir, chegamos à fórmula para o cálculo do número de rebites:

No exemplo que estamos analisando, sabemos que:

· as chapas suportarão uma força cortante (F) de 20.000 N · o diâmetro (D) de cada rebite é de 4 mm · a tensão de tração (T) suportada por cada rebite é 650 MPa

Portanto, já temos todos os dados necessários para o cálculo do número de rebites que deverão unir as chapas. Basta organizar as informações disponíveis.

Não temos o valor da tensão de cisalhamento dos rebites, mas sabemos que ela equivale a 75% da tensão de tração, que é conhecida. Então, podemos calcular:

A U L A Conhecendo odiâmetro de cada rebite, podem os calculara área da sua seção transversal:

Agora, basta transportar os valores conhecidos para a fórmula:

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Então, o número de rebites será: n = 3,266 rebites

Por uma questão de segurança, sempre aproximamos o resultado para maior. Assim, podemos concluir que precisamos de 4 rebites para unir as duas chapas anteriores.

Muito bem! É hora de dar uma pardinha, rever o que foi estudado e fazer mais alguns exercícios para reforçar o aprendizado.

Dobramento e flexão

Introdução

Imagine-se sentado à beira de uma piscina, numa bela tarde ensolarada, completamente relaxado, apenas observando o movimento. De repente, você vê alguém dando um salto do trampolim.

Se você prestar atenção, vai observar que a prancha se deforma sob o peso do atleta e depois volta à sua forma original. Sem dúvida, um dos fatores que contribuem para a beleza do salto é a capacidade da prancha do trampolim de suportar o esforço aplicado.

Agora, pense no que aconteceria se a prancha do trampolim se dobrasse em vez de voltar à sua forma original. Seria catastrófico!

Neste caso e em muitos outros, é importante conhecer o comportamento dos materiais frente a esse tipo de esforço.

Por exemplo, já lhe aconteceu de estar parado sobre uma ponte, num congestionamento, sentindo o chão tremer sob as rodas do seu carro enquanto os veículos ao seu lado se movem? Sorte sua o fato de a ponte balançar. Isso significa que a estrutura estava suportando o esforço produzido pelo peso dos veículos.

São situações como essas que mostram a importância de saber como os corpos reagem aos esforços de flexão e dobramento, assuntos que serão tratados nesta aula. Além disso, você ficará conhecendo os procedimentos para a realização dos ensaios de dobramento e flexão e saberá identificar as propriedades avaliadas em cada caso.

Da flexão ao dobramento

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Observe as duas figuras a seguir: a da esquerda mostra um corpo apoiado em suas duas extremidades e a da direita mostra um corpo preso de um lado, com a extremidade oposta livre. Os dois corpos estão sofrendo a ação de uma força F, que age na direção perpendicular aos eixos dos corpos.

A força F leva uma região dos corpos a se contrair, devido à compressão, enquanto que outra região se alonga, devido à tração. Entre a região que se contrai e a que se alonga fica uma linha que mantém sua dimensão inalterada - a chamada linha neutra. Em materiais homogêneos, costuma-se considerar que a linha neutra fica a igual distância das superfícies externas inferior e superior do corpo ensaiado.

Quando esta força provoca somente uma deformação elástica no material, dizemos que se trata de um esforço de flexão. Quando produz uma deformação plástica, temos um esforço de dobramento.

Isso quer dizer que, no fundo, flexão e dobramento são etapas diferentes da aplicação de um mesmo esforço, sendo a flexão associada à fase elástica e o dobramento à fase plástica.

Em algumas aplicações industriais, envolvendo materiais de alta resistência, é muito importante conhecer o comportamento do material quando submetido a esforços de flexão. Nesses casos, o ensaio é interrompido no final da fase elástica e são avaliadas as propriedades mecânicas dessa fase.

Quando se trata de materiais dúcteis, é mais importante conhecer como o material suporta o dobramento. Nesses casos, é feito diretamente o ensaio de dobramento, que fornece apenas dados qualitativos.

O ensaio de flexão e o ensaio de dobramento utilizam praticamente a mesma montagem, adaptada à máquina universal de ensaios:

· dois roletes, com diâmetros determinados em função do corpo de prova, quefuncionam como apoios, afastados entre si a uma distância preestabelecida;

· um cutelo semicilíndrico, ajustado à parte superior da máquina de ensaios.

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Esses ensaios podem ser feitos em corpos de prova ou em produtos, preparados de acordo com normas técnicas específicas.

Embora possam ser feitos no mesmo equipamento, na prática esses dois ensaios não costumam ser feitos juntos. É por isso que, nesta aula, abordaremos cada um deles separadamente. Que tal começar pelo ensaio de dobramento, que é menos complicado?

O ensaio de dobramento

Experimente dobrar duas barras de um metal: por exemplo, uma de alumínio recozido e outra de alumínio encruado.

Você vai observar que a de alumínio recozido dobra-se totalmente, até uma ponta encostar na outra. A de alumínio encruado, ao ser dobrada, apresentará trincas e provavelmente quebrará antes de se atingir o dobramento total.

O ensaio de dobramento é isso: ele nos fornece somente uma indicação qualitativa da ductilidade do material. Normalmente os valores numéricos obtidos não têm qualquer importância.

Como é feito o ensaio de dobramento

O ensaio consiste em dobrar um corpo de prova de eixo retilíneo e seção circular (maciça ou tubular), retangular ou quadrada, assentado em dois apoios afastados a uma distância especificada, de acordo com o tamanho do corpo de prova, por meio de um cutelo, que aplica um esforço perpendicular ao eixo do corpo de prova, até que seja atingido um ângulo desejado.

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O valor da carga, na maioria das vezes, não importa. O ângulo determina a severidade do ensaio e é geralmente de 90, 120 ou 180º.

Ao se atingir o ângulo especificado, examina-se a olho nu a zona tracionada, que não deve apresentar trincas, fissuras ou fendas. Caso contrário, o material não terá passado no ensaio.

Processos de dobramento

Há dois processos de dobramento: o dobramento livre e o dobramento semiguiado. Veja, a seguir, as características de cada um.

Dobramento livre - É obtido pela aplicação de força nas extremidades do corpo de prova, sem aplicação de força no ponto máximo de dobramento.

Dobramento semiguiado - O dobramento vai ocorrer numa região determinada pela posição do cutelo.

Ensaio de dobramento em barras para construção civil

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Barras de aço usadas na construção civil são exemplos de materiais que, além de apresentarem resistência mecânica, devem suportar dobramentos severos durante sua utilização, e por isso são submetidos a ensaio de dobramento.

Esta característica é tão importante que é normalizada e classificada em normas técnicas.

Neste caso, o ensaio consiste em dobrar a barra até se atingir um ângulo de 180º com um cutelo de dimensão especificada de acordo com o tipo de aço da barra - quanto maior a resistência do aço, maior o cutelo. O dobramento normalmente é do tipo semiguiado.

A aprovação da barra é dada pela ausência de fissuras ou fendas na zona tracionada do corpo de prova.

Ensaio de dobramento em corpos de provas soldados

O ensaio de dobramento em corpos de prova soldados, retirados de chapas ou tubos soldados, é realizado geralmente para a qualificação de profissionais que fazem solda (soldadores) e para avaliação de processos de solda.

Na avaliação da qualidade da solda costuma-se medir o alongamento da face da solda. O resultado serve para determinar se a solda é apropriada ou não para uma determinada aplicação.

Agora que você já aprendeu algumas noções sobre o ensaio de dobramento, que tal conhecer algumas características do ensaio de flexão? Este é o assunto que será tratado a seguir.

O ensaio de flexão

O ensaio de flexão é realizado em materiais frágeis e em materiais resistentes, como o ferro fundido, alguns aços, estruturas de concreto e outros materiais que em seu uso são submetidos a situações onde o principal esforço é o de flexão.

Como já foi dito, a montagem do corpo de prova para o ensaio de flexão é semelhante à do ensaio de dobramento.

A novidade é que se coloca um extensômetro no centro e embaixo do corpo de prova para fornecer a medida da deformação que chamamos de flexa, correspondente à posição de flexão máxima.

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Nos materiais frágeis, as flexas medidas são muito pequenas. Conseqüentemente, para determinar a tensão de flexão, utilizamos a carga que provoca a fratura do corpo de prova.

Propriedades mecânicas avaliadas

O ensaio de flexão fornece dados que permitem avaliar diversas propriedades mecânicas dos materiais.

Uma dessas propriedades é a tensão de flexão.

Mas, para entender como é calculada a tensão de flexão, é necessário saber o que vem a ser momento fletor. Isso não será difícil se você acompanhar o exemplo a seguir.

Imagine uma barra apoiada em dois pontos. Se aplicarmos um esforço próximo a um dos apoios, a flexão da barra será pequena. Mas, se aplicarmos o mesmo esforço no ponto central da barra, a flexão será máxima.

Logo, verificamos que a flexão da barra não depende só da força, mas também da distância entre o ponto onde a força é aplicada e o ponto de apoio.

O produto da força pela distância do ponto de aplicação da força ao ponto de apoio origina o que chamamos de momento, que no caso da flexão é o momento fletor (Mf).

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Nos ensaios de flexão, a força é sempre aplicada na região média do corpo de prova e se distribui uniformemente pelo corpo. Na fórmula para calcular o momento fletor, considera-se a metade do valor da força F e a metade do comprimento útil do corpo de prova L.. 2 2

A fórmula matemática para calcular o momento fletor é:

Outro elemento que você precisa conhecer é o momento de inércia da seção transversal. Um exemplo o ajudará a entender do que estamos falando.

A forma do material influencia muito sua resistência à flexão. Você pode comprovar isso fazendo a seguinte experiência:

· arranje uma régua de plástico ou de madeira, coloque-a deitada sobre dois pontos de apoio e aplique uma força sobre a régua, como mostra a figura a seguir.

· coloque a mesma régua sobre os dois apoios, só que em pé, como mostra a figura seguinte, e aplique uma força equivalente à aplicada antes.

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E então? O que aconteceu? No primeiro caso, ocorreu uma grande flexão. No segundo, a flexão foi quase nula. Isso tudo só porque você mudou a forma da superfície sobre a qual estava aplicando a força. Para cada formato existirá um momento de inércia diferente.

O momento de inércia (J) é calculado por fórmulas matemáticas:

· momento de inércia para corpos de seção circular:

· momento de inércia para corpos de seção retangular:

Falta ainda um elemento para entender a fórmula de cálculo da tensão de flexão: é o módulo de

resistência da seção transversal, representado convencionalmente pela letra W. Trata-se de uma medida de resistência em relação a um momento. Este módulo significa para a flexão o mesmo que a área da seção transversal significa para a tração.

O valor deste módulo é conhecido dividindo-se o valor do momento de inércia (J) pela distância da linha neutra à superfície do corpo de prova (c).

Em linguagem matemática:

Nos corpos de prova de seção circular, de materiais homogêneos, a distância c equivale à metade do diâmetro. Em corpos de seção retangular ou quadrada, considera-se a metade do valor da altura.

Agora sim, já podemos apresentar a fórmula para o cálculo da tensão de flexão (TF):

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Uma vez realizado o ensaio, para calcular a tensão de flexão basta substituir as variáveis da fórmula pelos valores conhecidos. A combinação das fórmulas anteriores, demonstrada a seguir, permite trabalhar diretamente com esses valores.

O valor da carga obtido no ensaio varia conforme o material seja dúctil ou frágil. No caso de materiais dúcteis, considera-se a força obtida no limite de elasticidade. Quando se trata de materiais frágeis, considera- se a força registrada no limite de ruptura.

Outras propriedades que podem ser avaliadas no ensaio de flexão são a flexa máxima e o módulo de elasticidade.

Pode-se medir a flexa máxima diretamente pelo extensômetro, ou calculá-la por meio de fórmula.

A fórmula para o cálculo da flexa máxima (f) é:

A fórmula para o cálculo do módulo de elasticidade (E) é:

Acompanhe um exemplo prático de aplicação das fórmulas anteriores, participando da resolução do próximo problema:

· Efetuado um ensaio de flexão num corpo de prova de seção circular, com 50 mm de diâmetro e 685 mm de comprimento, registrou-se uma flexa de 1,66 mm e a carga aplicada ao ser atingido o limite elástico era de 1.600 N.

Conhecendo estes dados, vamos calcular:

1 - tensão de flexão

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2 - módulo de elasticidade

Vamos determinar primeiro a tensão de flexão. Para isso devemos recorrer à fórmula:

Conhecemos o valor de F (1.600 N), o valor de L (685 mm) e o valor de c (25 mm). Mas só poderemos aplicar esta fórmula depois de descobrir o valor de J, que pode ser obtido pela fórmula de cálculo do momento de inércia para corpos de seção circular:

Agora sim, podemos calcular a tensão de flexão pela fórmula anterior. Para isso, basta substituir as variáveis da fórmula pelos valores conhecidos e fazer os cálculos. Tente resolver e depois confira suas contas, para ver se chegou ao mesmo resultado apresentado a seguir.

A próxima tarefa é calcular o módulo de elasticidade. Uma vez que todos os valores são conhecidos, podemos partir diretamente para a aplicação da fórmula. Tente fazer isso sozinho, na sua calculadora, e depois confira com a resolução apresentada a seguir.

Não se preocupe em decorar as fórmulas. Consulte-as sempre que necessário. O importante é que você consiga identificar, em cada caso, a fórmula mais adequada para resolver o problema apresentado. Para isso, é necessário analisar bem os dados do problema e verificar quais são os valores conhecidos e qual o valor procurado. O resto pode ficar por conta da calculadora, sob seu comando, é claro!

Ensaio de embutimento

Introdução

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É na estamparia que o ensaio de embutimento encontra sua principal aplicação. E você sabe por quê?

É fácil encontrar resposta a esta pergunta: basta observar alguns objetos de uso diário, como uma panela, a lataria dos automóveis e outras tantas peças produzidas a partir de chapas metálicas, por processos de estampagem.

A estampagem é o processo de converter finas chapas metálicas em peças ou produtos, sem fratura ou concentração de microtrincas. As chapas utilizadas neste processo devem ser bastante dúcteis.

Nesta aula, você ficará sabendo como é feito o ensaio de embutimento em chapas, para avaliar sua adequação à operação de estampagem. E conhecerá os dois principais métodos de ensaio de embutimento.

Ductilidade de chapas

A operação de estampagem envolve dois tipos de deformações: o estiramento, que é o afinamento da chapa, e a estampagem propriamente dita, que consiste no arrastamento da chapa para dentro da cavidade da matriz por meio de um punção. Nessa operação, a chapa fica presa por um sujeitador que serve como guia para o arrastamento.

U L A A ductilidade é a característica básica para que o produto possa ser estampado. E já estudamos diversos ensaios que podem avaliar esta característica - tração, compressão, dobramento etc.

Então, por que fazer um ensaio específico para avaliar a ductilidade?

Existe uma razão para isso: uma chapa pode apresentar diversas pequenas heterogeneidades, que não afetariam o resultado de ductilidade obtido no ensaio de tração. Mas, ao ser deformada a frio, a chapa pode apresentar pequenas trincas em conseqüência dessas heterogeneidades.

Além de trincas, uma peça estampada pode apresentar diversos outros problemas, como enrugamento, distorção, textura superficial rugosa, fazendo lembrar uma casca de laranja etc. A ocorrência destes problemas está relacionada com a matéria-prima utilizada.

Nenhum dos ensaios que estudamos anteriormente fornece todas as informações sobre a chapa, necessárias para que se possa prever estes problemas. Para evitar surpresas indesejáveis, como só descobrir que a chapa é inadequada ao processo de estampagem após a produção da peça, foi desenvolvidoo ensaio de embutimento. Este ensaio reproduz, em condições controladas, a estampagem de uma cavidade previamente estabelecida.

Os ensaios de embutimento permitem deformar o material quase nas mesmas condições obtidas na operação de produção propriamente dita, só que de maneira controlada, para minimizar a variação nos resultados.

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Existem ensaios padronizados para avaliar a capacidade de estampagem de chapas. Os mais usados são os ensaios de embutimento Erichsen e Olsen, que você vai estudar detalhadamente depois de adquirir uma visão geral sobre a realização dos ensaios de embutimento.

Esses ensaios são qualitativos e, por essa razão, os resultados obtidos constituem apenas uma indicação do comportamento que o material apresentará durante o processo de fabricação.

Descrição do ensaioOs ensaios de embutimento são

realizados por meio de dispositivos acoplados a umequipamento que transmite força. Podem ser feitos na já conhecida máquina universal de ensaios, adaptada com os dispositivos próprios, ou numa máquina específica para este ensaio, como a que mostramos ao lado.

A chapa a ser ensaiada é presa entre uma matriz e um anel de fixação, que tem por finalidade impedir que o material deslize para dentro da matriz.

Depois que a chapa é fixada, um punção aplica uma carga que força a chapa a se abaular até que a ruptura aconteça.

Um relógio medidor de curso, graduado em décimos de milímetro, fornece a medida da penetração do punção na chapa. O resultado do ensaio é a medida da profundidade do copo formado pelo punção no momento da ruptura.

Além disso, o exame da superfície externa da chapa permite verificar se ela é perfeita ou se ficou rugosa devido à granulação, por ter sido usado um material inadequado.

Ensaio Erichsen

No caso do ensaio de embutimento Erichsen o punção tem cabeça esférica de 20 mm de diâmetro e a carga aplicada no anel de fixação que prende a chapa é de cerca de 1.000 kgf.

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O atrito entre o punção e a chapa poderia afetar o resultado do ensaio. Por isso, o punção deve ser lubrificado com graxa grafitada, de composição determinada em norma técnica, para que o nível de lubrificação seja sempre o mesmo.

O momento em que ocorre a ruptura pode ser acompanhado a olho nu ou pelo estalo característico de ruptura. Se a máquina for dotada de um dinamômetro que meça a força aplicada, pode-se determinar o final do ensaio pela queda brusca da carga que ocorre no momento da ruptura.

A altura h do copo é o índice Erichsen de embutimento.

A U L A Existem diversas especificações de chapas para conformação a frio, que estabelecem um valor mínimo para o índice Erichsen, de acordo com a espessura da chapa ou de acordo com o tipo de estampagem para o qual a chapa foi produzida (média, profunda ou extraprofunda).

Ensaio Olsen

Outro ensaio de embutimento bastante utilizado é o ensaio Olsen. Ele se diferencia do ensaio Erichsen pelo fato de utilizar um punção esférico de 22,2 mm de diâmetro e pelos corpos de prova, que são discos de 76 mm de diâmetro.

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Olsen verificou que duas chapas supostamente semelhantes, pois deram a mesma medida de copo quando ensaiadas, precisavam de cargas diferentes para serem deformadas: uma delas necessitava do dobro de carga aplicado à outra, para fornecer o mesmo resultado de deformação.

Por isso, Olsen determinou a necessidade de medir o valor da carga no instante da trinca.

Isso é importante porque numa operação de estampagem deve-se dar preferência à chapa que se deforma sob a ação de menor carga, de modo a não sobrecarregar e danificar o equipamento de prensagem.

Ensaio de torçãoIntrodução

Diz o ditado popular: “É de pequenino que se torce o pepino!” E quanto aos metais e outros materiais tão usados no nosso dia-a-dia: o que dizer sobre seu comportamento quando submetidos ao esforço de torção?

Este é um assunto que interessa muito mais do que pode parecer à primeira vista, porque vivemos rodeados por situações em que os esforços de torção estão presentes.Já lhe aconteceu de estar apertando um parafuso e, de repente, ficar com dois pedaços de parafuso nas mãos? O esforço de torção é o responsável por estragos como esse.

E o que dizer de um virabrequim de automóvel, dos eixos de máquinas, polias, molas helicoidais e brocas? Em todos estes produtos, o maior esforço mecânico é o de torção, ou seja, quando esses produtos quebram é porque não resistiram ao esforço de torção.

A torção é diferente da compressão, da tração e do cisalhamento porque nestes casos o esforço é aplicado no sentido longitudinal ou transversal, e na torção o esforço é aplicado no sentido de rotação.

O ensaio de torção é de execução relativamente simples, porém para obter as propriedades do material ensaiado são necessários cálculos matemáticos complexos.

Como na torção uma parte do material está sendo tracionada e outra parte comprimida, em casos de rotina podemos usar os dados do ensaio de tração para prever como o material ensaiado se comportará quando sujeito a torção.

Estudando os assuntos desta aula, você ficará sabendo que tipo de força provoca a torção, o que é momento torsor e qual a sua importância, e que tipo de deformação ocorre nos

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corpos sujeitos a esforços de torção. Conhecerá as especificações dos corpos de prova para este ensaio e as fraturas típicas resultantes do ensaio.

Rotação e torçãoPense num corpo cilíndrico, preso por uma

de suas extremidades, como na ilustração ao lado.

Imagine que este corpo passe a sofrer a ação de uma força no sentido de rotação, aplicada na extremidade solta do corpo.

O corpo tenderá a girar no sentido da força e, como a outra extremidade está engastada, ele sofrerá uma torção sobre seu próprio eixo. Se um certo limite de torção for ultrapassado, o corpo se romperá.

Você está curioso para saber por que este esforço é importante? Quem sabe uma situação concreta o ajude a visualizar melhor. O eixo de transmissão dos caminhões é um ótimo exemplo para ilustrar como atua este esforço.

Uma ponta do eixo está ligada à roda, por meio do diferencial traseiro.A outra ponta está ligada ao motor, por intermédio da caixa de câmbio.

O motor transmite uma força de rotação a uma extremidade do eixo.Na outra extremidade, as rodas oferecem resistência ao movimento.

Como a força que o motor transmite é maior que a força resistente da roda, o eixo tende a girar e, por conseqüência, a movimentar a roda.

Esse esforço provoca uma deformação elástica no eixo, como mostra a ilustração ao lado.

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Analise com atenção o desenho anterior e observe que:

· D é o diâmetro do eixo e L, seu comprimento;

· a letra grega minúscula j (fi) é o ângulo de deformação longitudinal;

· a letra grega minúscula q (teta) é o ângulo de torção, medido na seção transversal do eixo;

· no lugar da força de rotação, aparece um elemento novo: Mt, que representa o momento torsor.

Veja a seguir o que é momento torsor e como ele age nos esforços de torção.

Momento torsor

Não existe coisa mais chata que um pneu furar na hora errada. E os pneus sempre furam em hora errada! Se já lhe aconteceu de ter de trocar um pneu com uma chave de boca de braço curto, você é capaz de avaliar a dificuldade que representa soltar os parafusos da roda com aquele tipo de chave.

Um artifício simples ajuda a reduzir bastante a dificuldade de realizar esta tarefa: basta encaixar um cano na haste da chave, de modo a alongar o comprimento do braço.

Fica claro que o alongamento do braço da chave é o fator que facilita o afrouxamento dos parafusos, sob efeito do momento da força aplicada.

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Momento de uma força é o produto da intensidade da força (F) pela distância do ponto de aplicação ao eixo do corpo sobre o qual a força está sendo aplicada (C).

Em linguagem matemática, o momento de uma força (Mf) pode ser expresso pela fórmula: Mf = F x C.

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de momento é o newton metro (Nm).

Quando se trata de um esforço de torção, o momento de torção, ou momento torsor, é também chamado de torque.

Propriedades avaliadas no ensaio de torção

A partir do momento torsor e do ângulo de torção pode-se elaborar um gráfico semelhante ao obtido no ensaio de tração, que permite analisar as seguintes propriedades:

Estas propriedades são determinadas do mesmo modo que no ensaio de tração e têm a mesma importância, só que são relativas a esforços de torção.

Isso significa que, na especificação dos materiais que serão submetidos a esforços de torção, é necessário levar em conta que o máximo torque que deve ser aplicado a um eixo tem de ser inferior ao momento torsor no limite de proporcionalidade.

Corpo de prova para ensaio de torção

Este ensaio é bastante utilizado para verificar o comportamento de eixos de transmissão, barras de torção, partes de motor e outros sistemas sujeitos a esforços de torção. Nesses casos, ensaiam-se os próprios produtos.

Quando é necessário verificar o comportamento de materiais, utilizam-se corpos de prova.

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Para melhor precisão do ensaio, empregam-se corpos de prova de seção circular cheia ou vazada, isto é, barras ou tubos. Estes últimos devem ter um mandril interno para impedir amassamentos pelas garras do aparelho de ensaio.

Em casos especiais pode-se usar outras seções.

Normalmente as dimensões não são padronizadas, pois raramente se esco- lhe este ensaio como critério de qualidade de um material, a não ser em situações especiais, como para verificar os efeitos de vários tipos de tratamentos térmicos em aços, principalmente naqueles em que a superfície do corpo de prova ou da peça é a mais atingida.

Entretanto, o comprimento e o diâmetro do corpo de prova devem ser tais que permitam as medições de momentos e ângulos de torção com precisão e também que não dificultem o engastamento nas garras da máquina de ensaio.

Por outro lado, também é muito importante uma centragem precisa do corpo de prova na máquina de ensaio, porque a força deve ser aplicada no centro do corpo de prova.

Equipamento para o ensaio de torção

O ensaio de torção é realizado em equipamento específico: a máquina de torção.

Esta máquina possui duas cabeças às quais o corpo de prova é fixado. Uma das cabeças é giratória e aplica ao corpo de prova o momento de torção. A outra está ligada a um pêndulo que indica, numa escala, o valor do momento aplicado ao corpo de prova.

Fraturas típicas

O aspecto das fraturas varia conforme o corpo de prova seja feito de material dúctil ou frágil.

Os corpos de provas de materiais dúcteis apresentam uma fratura segundo um plano perpendicular ao seu eixo longitudinal.

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Para materiais frágeis, a fratura se dá segundo uma

superfície não plana, mas que corta o eixo longitudinal segundo uma linha que, projetada num plano paralelo ao eixo, forma 45º

aproximadamente com o mesmo (fratura helicoidal).

Exercício 1

Complete as frases com a alternativa que as torna corretas:a) A propriedade física ............................. mudança na composição química do material.· acarreta· não acarreta

b) Resistência mecânica é uma propriedade .............................· física· química

c) Resistência à corrosão é uma propriedade .............................· química

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· mecânica

d) À forma como os materiais reagem aos esforços externos chamamos de propriedade .............................· química· mecânica

Exercício 2Marque com um X a resposta correta.Cessando o esforço, o material volta à sua forma original. Dizemos que esta propriedade mecânica

se chama:( ) resistência mecânica;( ) elasticidade;( ) plasticidade.

Exercício 3Você estudou que os ensaios podem ser: destrutivos e não destrutivos.Relacione corretamente os exemplos com os ensaios:

Exercício 1

Assinale com um X a(s) resposta(s) que completa(m) a frase corretamente:O ensaio de tração tem por finalidade(s) determinar:

a) ( ) o limite de resistência à tração;b) ( ) a impressão causada por um penetrador;c) ( ) o diâmetro do material ensaiado;d) ( ) o alongamento do corpo ensaiado.

Exercício 2

Quando se realiza ensaio de tração, podem ocorrer duas deformações.Assinale com um X quais são elas, na seqüência em que os fenômenos ocorrem no material.

a) ( ) plástica e elástica;b) ( ) plástica e normal;c) ( ) plástica e regular;d) ( ) elástica e plástica.

Ensaio por lima Ensaio de dureza Ensaio de destrutivo Ensaio de traçãoEnsaio não destrutivo

Ensaio por ultra-som 1 Ensaio visual 2

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Exercício 3Calcule a deformação sofrida por um corpo de 15 cm, que após um ensaio de tração passou a

apresentar 16 cm de comprimento. Expresse a resposta de forma percentual.

Exercício 4Sabendo que a tensão de um corpo é igual a 12 N / mm2, a quanto corresponde essa tensão em

kgf/mm2? (Consulte o quadro de conversões, se necessário).Exercício 5 Qual a tensão, em MPa, sofrida por um corpo com 35 mm2 que está sob efeito de uma força de 200 kgf? (Consulte o quadro de conversões, se necessário).

Exercício 1

Analise o diagrama de tensão-deformação de um corpo de prova de aço e indique:a) o ponto A, que representa o limite de elasticidadeb) o ponto B, que representa o limite de resistência

Marque com um X a resposta correta.

Exercício 2Compare as regiões das fraturas dos corpos de prova A e B, apresentados a seguir. Depois

responda: qual corpo de prova representa material dúctil?

Exercício 3Analise o diagrama tensão-deformação abaixo e assinale qual a letra que representa a região de

escoamento.

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A( )B( )C( )D( )

Exercício 4 A fórmula LR = Fmax permite calcular: Soa) ( ) o limite de escoamento;b) ( ) a estricção;c) ( ) o limite de resistência;d) ( ) o limite de ruptura.

Exercício 5Dois materiais (A e B) foram submetidos a um ensaio de tração e apresentaram as seguintes

curvas de tensão-deformação:

Qual dos materiais apresenta maior deformação permanente?A ( )B ( )

Exercício 1Escreva V se a frase for verdadeira ou F se for falsa:( ) O formato do corpo de prova e o método adotado afetam os resultados do ensaio de tração.

Exercício 2Analise o desenho a seguir e assinale com um X a letra que identifica a parte útil do corpo de prova.a) ( ) b) ( ) c) ( ) d) ( )

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Exercício 3Assinale com um X a alternativa que completa a frase corretamente:Segundo a ABNT, o comprimento da parte útil dos corpos de prova utilizados nos ensaios de tração

deve ser:a) ( ) 5 vezes maior que o diâmetro;b) ( ) 6 vezes maior que o diâmetro;c) ( ) 8 vezes maior que o diâmetro;d) ( ) o dobro do diâmetro.

Exercício 4Analise as figuras abaixo e assinale com um X a que mostra fixação do corpo de prova por flange.

a) ( ) b) ( ) c) ( )

Exercício 5Assinale com um X a única frase falsa sobre ensaios de corpos de prova com solda.

a) ( ) É possível retirar corpos de prova de materiais soldados para ensaios de tração;b) ( ) Nos ensaios de corpos de prova de materiais soldados são tensionados, ao mesmo tempo, dois materiais com propriedades diferentes;c) ( ) Os valores obtidos nos ensaios de tração de materiais soldados são válidos apenas para o metal de base;d) ( ) O limite de resistência à tração, nos ensaios de tração de materiais soldados, é afetado pela interação do metal de base e do metal de solda.

Exercício 1Sabendo que o número de divisões (n) do corpo de prova a seguir é 10,represente o comprimento

final (Lf).

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Exercício 2Que propriedade é mais importante determinar na prática: o limite elástico ou o limite de ruptura?

Justifique sua resposta.

Exercício 3O limite Johnson serve para determinar:

a) ( ) o limite de resistência efetiva;b) ( ) o limite elástico aparente;c) ( ) o limite de ruptura;d) ( ) o limite de escoamento.

Exercício 4Escreva V se a frase a seguir for verdadeira ou F se for falsa:

( ) Em alguns casos, em vez de determinar o limite elástico, podemos recorrer ao limite de escoamento para saber qual a carga máxima suportada por um corpo.

Exercício 5Complete a frase com a alternativa que a torna verdadeira:O conhecimento do limite de resistência é importante porque ..........

a) é o valor utilizado para dimensionar estruturas.b) é o único resultado preciso que se pode obter no ensaio de tração.

A U L A Marque com um X a resposta correta:

Exercício 1Garantir o paralelismo entre as placas da máquina de ensaio e limitar o comprimento dos corpos de

prova, nos ensaios de compressão, são cuidados necessários para evitar ................................................... .a) ( ) a flambagem;b) ( ) o atrito;c) ( ) a ruptura;d) ( ) o achatamento.

Exercício 2Na compressão de metais dúcteis não é possível determinar:

a) ( ) o limite elástico;b) ( ) o limite de escoamento;c) ( ) a deformação;d) ( ) o limite de ruptura.

Exercício 3Nos ensaios de compressão de materiais frágeis, a propriedade mecânica avaliada é:

a) ( ) limite de proporcionalidade;

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b) ( ) limite de elasticidade;c) ( ) limite de resistência;d) ( ) limite de escoamento.

Exercício 4Ensaios de compressão costumam ser realizados em produtos acabados, tais como:

a) ( ) barras e chapas;b) ( ) tubos e molas;c) ( ) molas e mancais;d) ( ) tubos e discos.

Exercício 5Sabendo que um ferro fundido apresenta 200 MPa de resistência à tração, qual o valor aproximado

da resistência à compressão deste material?

Exercício 1No cisalhamento, as partes a serem cortadas se movimentam paralelamente por .........................

uma sobre a outra.

Exercício 2A força que faz com que ocorra o cisalhamento é chamada de força.........................

Exercício 3Os dispositivos utilizados no ensaio de cisalhamento, normalmente são adaptados na

máquina .........................

Exercício 4Um rebite é usado para unir duas chapas de aço. O diâmetro do rebite é de 6 mm e o esforço

cortante é de 10.000 N. Qual a tensão de cisalhamento no rebite?

Exercício 5Duas chapas de aço deverão ser unidas por meio de rebites. Sabendo que essas chapas deverão

resistir a uma força cortante de 30.000 N e que o número máximo de rebites que podemos colocar na junção é 3, qual deverá ser o diâmetro de cada rebite? (A tensão de tração do material do rebite é de 650 MPa).

Exercício 1O esforço de flexão age na direção ............................ ao eixo de corpo de prova.

a) paralela;b) angular;c) radial;d) perpendicular.

Marque com um X a resposta correta:

Exercício 2No ensaio de dobramento podemos avaliar qualitativamente:

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a) ( ) o limite de proporcionalidade;b) ( ) o limite de resistência ao dobramento;c) ( ) a ductilidade do material ensaiado;d) ( ) tensão máxima no dobramento.

Exercício 3No ensaio de dobramento de corpos soldados costuma-se medir:

a) ( ) o alongamento da face da solda;b) ( ) o alongamento do corpo de prova;c) ( ) o comprimento do cordão de solda;d) ( ) o ângulo da solda.

Exercício 4No ensaio de flexão, o extensômetro é utilizado para medir ................ .

a) a tensão aplicada;b) o tamanho do corpo de prova;c) a deformação do corpo de prova;d) o alongamento do corpo de prova.

Exercício 5Um corpo de prova de 30 mm de diâmetro e 600 mm de comprimento foi submetido a um ensaio de

flexão, apresentando uma flexa de 2 mm sob uma carga de 360 N. Determine:a) a tensão de flexão;b) o módulo de elasticidade.

Marque com um X a resposta correta.

Exercício 1O ensaio de embutimento serve para avaliar:

a) ( ) a ductilidade de uma barra;b) ( ) a ductilidade de uma chapa;c) ( ) a dureza de uma chapa;d) ( ) a resistência de uma chapa.

Exercício 2O ensaio de embutimento é aplicado no processo de:

a) ( ) fundição;b) ( ) forjaria;c) ( ) estamparia;d) ( ) usinagem.

Exercício 3No ensaio Erichsen, o único resultado numérico obtido é:

a) ( ) a profundidade do copo;b) ( ) o limite de escoamento;c) ( ) a carga de ruptura;d) ( ) diâmetro do copo.

Exercício 4A principal diferença entre os ensaios Erichsen e Olsen é que:

a) ( ) O Erichsen leva em conta a carga de ruptura e o Olsen, não;

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b) ( ) O Erichsen não leva em conta a carga de ruptura e o Olsen, sim;c) ( ) O Erichsen usa um punção esférico e o Olsen, não;d) ( ) O Erichsen usa um anel de fixação e o Olsen, não.

Exercício 5De acordo com o ensaio Olsen, entre duas chapas que dêem a mesma medida de copo, será

melhor para estampar aquela que apresentar:a) ( ) mais alta carga de ruptura;b) ( ) menor ductilidade;c) ( ) maior ductilidade;d) ( ) menor carga de ruptura.

Exercício 1Um corpo cilíndrico está sob ação de uma força de torção de 20 N, aplicada num ponto situado a 10

mm do centro da sua seção transversal. Calcule o torque que está atuando sobre este corpo.

Exercício 2No diagrama abaixo, escreva:

A no ponto que representa o limite de escoamento;B no ponto que representa o limite de proporcionalidade;C no ponto que representa o momento de ruptura;D no ponto que representa o momento máximo.

Exercício 3O material frágil, ao ser fraturado na torção, apresenta:

a) ( ) fratura idêntica ao material dúctil;b) ( ) fratura perpendicular ao eixo do corpo de prova;c) ( ) fratura formando ângulo aproximado de 45ºcom o eixo do corpo de prova;d) ( ) fratura em ângulo diferente de 45º com o eixo do corpo de prova.

Exercício 4O ensaio de torção é realizado .................................... .

a) ( ) na máquina universal de ensaios;b) ( ) na prensa hidráulica;c) ( ) em equipamento especial para o ensaio;d) ( ) em dispositivo idêntico ao do ensaio de tração.

Exercício 5

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Observe seu ambiente de trabalho e cite três exemplos de equipamentos ou produtos onde o esforço de torção é o principal.

Materiais Metálicos

Metais Ferrosos

O ferro

O ferro não é encontrado puro na natureza. Encontra-se geralmente combinado com outros elementos formando rochas as quais dá-se o nome de MINÉRIO.

Minério de ferro

O minério de ferro é retirado do subsolo, porém muitas vezes é encontrado exposto formando verdadeiras montanhas. (Fig. 1)

O principais minérios de ferro são a Hematita e Magnetita.

Para retirar as impurezas, o minério é lavado, partido em pedaços menores e em seguida levados para a usina siderúrgica. (Fig. 2)

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Obtenção do ferro gusa

Na usina, o minério é derretido num forno denominado ALTO FORNO.

No alto forno, já bastante aquecido, o minério é depositado em camadas sucessivas, intercaladas com carvão coque (combustível) e calcário (fundente). (Fig. 3)

Estando o alto forno carregado, por meio de dispositivo especial injeta-se ar em seu interior.

O ar ajuda a queima do carvão coque, que ao atingir 1200ºC derrete o minério. (Fig.4)

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O ferro ao derreter-se deposita-se no fundo do alto forno. A este ferro dá-se o nome de ferro- gusa ou simplesmente gusa.

As impurezas ou escórias por serem mais leves, flutuam sobre o ferro gusa derretido. (Fig. 5)

Através de duas aberturas especiais, em alturas diferentes são retiradas, primeiro a escória e em seguida o ferro-gusa que é despejado em panelas chamadas CADINHOS. (Fig. 6)

O ferro-gusa derretido é levado no cadinho e despejado em formas denominadas lingoteiras.Uma vez resfriado, o ferro-gusa é retirado da lingoteira recebendo o nome de LINGOTE DE FERRO GUSA. (Fig. 7)

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A seguir são armazenados para receberem novos tratamentos, pois este tipo de ferro, nesta forma, é usado apenas na confecção de peças que não passarão por processos de usinagem.

Ferro fundido

É uma liga de ferro - carbono que contém de 2 a 4,5% de carbono. O ferro fundido é obtido diminuindo-se a porcentagem de carbono do ferro gusa. É portanto um ferro de segunda fusão.

A fusão de ferro gusa, para a obtenção do ferro fundido, é feita em fornos apropriados sendo o mais comum o forno “CUBILÔ”. (Fig. 9)

O ferro fundido tem na sua composição maior porcentagem de ferro, pequena porcentagem de carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo.

Tipos de ferro fundido

Os tipos mais comuns de ferro fundido são o ferro fundido cinzento e o ferro fundido branco.

Ferro fundido cinzento

Características:

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Fácil de ser fundido e moldado em peças. (Fig. 10)

Fácil de ser trabalhado por ferramentas de corte. (Fig. 11)

Absorve muito bem as vibrações,condição que torna ideal para corpos de máquinas. (Fig. 12)

Quando quebrado sua face apresenta uma cor cinza escura, devido o carbono se encontrar combinado com o ferro, em forma de palhetas de grafite.

Porcentagem de carbono variável entre 3,5% a 4,5%. Fig. 9

Ferro fundido branco

Características:

Difícil de ser fundido.

Muito duro, difícil de ser usinado, só podendo ser trabalhado com ferramenta de corte especiais.

É usado apenas em peças que exijam muito resistência ao desgaste.

Quando quebrado, sua face apresenta-se brilhamte, pois o carbono apresenta-se totalmente combinado com o ferro.

Porcentagem de carbono variável entre 2% e 3%.

O ferro fundido cinzento, devido às suas características, têm grande aplicação na indústria. O ferro fundido branco é utilizado apenas em peças que requerem elevada dureza e resistência ao desgaste.

Aço

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O aço é um dos mais importantes materiais metálicos usados na indústria mecânica. É usado na fabricação de peças em geral.

Obtém-se o aço abaixando-se a porcentagem de carbono do ferro gusa.

A porcentagem de carbono no aço varia entre 0,05% a 1,7%.

Principais características do aço:

Fig. 19 Pode ser forjado Pode ser soldado Pode ser laminado

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Há duas classes gerais de aços: os aços ao carbono e os aços especiais ou aços-liga.

Aço ao carbono

São os que contém além do ferro, pequenas porcentagens de carbono, manganês, silício, enxofre e fósforo.

Os elementos mais importantes do aço ao carbono são o ferro e o carbono. O manganês e silício melhoram a qualidade do aço, enquanto que o enxofre e o fósforo são elementos prejudiciais.Ferro - É o elemento básico da liga.

Carbono - Depois do ferro é o elemento mais importante do aço. A quantidade de carbono define a resistência do aço.

Exemplo: Um aço com 0,50% é mais resistente que um aço com 0,20% de carbono. Além disso, os aços com porcentagem acima de 0,35% de carbono podem ser endurecidos por um processo de aquecimento e resfriamento rápido denominado têmpera.

A porcentagem aproximada de carbono de um aço pode ser reconhecida na prática pelas fagulhas que desprendem ao ser esmerilhado.

O aço com até 0,35% de carbono, desprendem fagulhas em forma de riscos (Aços de baixa porcentagem de carbono). (Fig.21)

Nos aços com 0,4% até 0,7% de carbono as fagulhas saem em forma de estrelinhas. (Aço de média porcentagem de carbono). (Fig.22)

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Acima de 0,7% de carbono as estrelinhas saem em forma de um feixe. (Aço de alto teor de carbono). (Fig.23)

Classificação segundo a ABNT

A fim de facilitar as interpretações técnicas e comerciais, a ABNT, (Associação Brasileira de Normas Técnicas) achou por bem dar números para a designação dos aços de acordo com a porcentagem de carbono.

Principais designações:

Segundo a ABNT, os dois primeiros algarismos designam a classe do aço. Os dois últimos algarismos designam a média do teor de carbono empregado.

Exemplo:

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Então, o aço 1020, é um aço ao carbono cuja porcentagem de carbono varia entre 0,18% a 0,23%.

Formas comerciais do aço

Para os diferentes usos industriais, o aço é encontrado no comércio na forma de vergalhões, perfilados, chapas, tubos e fios.

1) Vergalhões - são barras laminadas em diversos perfis, sem tratamento posterior à laminação. (Fig.24).

Quando se necessita de barras com formas e medidas precisas recorre-se aos aços trefilados, que são barras que após laminadas passam por um processo de acabamento denominado trefilação. (Fig.25)

2) Perfilados - São vergalhões laminados em perfis especiais tais como: L (cantoneira), U, T, I (duplo T), Z. (Fig.26).

Fig. 26 - Perfilados

Chapas - São laminados planos, encontradas no comércio nos seguintes tipos:

Chapas pretas - sem acabamento após a laminação, sendo muito utilizadas nas indústrias.

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Chapas galvanizadas - recebem após a laminação uma fina camada de zinco. São usadas em locais sujeitos a umidade, tais como calhas e condutores, etc.

Chapas estanhadas - também conhecidas como Folhas de Flandres ou latas. São revestidas com uma fina camada de estanho.

São usadas principalmente na fabricação de latas de conservas devido sua resistência à umidade e corrosão. (Fig.27)

Tubos - Dois tipos de tubos são encontrados no comércio:

com costura - Obtidos por meio de curvatura de uma chapa. Usados em tubulações de baixapressão, eletrodutos, etc.(Fig.28)

sem costura - Obtidos por perfuração a quente.São usados em tubulações de alta pressão.(Fig.29).

Os tubos podem ser pretos ou galvanizados.

Fios - (arames) - São encontrados em rolos podendo ser galvanizados ou comuns.

Alguns exemplos de especificação

1º) Aço laminado 1020 ! - 2” x 100

interpretação: É uma barra de aço de baixa porcentagem de carbono (0,20%) com 2” de diâmetro e 100mm de comprimento. (Fig.30).

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2º) Aço laminado 1050 - 1” x 2” x 150

interpretação: É uma barra de aço de médio teor de carbono (0,50%) laminada em forma retangular (chata) com as seguintes dimensões: (Fig.31)

Resistência à ruptura

Algumas tabelas apresentam os aços classificados pela resistência à ruptura, indicada em quilogramas por milímetro quadrado (kg/mm 2 ).

Exemplo: Aço 60 kg/mm 2

Isso significa que um fio desse aço, que tenha uma secção de 1mm 2 , rompe-se quando se aplica em seus extremos um esforço de tração de 60 kg. (Fig.32)

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Tabela de aços ao carbono e usos gerais

Aço 1006 a 1010 - (Extra-macio)

Resistência à ruptura - 35 a 45 kg/mm 2

Teor de carbono - 0,05% a 0,15%

Não adquire têmpera

Grande maleabilidade, fácil de soldar-seUsos: chapas, fios, parafusos, tubos estirados, produtos de caldeiraria, etc.

Aço 1020 a 1030 - (Macio)



Não adquire têmpera

Maleável e soldável

Usos: barras laminadas e perfiladas, peças comuns de mecânica, etc.

Aço 1030 a 1040 - (Meio macio)



Apresenta início de têmpera

Difícil para soldar

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Usos: peças especiais de máquinas e motores, ferramentas para a agricultura, etc.

Aço 1040 a 1060 - (Meio duro)



Adquire boa têmpera

Muito difícil para soldar-se

Usos: peças de grande dureza, ferramentas de corte, molas, trilhos, etc.

Aço acima de 1060 - (Duro a extra-duro)



Tempera-se facilmente

Não solda

Usos: peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, cutelaria, etc.

Aços especiais ou aços-ligas

Devido às necessidades industriais, a pesquisa e a experiência levaram à descoberta de aços especiais, mediante a adição e a dosagem de certos elementos no aço ao carbono.

Conseguiram-se assim aços-liga com características tais como resistência à tração e à corrosão, elasticidade, dureza, etc., bem melhores que a dos aços ao carbono comuns.

Conforme as finalidade desejadas, adiciona-se ao aço-carbono um ou mais dos seguintes elementos: níquel, cromo, manganês, tungstênio, cobalto, vanádio, silício, molibdênio e alumínio.

Dessa forma, são obtidos aços de grande emprego nas indústrias,tais como:

Os tipos de aços especiais, bem como composição, características e usos industriais são encontrados em tabelas.

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Tipos de aços especiais, características e usos.

1) Aços Níquel

1 a 10% de Níquel - Resistem bem à ruptura e ao choque, quando temperados e revenidos.

Usos - peças de automóveis, máquinas, ferramentas, etc.

10 a 20% de Níquel - Resistem bem à tração, muito duros - temperáveis em jato de ar.

20 a 50% de Níquel - Resistentes aos choques, boa resistência elétrica, etc.

Usos - válvulas de motores térmicos, resistências elétricas, cutelaria, instrumentos de medida, etc.

2) Aços Cromo

até 6% Cromo - Resistem bem à ruptura, são duros, não resistem aos choques.Usos - esferas e rolos de rolamentos, ferramentas, projéteis, blindagens, etc.

11 a 17% de Cromo - Inoxidáveis.

Usos - aparelhos e instrumentos de medida, cutelaria, etc.

20 a 30% de Cromo - Resistem à oxidação, mesmo a altastemperaturas..

Usos - válvulas de motores a explosão, fieiras, matrizes, etc.

3) Aços Cromo-Níquel

8 a 25% Cromo, 18 a 15% de Níquel - Inoxidáveis, resistentes à ação do calor, resistentes à corrosão de elementos químicos.

Usos - portas de fornos, retortas, tubulações de águas salinas e gases, eixos de bombas, válvulas e turbinas, etc.

4) Aços Manganês

7 a 20% de Manganês - Extrema dureza, grande resistência aos choques e ao desgaste.

Usos - mandíbulas de britadores, eixos de carros e vagões, agulhas, cruzamentos e curvas de trilhos, peças de dragas, etc.

5) Aços Silício

1 a 3% de Silício - Resistências à ruptura, elevado limite de elasticidade e propriedades de anular o magnetísmo.

Usos - molas, chapas de induzidos de máquinas elétricas, núcleos de bobinas elétricas, etc.

6) Aços Silício-Manganês

1 silício, 1% de Manganês - Grande resistências à ruptura e elevado limite de elasticidade.

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Usos - molas diversas, molas de automóveis, de carros e vagões, etc.

7) Aços Tungstênio

1 a 9% de tungstênio - Dureza, resistência à ruptura, resistência ao calor da abrasão (fricção) e propriedades magnéticas.

Usos - ferramentas de corte para altas velocidades, matrizes, fabricação de ímãs, etc.

8) Aços Cobalto

Propriedades magnéticas, dureza, resistência à ruptura e alta resistência à abrasão, (fricção).

Usos - ímãs permanentes, chapas de induzidos, etc.

Não é usual o aço cobalto simples.

9) Aços Rápidos

8 a 20% de tungstênio, 1 a 5% de vanádio, até 8% de molibdênio, 3 a 4% de cromo - Excepcional dureza em virtude da formação de carboneto, resistência de corte, mesmo com a ferramenta aquecida ao rubro pela alta velocidade. A ferramenta de aço rápido que inclui cobalto, consegue usinar até o aço-manganês de grande dureza.

Usos - ferramentas de corte de todos os tipos para altas velocidades, cilindros de laminadores, matrizes, fieiras, punções, etc.

10) Aços Alumínio-Cromo

0,85 a 1,20% de alumínio, 0,9 a 1,80% de cromo – Possibilita grande dureza superficial por tratamento de nitrelação - (termo-químico).

Usos - camisas de cilindro removíveis de motores a explosão e de combustão interna, virabrequins, eixos, calibres de medidas de dimensões fixas, etc.

Aços Inoxidáveis

Os aços inoxidáveis caracterizam-se por uma resistência à corrosão superior à dos outros aços. Sua denominação não é totalmente correta, porque na realidade os próprios aços ditos inoxidáveis são passíveis de oxidação em determinadas circunstâncias. A expressão, contudo, é mantida por tradição.

Quanto à composição química, os aços inoxidáveis caracterizam-se por um teor mínimo de cromo da ordem de 12%.

Inicialmente porém vamos definir o que se entende por corrosão e a seguir esclarecer o porque de um aço ser resistente à corrosão.

Para explicar o que é corrosão vamos usar a definição da “Comissão Federal para Proteção do Metal” (Alemanha):

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“Corrosão é a destruição de um corpo sólido a partir da superfície por processos químicos e/ou eletroquímicos”.

O processo mais freqüente que provoca esta destruição é o ataque do metal pelo oxigênio da atmosfera. Porém o aço pode ser atacado e destruído por outras substâncias, tais como ácidos, álcalis e outras soluções químicas.

Este ataque puramente químico, pode ser favorecido por processos eletroquímicos.

Já vimos que o elemento de liga principal que garante a resistência à corrosão é o cromo. Esta resistência à corrosão é explicada por várias teorias. Uma das mais bem aceitas é a teoria da camada protetora constituída de óxidos.

Segundo essa teoria, a proteção é dada por uma fina camada de óxidos, aderente e impermeável, que envolve toda a superfície metálica e impede o acesso de agentes agressivos. Outra teoria, surgida posteriormente, julga que a camada seja formada por oxigênio absorvido. O assunto é controverso e continua sendo objeto de estudos e pesquisas. Entretanto, o que está fora de dúvida é que, para apresentarem suas características de resistência à corrosão, os aços inoxidáveis devem manter-se permanentemente em presença de oxigênio ou de uma substância oxidante que tornam insensível a superfície dos aços aos ataques corrosivos de substâncias oxidantes e diz-se então que o aço está passivado.

Quando o meio em que está exposto o aço inoxidável não contiver oxigênio, a superfície não pode ser passivada. Nestas condições a superfície é considerada ativada e o comportamento do açoquanto à corrosão dependerá só da sua posição na série galvânica dos metais em relação ao meio corrosivo.

Os aços inoxidáveis devem resistir à corrosão de soluções aquosas, gases / quentes ou líquidos de alto ponto de ebulição até a temperatura de cerca 650ºC. Acima desta temperatura já entramos no campo dos Aços Resistentes ao Calor.

Classificação

A classificação mais usual e prática dos aços inoxidáveis é a baseada na microestrutura que eles apresentam em temperatura ambiente, a saber:

Aços inoxidáveis ferríticos (não temperáveis)

Aços inoxidáveis martensíticos (temperáveis)

Aços inoxidáveis austeníticos

Os aços dos dois primeiros grupos são ligados com cromo e eventualmente com até 2,5% de níquel podendo conter ainda molibdênio até cerca de 1,5%.

Os aços do terceiro grupo são ligados com cromo e níquel podendo contar ainda molibdênio e em alguns casos titânio ou nióbio e tântalo.

Metais Não Ferrosos

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Cobre

O cobre é um metal vermelho-marrom, que apresenta ponto de fusão corresponde a 1.083ºC e densidade correspondente a 8,96 g/cm 3 (a 20ºC), sendo, após a prata, o melhor condutor do calor e da eletricidade. Sua resistividade elétrica é de 1,7 x 10 -6 ohm-cm (a 20º). Por este último característico, uma de suas utilizações principais é na indústria elétrica.

O Cobre apresenta ainda excelente deformabilidade. Além disso, o cobre possui boa resistência à corrosão: exposto à ação do ar, ele fica, com o tempo, recoberto de um depósito esverdeado.

A oxidação, sob a ação do ar, começa em torno de 500ºC. Não é atacado pela água pura. Por outro lado, ácidos, mesmo fracos, atacam o cobre na presença do ar.

Apresenta, finalmente, resistência mecânica e característicos de fadiga satisfatórios, além de boa usinabilidade, cor decorativa e pode ser facilmente recoberto por eletrodeposição ou por aplicação de verniz.

O cobre, forma uma série de ligas muito importantes. Segundo classificação da ABNT, os principais tipos de cobre são os seguintes:

cobre eletrolítico tenaz (Cu ETP), fundido a partir de cobre eletrolítico, contendo no mínimo 99,90% de cobre (e prata até 0,1%);

cobre refinado a fogo de alta condutibilidade (Cu FRHC), contendo um mínimo de 99,90% de cobre (incluída a prata);

cobre refinado a fogo tenaz (Cu FRTP), fundido a partir do tipo anterior, contendo de 99,80% a 99,85% no mínimo de cobre (incluída a prata);

cobre desoxidado com fósforo, de baixo teor de fósforo (Cu DLP), obtido por vazamento em molde, isento de óxido cuproso por desoxidação com fósforo, com um teor mínimo de 99,90% de cobre (e prata) e teores residuais de fósforos (entre 0,004 e 0,012%);

cobre desoxidado com fósforo, de alto teor de fósforo (Cu DHP), obtido como o anterior, com teor mínimo de cobre (e prata) de 99,80% ou 99,90% e teores residuais de fósforo (entre 0,015 e 0,040%);

� cobre isento de oxigênio (Cu OF), do tipo eletrolítico, de 99,95% a 99,99% de cobre (e prata); processado de modo a não conter nem óxido cuproso e nem resíduos desoxidantes;

cobre refundido (Cu CAST), obtido a partir de cobre secundário e utilizado na fabricação de ligas de cobre; o teor mínimo de cobre (e prata) varia de 99,75% (grau A) a 99,50% (grau B).

Esses tipos de cobre são fornecidos em forma de placas, chapas, tiras, barras, arames e fios, tubos, perfis ou conformados por forjamento.

Suas propriedades mecânicas variam dentro dos seguintes limites:

- limite de escoamento - 5 a 35 kgf/mm 2- limite de resistência à tração - 22 a 45 kgf/mm 2- alongamento - 48 a 60%- dureza Brinell - 45 a 105 HB

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- módulo de elasticidade - 12.000 a 13.500 kgf/mm 2

Alguns tipos apresentam boa resistência ao choque e bom limite de fadiga.

Os valores dependem do estado em que se encontra o metal, se recozido ou encruado.

O grau de encruamento ou recozimento é designado pela expressão “têmpera”, a qual não tem nada a ver com o tratamento térmico de têmpera, aplicado nas ligas ferro-carbono.

As aplicações industriais dos vários tipos de cobre acima mencionados são as seguintes:

cobre eletrolítico tenaz (Cu ETP) e cobre refinado a fogo de alta condutibilidade (Cu FRHC) - de qualidade mais ou menos idêntica - aplicações onde se exige alta condutibilidade elétrica e boa resistência à corrosão, tais como: na indústria elétrica, na forma de cabos condutores aéreos, linhas telefônicas, motores geradores, transformadores, fios esmaltados, barras coletoras, contatos, fiação para instalações domésticas e industriais, interruptores, terminais, em aparelhos de rádio e em televisores tec.; na indústria mecânica, na forma de peças para permutadores de calor, radiadores de automóveis, arruelas, rebites e outros componentes na forma de tiras e fios; na indústria de equipamento químico, em caldeiras, destiladores, alambiques, tanques e recipientes diversos, em equipamento para processamento de alimentos; na construção civil e arquitetura, em telhados e fachadas, calhas e condutores de águas pluviais, cumieiras, pára-raios, revestimentos artísticos etc;

cobre refinado a fogo tenaz (Cu FRTP) - embora contendo maior teor de impurezas, as aplicações são mais ou menos semelhantes às anteriores no campo mecânico, químico e construção civil; na indústria elétrica, esse tipo de cobre pode ser aplicado somente quando a condutibilidade elétrica exigida não for muito elevada;

cobre isento de oxigênio (Cu OF) - devido a sua maior conformabilidade, é particularmente indicado para operações de extrusão por impacto; aplicações importantes têm-se em equipamento eletro-eletrônico, em peças para radar, anodos e fios de tubos a vácuo, vedações vidro-metal, válvulas de controle termostático, rotores e condutores para geradores e motores de grande porte, antenas e cabos flexíveis e em peças para serviços a altas temperaturas, na presença de atmosferas redutoras;

cobre desoxidado com fósforo, de baixo teor em fósforo (Cu DLP) - é utilizado principalmente na forma de tubos e chapas, em equipamento que conduz fluidos, tais como evaporadores e permutadores de calor, tubulações de vapor, ar, água fria ou quente e óleo; em tanques e radiadores de automóveis; em destiladores, caldeiras, autoclaves, onde se requer soldagem, em aparelhos de ar condicionado etc.;

cobre desoxidado com fósforo, de alto teor em fósforo (Cu (DHP) - aplicações praticamente semelhantes às do tipo anterior.

Latão

Os latões comuns são ligas de cobre-zinco, podendo conter zinco em teores que variam de 5 a 50%, o que significa que existem inúmeros tipos de latões.

A presença do zinco, obviamente, altera as propriedades do cobre.

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À medida que o teor de zinco aumenta, ocorre também uma diminuição da resistência à corrosão em certos meios agressivos, levando à “dezinficação”, ou seja, corrosão preferencial do zinco.

No estado recozido, a presença de zinco até cerca de 30% provoca um ligeiro aumento da resistência à tração, porém a ductilidade aumenta consideravelmente.

Nessa faixa de composição, pode-se distinguir vários tipos representados na Tabela I, com as respectivas propriedades mecânicas. Os valores das propriedades estão representadas numa larga faixa, devido à condição da liga - se recozida ou mais ou menos encruada. Os latões indicados na Tabela I apresentam as seguintes aplicações:

conbre-zinco 95-5 - devido a sua elevada conformabilidade a frio, é utilizado para pequenos cartuchos de armas; devido a sua cor dourada atraente, emprega-se na confecção de medalhas e outros objetos decorativos cunhados, tais como emblemas, placas etc.;

cobre-zinco 90-10 - também chamado de bronze comercial; de características semelhantes ao tipo anterior, sua principais aplicações são feitas na confecção de ferragens, condutos, peças e objetos ornamentais e decorativos tais como emblemas, estojos, medalhas etc.;

cobre-zinco 85-15 - também chamado latão vermelho; características e aplicações semelhantes às ligas anteriores;

cobre-zinco 80-20 - ou latão comum - idem;

cobre-zinco 70-30 - também chamado latão para cartuchos - combina boa resistência mecânica e excelente ductilidade, de modo que é uma liga adequada para processos de estampagem; na construção mecânica, as aplicações típicas são cartuchos para armas, tubos e suportes de tubo de radiadores de automóveis, carcaças de extintores de incêndio e outros produtos estampados, além de pinos e rebites.

Outras aplicações incluem tubos para permutadores de calor, evaporadores, aquecedores e cápsulas e roscas para lâmpadas;

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cobre-zinco 67-33 - embora, apresentando propriedades de ductilidade ligeiramente inferiores ao tipo 70-30, as aplicações são idênticas.

A partir de 37% de zinco, nota-se uma queda mais acentuada na ductilidade.

Os latões desse tipo, indicados na Tabela I, com as respectivas propriedades, têm as seguintes aplicações:

cobre-zinco 67-37 - na fabricação de peças pro estampagem leve, como componentes de lâmpadas e chaves elétricas, recipientes diversos para instrumentos, rebites, pinos, parafusos componentes de radiadores etc.;

cobre-zinco 60-40 - também chamado metal Muntz - esta liga de duas fases presta-se muito bem a deformações mecânicas a quente. É geralmente utilizada na forma de placas, barras e perfis diversos ou componentes forjados para a indústria mecânica; na indústria química e naval, emprega-se na fabricação de tubos de condensadores e permutadores de calor.

Bronze

A Tabela II apresenta os principais tipos. Nos bronzes comerciais o teor de estanho varia de 2 a 10%, podendo chegar a 11% nas ligas para fundição.

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À medida que aumenta o teor de estanho, aumentam a dureza e as propriedades relacionadas com a resistência mecânica, sem queda da ductilidade. Essas ligas podem, geralmente, ser trabalhadas a frio, o que melhora a dureza e os limites de resistência à tração e escoamento, como está indicado na Tabela, pelas faixas representativas dos valores dessas propriedades.

As propriedades são ainda melhoradas pela adição de até 0,40% de fósforo, que atua como desoxidante; nessas condições, os bronzes são chamados fosforosos.

Os bronzes possuem elevada resistência à corrosão, o que amplia o campo de seu emprego.

Freqüentemente adiciona-se chumbo para melhorar as propriedades lubrificantes ou de anti fricção das ligas, além da usinabilidade. O zinco é da mesma forma eventualmente adicionado, atuando como desoxidante em peças fundidas e para a resistência mecânica.

As principais aplicações dos vários tipos de bronze são as seguintes:

tipo 98-2 - devido a sua boa condutibilidade elétrica e melhor resistência mecânica que o cobre, é empregado em contatos, componentes de aparelhos de telecomunicação, molas condutoras etc,;

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em construção mecânica, como parafusos com cabeça recalcada a frio, tubos flexíveis, rebites, varetas de soldagem etc.;

tipo 96-4 - em arquitetura; em construção elétrica, como molas e componentes de interruptores, chaves, contatos e tomadas; na construção mecânica, como molas, diafragmas, parafusos com cabeça recalcada a frio, rebites, porcas etc.;

tipo 95-5 - em tubos para água ácidas de mineração, componentes para as indústrias têxteis, químicas e de papel; molas, diafragmas, parafusos, porcas, rebites, varetas de soldagem etc.;

tipo 94-6 - mesmas aplicações anteriores em condições mais críticas, devido a sua maior resistência à fadiga e ao desgaste. É produzido também nas formas de chapas, barras, fios e tubos;

tipo 92-8 - melhor resistência à fadiga e ao desgaste; na forma de chapas, barras, fios e tubos. Além das aplicações da liga anterior, emprega-se em discos antifricção, devido a suas características antifricção;

tipo 90-10 - é a liga, entre os bronzes, que apresenta as melhores propriedades mecânicas, sendo por isso a mais empregada. Entre algumas aplicações típicas, incluem-se molas para serviços pesados.

Alumínio

Seu peso específico é de 2,7 g/cm 3 a 20ºC; seu ponto de fusão corresponde a 660ºC e o módulo de elasticidade é de 6.336 kgf/mm 2 . Apresenta boa condutibilidade térmica e relativamente alta condutibilidade elétrica (62% da do cobre). É não-magnético e apresenta baixo coeficiente de emissão térmica.

Esses característicos, além da abundância do seu minério principal, vêm tornando o alumínio o metal mais importante, após o ferro.

O baixo peso específico do alumínio torna-o de grande utilidade em equipamento de transporte - ferroviário, rodoviário, aéreo e naval - e na indústria mecânica, numa grande variedade de aplicações.

O baixo ponto de fusão, aliado a um elevado ponto de ebulição (cerca de 2.000ºC) e a uma grande estabilidade a qualquer temperatura, torna a fusão e a moldagem do alumínio muito fáceis.

A condutibilidade térmica, inferior somente às da prata, cobre e ouro, o torna adequado para aplicações em equipamento destinado a permutar calor.

Sua alta condutibilidade elétrica e ausência de magnetismo o tornam recomendável em aplicações na indústria elétrica, principalmente em cabos condutores. Finalmente, o baixo fator de emissão o torna aplicável como isolante térmico.

Entretanto, a resistência mecânica é baixa; no estado puro (99,99% Al), o seu valor gira em torno de 5 a 6 kgf/mm 2 ; no estado encruado (laminado a frio com redução de 75%) sobe para cerca de 11,5 kgf/mm 2 . É muito dúctil: alongamento de 60 a 70%. Apresenta boa resistência à corrosão, devido à estabilidade do seu principal óxido Al2O3 que se forma na superfície do metal.

Essa resistência à corrosão é melhorada por anodização, que ainda melhora sua aparência, tornando-o adequado para aplicações decorativas.

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As ligas de alumínio não apresentam a mesma resistência à corrosão que o alumínio puro, de modo que quando se deseja aliar a maior resistência mecânica das ligas com a boa resistência à corrosão do alumínio quimicamente puro, utiliza-se o processo de revestimento da liga por capas de alumínio puro (“cladding”), originando-se o material “Alclad”.

Devido a sua alta ductilidade, é facilmente laminado, forjado e trefilado, de modo a ser utilizado na forma de chapas, folhas muito finas, fios, tubos etc.

De um modo geral, pode-se dizer que o alumínio de pureza equivalente a 99,9% anodizado, apresenta característicos óticos análogos aos da prata, aplicando-se, por exemplo, em refletores.

Com pureza equivalente a 99,5% utiliza-se em cabos elétricos armados com aço, além de equipamentos variados na indústria química.

Com pureza de 99%, sua principal aplicação é em artigos domésticos, principalmente para utilização em cozinhas.

Materiais Não Metálicos

Madeira

Constituição da madeira

A madeira se origina das árvores e é constituída por um conjunto de tecidos que forma a massa de seus troncos.

O tronco é a parte da árvore donde se extrai a madeira. Situado entre as raízes e os ramos, o tronco é composto de células alongadas, de várias naturezas, segundo sua idade e suasfunções, reunidas por uma matéria intercelular.

A Figura 34 mostra o corte transversal de um tronco de árvore. Na parte externa, o tronco compreende a casca, que se subdivide em casca externa e casca interna. A casca é uma camada protetora que protege e isola os tecidos da árvore contra os agentes atmosféricos. Debaixo da casca, situa-se o liber, que é um tecido cheio de canais que conduzem a seiva Fig. 34 - Corte transversal de um tronco de árvore.

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descendente. Debaixo do liber, encontra-se o alburno (ou câmbio) que é uma camada viva a formação recente, formada de células em plena atividade de proliferação, igualmente cheia de canais, que conduzem a seiva ascendente ou seiva bruta; sua espessura é mais ou menos grande, segundo as espécies. Sob o alburno, encontra-se o cerne, formado por madeira dura e consistente, impregnada de tanino e lignina. O cerne é a parte mais desenvolvida da árvore e a mais importante sob o ponto de vista de material de construção. É formado por uma série de anéis concêntricos de coloração mais clara e mais escura alternadamente; são os anéis ou camadas anuais, que possibilitam conhecer a idade da árvore, sobretudo nos países temperados, onde são mais nítidos. Finalmente, no centro do tronco, encontra-se a medula, constituída de material mole.

A madeira é constituída quimicamente por celulose e lignina. Sua composição química é aproximadamente 50% de carbono, 42 a 44% de oxigênio, 5,0 a 6,0% de hidrogênio, 1% de nitrogênio e 1,0% de matéria mineral que se encontra nas cinzas.

As madeiras, pela sua estrutura anatômica, compreendem dois grandes grupos:

- coníferas ou resinosas, da classe botânica das gimnospermas;

- frondosas, da classe botânica das angiospermas dicotiledôneas.

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Às coníferas pertencem o pinho e o pinheirinho. Às frondosas pertence a maioria das madeiras utilizadas, tais como aroeira-do-sertão, sucupira amarela, eucaliptos citriodora, jatobá, cabreúva vermelha, guarantã, pau-marfim, peroba-rosa, caviúna, eucaliptos robusta, canela, amendoim, peroba-de-campos,, imbuia, pinho brasileiro, freijó, cedro, jequitibá-rosa, etc.

Característicos físicos e mecânicos da madeira

São característicos físicos a umidade, o peso específico e a retratilidade. São característicos mecânicos as resistências à compressão, à tração, à flexão ao cisalhamento, ao fendilhamento e ao choque.

A umidade afeta grandemente a resistência mecânica da madeira, de modo que é importante a sua determinação. As madeiras, logo após o corte, ou seja, ainda “verdes”, apresentam 80% ou mais de umidade. Com o tempo, secam, perdendo inicialmente a água chamada embebição, alcançando o ponto de saturação ao ar: cerca de 25% de umidade. Continuando a secar, as madeiras perdem a água de impregnação, contida nas fibras e paredes dos vasos, resultando contração.

A secagem ao ar, ao abrigo das intempéries, ocasiona perda de umidade até o seu teor alcançar o equilíbrio com o grau hidrométrico do ar.

A secagem em estufa, a 105ºC, durante determinado tempo, pode ocasionar total evaporação da água de impregnação, chegando a umidade a 0%.

A água de constituição, ou seja, aquela contida nas moléculas da madeira não se altera. O peso específico das madeiras varia de 0,30 a 1,30 g/cm 3 , dependendo da espécie da madeira, da árvore de origem, da localização do corpo de prova retirado da madeira em exame etc.

As madeiras comerciais brasileiras apresentam pesos específicos que variam de 0,35 a 1,30 g/cm 3 .

A retratilidadede corresponde às contrações lineares e volumétricas e sua determinação é feita em corpos de prova retirados da madeira com vários teores de umidade: madeira verde, madeira seca ao ar e madeira seca em estufa.

Quanto às propriedades mecânicas propriamente ditas, elas dependem do teor de umidade da madeira e, principalmente, do seu peso específico.

As propriedades que interessam, sob o ponto de vista prático são:

- resistência à compressão paralela às fibras- módulo de elasticidade à compressão- resistência à flexão estática- módulo de elasticidade à flexão- resistência à flexão dinâmica ou ao choque- resistência à tração normal às fibras- resistência ao fendilhamento- dureza- resistência ao cisalhamento.

As melhores madeiras para construção são as que provêm de árvores de maior altura, com troncos retos e regulares. Devem apresentar boa homogeneidade, boa resistência mecânica e dureza, sem, contudo, serem muito densas e difíceis de trabalhar.

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Quando as aplicações são de natureza mecânica, como em certas máquinas, cabos de ferramentas e aplicações semelhantes, as madeiras devem aliar à resistência à compressão boa resistência ao choque, ou seja, tenacidade.

A seguir, indicam-se algumas das principais madeiras encontradas no Brasil, com os respectivos pesos específicos, variáveis dentro dos limites assinalados e aplicações comuns:

acapu ou angelim de folha larga, com peso específico entre 0,85 e 1,00 g/cm 3 , ocorrente no Pará e Amazonas, aplicada em móveis, acabamentos internos, assoalhos, compensados, construção naval e civil etc;

almecegueira ou breu, com densidade entre 0,40 e 0,50, ocorrente no Norte e Centro do Brasil e no litoral de São Paulo até o Rio Grande do Sul, aplicada em móveis, acabamento de interiores, compensados, etc;

amendoim ou amendoim bravo, com densidade entre 0,80 e 0,90, ocorrente em São Paulo, Mato Grosso e norte do Paraná, aplicada em móveis, acabamentos de interiores, assoalhos, cabos de ferramentas, etc;

angélica ou angélica-do-Pará, com densidade de 0,70 a 0,90, ocorrente no Pará e Amazonas, aplicada em móveis, assoalhos, esquadrias, implementos agrícolas, construção naval, estruturas, etc;

angico-preto ou angico preto rajado, de densidade entre 0,75 a 0,95, ocorrente no Vale do Rio Doce, São Paulo e Mato Grosso, aplicada em cabos de ferramentas, assoalhos, dormentes, etc;

angico-vermelho ou angico verdadeiro, com densidade entre 0,70 e 0,80 ocorrente no Vale do Paranapanema, norte do Paraná, até Rio Grande do Sul, aplicada em assoalhos, construções rurais, vigamentos, dormentes, etc;

araputangai ou mogno, com densidade de 0,40 a 0,50, ocorrente em Mato Grosso, Goiás, Pará, Amazonas e Acre, aplicada em móveis, acabamentos interiores, compensados, construção naval, etc;

aroeira-do-sertão ou aroeira legítima, de densidade entre 0,85 e 1,20, encontrada no Nordeste, Bahia, Minas Gerais, São Paulo, Goiás e Mato Grosso, aplicada em construção naval, pontes, postes, moirões, etc;

cabreúva-parda ou bálsamo, com densidade de 0,90 a 1,10 ocorrente na região costeira e em Santa Catarina, aplicada em móveis, acabamentos de interiores, tábuas e tacos de assoalhos, etc;

canela ou canela-clara, com densidade de 0,60 a 0,75, ocorrente nas serras da Mantiqueira e do Mar, aplicada em móveis, carpintaria, dormentes, etc;

caroba ou jacarandá-caroba, de densidade entre 0,40 a 0,50, ocorrente desde o sul da Bahia até o Rio Grande do Sul, aplicada em caixotes, brinquedos, etc;

carvalho brasileiro ou cedro rajado, com densidade entre 0,65 e 0,75, encontrado no litoral do Estado de São Paulo, aplicada em móveis, acabamentos de interiores, compensados, etc;

castanheiro ou castanheiro-do-Pará, com densidade de 0,65 a 0,75, ocorrente no Pará, Amazonas e Acre, aplicada em móveis, construção civil, construção naval, compensado, etc;

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copaíba ou óleo-copaíba, de densidade entre 0,70 e 0,90, encontrada em todo o país, utilizada em móveis, acabamentos de interiores, cabos de ferramentas, coronha de armas, implementos agrícolas, etc;

faveiro ou sucupira-branca, de densidade entre 0,90 a 1,10, ocorrente em Minas Gerais, São Paulo, Goiás e Paraná, empregada em tábuas, tacos, implementos agrícolas, carrocerias, construção naval, etc;

freijó ou frei-jorge, de densidade entre 0,40 e 0,90, encontrada no Pará, aplicada em móveis, construção civil, construção naval, etc;

jenipapo ou jenipapeiro, com densidade entre 0,70 e 0,85, ocorrente no Pará, Amazonas e Acre, utilizada em tornearia, implementos agrícolas, etc;

grumixava ou salgueiro, com densidade entre 0,60 e 0,80, ocorrente na Serra do Mar, empregada em móveis, tornearia, cabos de ferramentas, compensados, etc;

guaraiúva ou quebra-quebra, com densidade entre 0,80 e 0,90, ocorrente em São Paulo, empregada em tornearia, cabos de ferramentas, construção naval, etc;

gurarantã ou pau-duro, com densidade entre 0,95 e 1,10, ocorrente em São Paulo, Mato Grosso e Goiás, empregada em tornearia, tacos, cabos de ferramentas, implementos agrícolas, estacas, postes etc.;

imbuia ou canela imbuia, com densidade entre 0,70 e 0,80, encontrada no Paraná, Santa Catarina, empregada em móveis, acabamentos de interiores, tacos etc.;

ipê-pardo ou piúva do cerrado, com densidade entre 0,90 e 1,20, encontrada em Mato Grosso, Bahia, Minas Gerais, São Paulo e Paraná, empregada em tornearia, tábua e tacos de assoalhos, implementos agrícolas, construção naval etc.;

jacarandá-do-litoral ou jacarandá do brejo, com densidade entre 0.75 e 1,10, ocorrente na região do litoral, entre São Paulo e Santa Catarina, empregada em móveis, tacos de assoalhos, tornearia, cabos de cutelaria etc.;

jatobá ou farinheira, com densidade entre 0,80 e 1,10, ocorrente em todo país, empregada em implementos agrícolas, tacos, construção civil, construção naval, dormentes etc.;

jequitibá-rosa ou pau-caixão, com densidade entre 0,50 e 0,70, ocorrente na Bahia, Rio de Janeiro, São Paulo, Minas Gerais e Espírito Santo, empregada em móveis, compensados etc.;

pau-ferro ou muirapixuma, com densidade entre 0,90 e 1,20, ocorrente nas caatingas do Nordeste, empregada em tornearia, construção civil, dormentes, emplementos agrícolas, construção naval etc.;

pau-marfim ou marfim, com densidade entre 0,75 e 0,95, ocorrente no Sul do país, empregada em móveis, implementos agrícolas, tornearia etc.;

peroba ou amargoso, com densidade entre 0,75 e 0,85, ocorrente no Paraná, Mato Grosso, Minas Gerais, São Paulo e Bahia, empregada em móveis, esquadrias, carrocerias, construção civil etc.;

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peroba-do-campo ou ipê-peroba, com densidade entre 0,75 e 0,80, encontrada na Bahia, Minas Gerais, São Paulo, Goiás e Mato Grosso, empregada em móveis, tacos, construção naval etc.;

pinho brasileiro ou pinho do Paraná, com densidade entre 0,50 e 0,60, encontrada no Paraná, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Minas Gerais e São Paulo, empregada em móveis, acabamentos de interiores, compensados etc.;

sucupira-parda ou sucupira, com densidade entre 0,90 e 1,10, ocorrente no Pará, Amazonas, Goiás, Mato Grosso e Bahia, empregada em móveis, tornearia, tacos de assoalhos, implementos agrícolas, construção naval etc.;

vinhático ou amarelinho, com densidade entre 0,55 e 0,65, ocorrente no litoral fluminense, Minas Gerais, Bahia e Mato Grosso, empregada em móveis, acabamentos de interiores, compensados, construção naval etc.;

Defeitos e enfermidades das madeiras

As madeiras estão sujeitas a defeitos ou anomalias que alteram sua estrutura e a enfermidades que afetam sua composição química, reduzem sua resistência e causam o seu “apodrecimento”.

As anomalias principais são as seguintes:

fibra torcida ou revirada, defeito esse caracterizado pelo fato das fibras das árvores não crescerem paralelamente ao eixo, mas sim em forma de hélice, devido ao excessivo crescimento das fibras periféricas com relação às internas. Estas madeiras servem somente para postes e pés-direitos;

irregularidades nos anéis de crescimento ou nós, o que, quase sempre, rejeita a madeira;

excentricidade do cerne, causada por crescimento heterogênio, resultado em pouca elasticidade e baixa resistência;

fendas ou gretas mais ou menos profundas, no sentido transversal; outras fendas de diversos tipos e denominações constituem igualmente anomalias que podem dificultar a utilização plena da madeira.

Quanto às enfermidades das madeiras, os principais agentes destruidores são fungos, bactérias, insetos, moluscos e crustácios marinhos.

Os fungos que atacam a celulose e a lignina são os mais nocivos.

A madeira saturada de água ou com umidade inferior a 20% é mais difícil de ser atacada pelos fungos.

Há moluscos que atacam as madeiras de embarcações, de diques e outras construções navais, incrustando-se na madeira e abrindo galerias verticais. O meio de combatê-los consiste em tratar-se a madeira com creosoto. Depois de atacadas por esses moluscos, as madeiras podem ser tratadas com sultato de cobre.

Preservação da madeira

Um dos meios utilizados para preservar as madeiras é por intermédio da secagem, natural ou artificial.

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Além da secagem, há os tratamentos superficiais, os quais são aplicados por pintura ou por imersão da madeira ou por impregnação ou por outros métodos.

Os materiais aplicados são chamados “preservativos”. Quando se utiliza o processo de pintura, os preservativos são de preferência previamente aquecidos, para penetrar mais profundamente na madeira.

Na imersão, mergulha-se a madeira no preservativo durante 15 a 20 minutos, com melhores resultados que a simples pintura superficial, pois todas as possíveis trincas e fendas ficam em total contato com o material protetor.

Sem entrar em pormenores, os processos de impregnação que podem utilizar, numa mesma operação, vapor, vácuo e pressão, são os mais eficientes de todos, pois, por seu intermédio, as partes internas das madeiras são também atingidas e ficam protegidas da ação dos agentes destruidores.

Os preservativos mais comumente empregados são: o creosoto, já mencionado e o mais importante de todos, o sulfato de cobre, o bicloreto de mercúrio, óleos crus (parafinados, asfálticos) etc.

Materiais Plásticos

Os materiais plásticos são compostos de resinas naturais ou resinas sintéticas. Quase todas as resinas plásticas são de natureza orgânica, tendo em sua composição Hidrogênio, Carbono, Oxigênio e Azôto. As matérias-primas para a fabricação dos materiais plásticos provêm do carvão mineral, do petróleo ou de produtos vegetais.

O verdadeiro início da indústria dos materiais plásticos data de 1909, quando foram descobertos os primeiros materiais plásticos denominados Bakelite, Durez, Resinox e Textolite.

Classificação Geral dos Materiais Plásticos

Há duas categorias principais: Termoplásticos e Plásticos de endurecimento a quente.

1) Termoplásticos

São os que, quando aquecidos, começam a amolecer a partir de cerca de 60ºC, podendo então ser moldado sem qualquer alteração de sua estrutura química. Os materiais termoplásticos mais conhecidos são: acrílicos, celulósicos, fluorcarbonos, naturais (shellac, asfalto, copal, etc.) nylon, polietilenos, poliestirenos, polivinils e proteínicos.

2) Plásticos de endurecimento a quente

Estes, ao contrário dos primeiros, sofrem alteração química da sua estrutura quando moldados e não podem ser amolecidos novamente pelo calor para uma operação de reforma. Suas temperaturas de moldagem são muito mais altas que as dos termoplásticos. Por outro lado, o produto acabado deste plástico resiste a temperaturas muito mais altas, sem deformação. Os plásticos de endurecimento a quente mais conhecidos são: alkyds, epoxides, furan, inorgânicos, melaminos, fenólicos, poliesters, silicones e formaldeídos de uréia.

Componentes dos Materiais Plásticos

1. Resina - Uma das acima citadas, que é o componente básico e que dá as principais características, o nome e a classificação do material plástico.

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2. Massa - É um material inerte, fibroso, destinado a reduzir o custo de fabricação e melhorar a resistência ou choque e as resistências térmica, química e elétrica. Como massa são utilizados, conforme o caso, dentre outros, os seguintes materiais: pó de madeira, mica, celulose, algodão, papel, asfalto, talco, grafite, pó de pedra. A massa é normalmente empregada na composição dos materiais plásticos de endurecimento a quente.

3. Plasticizantes - São líquidos que fervem a temperatura elevadas (entre 94º e 205ºC). Sua função é melhorar ou facilitar a corrida das resinas, na moldagem, e tornar mais flexível as partes acabadas.

4. Lubrificantes - Usam-se o óleo de linhaça, o óleo de rícino, a lanolina, o óleo mineral, a parafina, a grafite. A função dos lubrificantes é impedir que as peças moldadas se fixem aos moldes.

5. Colorantes.

6. Catalisadores ou Endurecedores, que são elementos necessários ao controle do grau de polimetrização da resina; consiste numa transformação química que aumenta o peso molecular do plástico.

7. Estabilizadores - São elementos que impedem deterioração, mudança de cor e conservam a mistura plástica até o momento da sua moldação.

Propriedades Principais Comuns a Maioria dos Materiais Plásticos:

Leveza, resistência à deterioração pela umidade, baixa condutibilidade térmica, baixa condutibilidade elétrica.

Processos de Fabricação de Produtos Plásticos Acabados

São variadas as técnicas. Citam-se, a seguir, apenas alguns, a título de exemplo.

1) Para materiais termoplásticos:

a) Moldagem por injeção a quente (fig.35);

b) Moldagem por extrusão (fig.36);

c) Moldagem a ar comprimido;

d) Moldagem a vácuo.

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2) Para materiais plásticos de endurecimento a quente:

a) Moldagem por compressão a quente (fig.37);b) Laminagem (fig.38);;c) Fundição e moldagem.

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Papelão Hidráulico

Os papelões hidráulicos destinam-se à vedação de tubulações com vapor saturado, água quente ou fria, soluções neutras, solventes, e produtos químicos. As juntas confeccionadas em papelão hidráulico oferecem elevada resistência ao esmagamento, baixo relaxamento, resistência à altas temperaturas e a produtos químicos.

São fabricados com fibras minerais ou sintéticas ligadas com elastômero. As fibras são responsáveis pela elevada resistência mecânica e o elastômero, vulcanizado sobre pressão e temperatura determina a resistência química e as características de selabilidade, flexibilidade e elasticidade. As borrachas mais usadas na fabricação do papelão hidráulico são a natural (NB), neoprene (CR), nitrílica (NBR) e sintética (SBR).

No caso das fibras as mais usadas são:

A. Amianto - Mineral incombustível, inerte a maioria dos produtos químicos;

B. Fibra Aramida - Material sintético, orgânico com excelente resistência mecânica e boa resistência a produtos químicos;

C. Fibra de Carbono - Material sintético, com excelente resistência química e mecânica;

D. Fibra Celulose - Material natural de limitada resistência à temperatura.

Como principais tipos de papelões hidráulicos, temos:

A. Não Amianto - Fabricado a base de fibras de carbono com borracha nitríca;

B. Amianto - Fabricado com Amianto ligado com borracha Sintética

Para pressões elevadas, o papelão hidráulico é fabricado com inserção de tela, aumentando a resistência mecânica.

Entretanto a selabilidade é reduzida, pois o fluido tende a escapar pela interface (tela x borracha).

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O papelão hidráulico pode ser fornecido com acabamento do tipo grafitado, natural ou com antiaderente. O acabamento do tipo grafitado facilita a desmontagem, evitando que o material cole no flange. Quando a contaminação por grafite for indesejável, pode-se usar papelão com acabamento antiaderente.

Para a escolha correta do tipo de papelão hidráulico é importante o fuido a ser vedado, a temperatura máxima de operação e a pressão máxima de trabalho.

Limites de Serviço

Cada papelão hidráulico apresenta seu próprio limite máximo de temperatura e pressão em função dos seus componentes (tipos de borracha e das fibras de amianto).

Estas condições máximas porém, não devem ocorrer em conjunto, visto que na medida que aumenta a temperatura, o papelão vai perdendo sua resistência mecânica ou à pressão. A borracha sofre processo de envelhecimento e o amianto perde a água de cristalização, que diminui a sua resistência mecânica. O processo de perda de água de cristalização inicia-se a 350ºC.

Contudo é mais acentuado na faixa de temperatura de 540 a 600ºC e consequentemente, a resistência a pressão do papelão cai em elevadas temperaturas.

Os diversos tipos de borracha usados na fabricação dos papelões hidráulicos, determinam seu grau de resistência em relação aos fluidos a serem vedados.

Borracha (Elastômero)

DefiniçãoSubstância elástica feita do látex coagulado de várias plantas, principalmente a seringueira, a

goma-elástica, o caucho, etc, ou por processos químicos-industriais. Beneficiados para a indústria.

Os elastômeros mais usados e suas características são:

Natural (NR): produto extraído de plantas tropicais, possui excelente elasticidade, flexibilidade e baixa resistência química. Envelhece devido ao ataque pelo ozônio, não recomendado para uso em locais expostos ao sol ou em presença de oxigênio. Limites de temperatura: -50ºC a 90ºC;

Sintética (SBR): é o mais comum dos elastômeros. Foi desenvolvido como alternativa à borracha natural apresentando características similares com melhor resistência à temperatura. Recomendado para trabalho em água, os ácidos fracos e álcalis. Limites de temperatura: -50ºC a 120ºC;

Nitrilica (NBR): também conhecida como Buna-N, possui boa resistência a óleos, gasolina, solventes e hidrocarbonetos. Limites de temperatura: -50ºC a 120ºC;

Cloroprene (CR): conhecida pela sua marca comercial Neoprene. Possui excelente resistência aos óleos, gasolina, ozônio, luz solar e envelhecimento, e baixa permeabilidade aos gases. Limites de temperatura: -50ºC a 120ºC.

Fluorelastômero (Vitom): excelente resistência aos ácidos fortes, óleos, gasolina, solventes clorados e hidrocarbonetos. Limites de temperatura: -40ºC a 230ºC.

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Materiais Metálicos e não Metálicos - Avaliação

1) Quais as características do ferro fundido branco?

2) Qual o aço ao carbono adequado para fazer:

Peças comuns de mecânica.

Ferramentas para agricultura

3) Qual os aços especiais que usaria para construir as seguintespeças:

Faca de cozinha

Mola de automóvel

Engrenagem

4) Qual a propriedade mecânica fundamental que se procuranum aço inoxidável?

5) Quais as vantagens da adição de elementos de liga nos aços?

6) Explicar por que o ferro fundido cinzento é pouco resistente emuito frágil, quando comparado ao aço?

7) Quais são as características principais que tornam o cobre ummetal de grande importância industrial?

8) Por que o bronze é preferível ao aço como material para mancais?

9) Por que o alumínio comercialmente puro tem limitações na sua aplicação em componentes mecânicos?

10) Quais são às propriedades que comumente se determinam na madeira?

11) Quais as propriedades principais comuns às diversas espécies de plásticos?

12) Quais os elastômeros mais usados e suas características?

Parafusos, porcas, arruelas e rosca

Parafusos, porcas e arruelas são peças metálicas de vital importância na união e fixação dos mais diversos elementos de máquina.

Por sua importância, a especificação completa de um parafuso e sua porca engloba os mesmos itens cobertos pelo projeto de um elemento de máquina, ou seja: material, tratamento térmico, dimensionamento, tolerâncias, afastamentos e acabamento.

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Parafusos

O parafuso é formado por um corpo cilíndrico roscado e por uma cabeça que pode ser hexagonal, sextavada, quadrada ou redonda.

Em mecânica, ele é empregado para unir e manter juntas peças de máquinas, geralmente formando conjuntos com porcas e arruelas.

Em geral, os parafusos são fabricados em aço de baixo e médio teor de carbono, por meio de forjamento ou usinagem. Os parafusos forjados são opacos e os usinados, brilhantes. As roscas podem ser cortadas ou laminadas.

Aço de alta resistência à tração, aço-liga, aço inoxidável, latão e outros metais ou ligas não-ferrosas podem também ser usados na fabricação de parafusos. Em alguns casos, os parafusos são protegidos contra a corrosão por meio de galvanização ou cromagem.

Dimensão dos parafusos

As dimensões principais dos parafusos são:

diâmetro externo ou maior da rosca; comprimento do corpo;

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comprimento da rosca; altura da cabeça; distância do hexágono entre planos e arestas.

O comprimento do parafuso refere-se ao comprimento do corpo.

Carga dos parafusos

A carga total que um parafuso suporta é a soma da tensão inicial, isto é, do aperto e da carga imposta pelas peças que estão sendo unidas. A carga inicial de aperto é controlada, estabelecendo-se o torque-limite de aperto. Nesses casos, empregam-se medidores de torque especiais (torquímetros).

Tipos de parafusos

Os parafusos podem ser:

sem porca com porca prisioneiro allen de fundação farpado ou dentado auto-atarraxante para pequenas montagens Parafuso sem porca

Nos casos onde não há espaço para acomodar uma porca, esta pode ser substituída por um furo com rosca em uma das peças. A união dá-se através da passagem do parafuso por um furo passante na primeira peça e osqueamento no furo com rosca da segunda peça.

Parafuso com porca

Às vezes, a união entre as peças é feita com o auxílio de porcas e arruelas. Nesse caso, o parafuso com porca é chamado passante.

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Parafuso Allen

O parafuso Allen é fabricado com aço de alta resistência à tração e submetido a um tratamento térmico após a conformação. Possui um furo hexagonal de aperto na cabeça, que é geralmente cilíndrica e recartilhada. Para o aperto, utiliza-se uma chave especial: a chave Allen.

Os parafusos Allen são utilizados sem porcas e suas cabeças são encaixadas num rebaixo na peça fixada, para melhor acabamento. E também por necessidade de redução de espaço entre peças com movimento relativo.

Parafuso de fundação farpado ou dentado

Os parafusos de fundação farpados ou dentados são feitos de aço ou ferro e são utilizados para prender máquinas ou equipamentos ao concreto ou à alvenaria. Têm a cabeça trapezoidal delgada e áspera que, envolvida pelo concreto, assegura uma excelente fixação. Seu corpo é arredondado e com dentes, os quais têm a função de melhorar a aderência do parafuso ao concreto.

Farpado

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Dentado

Parafuso auto-atarraxante

O parafuso auto-atarraxante tem rosca de passo largo em um corpo cônico e é fabricado em aço temperado. Pode ter ponta ou não e, às vezes, possui entalhes longitudinais com a função de cortar a rosca à maneira de uma tarraxa. As cabeças têm formato redondo, em latão ou chanfradas e apresentam fendas simples ou em cruz (tipo Phillips).

Esse tipo de parafuso elimina a necessidade de um furo roscado ou de uma porca, pois corta a rosca no material a que é preso.

Sua utilização principal é na montagem de peças feitas de folhas de metal de pequena espessura, peças fundidas macias e plásticas.

cabeça redonda cabeça fenda Phillips chanfrada

Parafuso para pequenas montagens

Parafusos para pequenas montagens apresentam vários tipos de roscas e cabeças e são utilizados para metal, madeira e plásticos.

cabeça cabeça cabeça cabeça cabeça cilíndrica redonda chanfrada redondo redondo

plana cilíndrica chanfrada

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Dentre esses parafusos, os utilizados para madeira apresentam roscas especiais.

com cabeça oval com cabeça redonda com cabeça chata

Porcas

Porcas são peças de forma prismática ou cilíndrica, providas de um furo roscado onde são atarraxadas ao parafuso. São hexagonais, sextavadas, quadradas ou redondas e servem para dar aperto nas uniões de peças ou, em alguns casos, para auxiliar na regulagem.

Tipos de porcas

São os seguintes os tipos de porcas:

castelo cega (ou remate) borboleta contraporcas

Porca castelo

A porca castelo é uma porca hexagonal com seis entalhes radiais, coincidentes dois a dois, que se alinham com um furo no parafuso, de modo que uma cupilha possa ser passada para travar a porca.

Porca cega (ou remate)

Nesse tipo de porca, uma das extremidades do furo rosqueado é encoberta, ocultando a ponta do parafuso.

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A porca cega pode ser feita de aço ou latão, é geralmente cromada e possibilita um acabamento de boa aparência.

Porca borboleta

A porca borboleta tem saliências parecidas com asas para proporcionar o aperto manual. Geralmente fabricada em aço ou latão, esse tipo de porca é empregado quando a montagem e a desmontagem das peças são necessárias e frequentes.

Contraporcas

As porcas sujeitas a cargas de impacto e vibração apresentam tendência a afrouxar, o que pode causar danos às máquinas.

Um dos meios de travar uma porca é através do aperto de outra porca contra a primeira. Por medida de economia utiliza-se uma porca mais fina, e para sua travação são necessárias duas chaves de boca. Veja figura a seguir.

Arruelas

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São peças cilíndricas, de pouca espessura, com um furo no centro, pelo qual passa o corpo do parafuso.

As arruelas servem basicamente para:

proteger a superfície das peças; evitar deformações nas superfícies de contato; evitar que a porca afrouxe; suprimir folgas axiais (isto é, no sentido do eixo) na montagem das peças; evitar desgaste da cabeça do parafuso ou da porca.

A maioria das arruelas é fabricada em aço, mas o latão também é empregado; neste caso, são utilizadas com porcas e parafusos de latão.

As arruelas de cobre, alumínio, fibra e couro são extensivamente usadas na vedação de fluidos.

Tipos de arruelas

Os três tipos de arruela mais usados são:

arruela lisa arruela de pressão arruela estrelada

Arruela lisa

A arruela lisa (ou plana) geralmente é feita de aço e é usada sob uma porca para evitar danos à superfície e distribuir a força do aperto.

As arruelas de qualidade inferior, mais baratas, são furadas a partir de chapas brutas, mas as de melhor qualidade são usinadas e têm a borda chanfrada como acabamento.

Arruela de pressão

A arruela de pressão consiste em uma ou mais espiras de mola helicoidal, feita de aço de mola de seção retangular. Quando a porca é apertada, a arruela se comprime, gerando uma grande força de atrito entre a porca e a superfície. Essa força é auxiliada por pontas aguçadas na arruela que penetram nas superfícies, proporcionando uma travação positiva.

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- Arruela estrelada

A arruela estrelada (ou arruela de pressão serrilhada) é de dentes de aço de molas e consiste em um disco anular provido de dentes ao longo do diâmetro interno ou diâmetro externo. Os dentes são torcidos e formam pontas aguçadas. Quando a porca é apertada, os dentes se aplainam penetrando nas superfícies da porca e da peça em contato.A arruela estrelada com dentes externos é empregada em conjunto com parafusos de cabeça chanfrada.

Roscas

Rosca é uma saliência de perfil constante, helicoidal, que se desenvolve de forma uniforme, externa ou internamente, ao redor de uma superfície cilíndrica ou cônica. Essa saliência é denominada filete.

Passo e hélice de rosca

Quando há um cilindro que gira uniformemente e um ponto que se move também uniformemente no sentido longitudinal, em cada volta completa do cilindro, o avanço (distância percorrida pelo ponto) chama-se passo e o percurso descrito no cilindro por esse ponto denomina-se hélice.

O desenvolvimento da hélice forma um triângulo, onde se têm:

∞ = ângulo da hélice P (passo) = cateto oposto hélice = hipotenusa D2 (diâmetro médio) = cateto adjacente

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Podem-se aplicar, então, as relações trigonométricas em qualquer rosca, quando se deseja conhecer o passo, diâmetro médio ou ângulo da hélice:

ângulo da hélice =

P (passo) = tg ∞. D2 . π

Quanto maior for o ângulo da hélice, menor será a força de atrito atuando entre a porca e o parafuso, e isto é comprovado através do paralelogramo de forças. Portanto, deve-se ter critério na aplicação do passo da rosca.

Para um aperto adequado em parafusos de fixação, deve-se manter ∞ < 15º.

FA = força de atritoFN = força normalFR = força resultante

Rosca fina (rosca de pequeno passo)

Freqüentemente é usada na construção de automóveis e aeronaves, principalmente porque nesses veículos ocorrem choques e vibrações que tendem a afrouxar a porca.

É utilizada também quando há necessidade de uma ajustagem fina ou uma maior tensão inicial de aperto e, ainda, em chapas de pouca espessura e em tubos, por não diminuir sua secção.

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Parafusos com tais roscas são comumente feitos de aços-liga e tratados termicamente.

Observação: Devem-se evitar roscas finas em materiais quebradiços.

Rosca média (normal)

Utilizada normalmente em construções mecânicas e em parafusos de modo geral, proporciona também uma boa tensão inicial de aperto, mas deve-se precaver quando do seu emprego em montagens sujeitas a vibrações, usando, por exemplo, arruelas de pressão.

Rosca de transporte ou movimento

Possui passo longo e por isso transforma o movimento giratório num deslocamento longitudinal bem maior que as anteriormente citadas. É empregada normalmente em máquinas (tornos, prensas, morsa, etc.) ou quando as montagens e desmontagens são freqüentes.

O material do furo roscado deve ser diferente do aço para evitar a solda a frio (emgripamento). Também é desaconselhável sua montagem onde as vibrações e os choques são frequentes.

Quando se deseja um grande deslocamento com filetes de pouca espessura, emprega-se a rosca múltipla, isto é, com dois filetes ou mais.

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Em alguns casos, quando o ângulo da hélice for maior que 45º o movimento longitudinal pode ser transformado em movimento giratório, como por exemplo, o berbequim.

Perfil da rosca (secção do filete)

Triangular

É o mais comum. Utilizado em parafusos e porcas de fixação, uniões e tubos.

Trapezoidal

Empregado em órgãos de comando das máquinas operatrizes (para transmissão de movimento suave e uniforme), fusos e prensas de estampar (balancins mecânicos).

Redondo

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Emprego em parafusos de grandes diâmetros e que devem suportar grandes esforços, geralmente em componentes ferroviários. É empregado também em lâmpadas e fusíveis pela facilidade na estampagem.

Dente de serra

Usado quando a força de solicitação é muito grande em um só sentido (morsas, macacos, pinças para tornos e fresadoras).

Quadrado

Quase em desuso, mas ainda utilizado em parafusos e peças sujeitas a choques e grandes esforços (morsas).

Sentido de direção do filete

À esquerdaQuando, ao avançar, gira em sentido

contrário ao dos ponteiros do relógio (sentido de aperto à esquerda).

115


À direita

Quando, ao avançar, gira no sentido dos ponteiros do relógio (sentido deaperto à direita).

Simbologia dos principais elementos de uma rosca

D = diâmetro maior da rosca interna (nominal)

d = diâmetro maior da rosca externa (nominal)

D1 = diâmetro menor da rosca interna

d1 = diâmetro menor da rosca externa

D2 = diâmetro efetivo da rosca interna

d2 = diâmetro efetivo da rosca externa

P = passo

A = avanço

N = número de voltas por polegada

n = número de filetes (fios por polegada)

H = altura do triângulo fundamental

he = altura do filete da rosca externa

hi = altura do filete da rosca interna

i = ângulo da hélice (_)

rre = arredondamento do fundo da rosca do parafuso

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rr1 = arredondamento do fundo da rosca da porca

Engrenagens, Correias, Polias e Correntes

Transmissão por engrenagens

As engrenagens, também chamadas rodas dentadas, são elementos básicos na transmissão de potência entre árvores.

Elas permitem a redução ou aumento do momento torsor, com mínimas perdas de energia, e aumento ou redução de velocidades, sem perda nenhuma de energia, por não deslizarem.

A mudança de velocidade e torção é feita na razão dos diâmetros primitivos. Aumentando a rotação, o momento torsor diminui e vice-versa. Assim, num par de engrenagens, a maior delas terá sempre rotação menor e transmitirá momento torsor maior. A engrenagem menor tem sempre rotação mais alta e momento torsor menor.

O movimento dos dentes entre si processa-se de tal modo que no diâmetro primitivo não há deslizamento, havendo apenas aproximação e afastamento.

Nas demais partes do flanco, existem ação de deslizamento e rolamento. Daí conclui-se que as velocidades periféricas (tangenciais) dos círculos primitivos de ambas as rodas são iguais (lei fundamental do dentado).

Elementos básicos das engrenagens

117


(De) Diâmetro externoÉ o diâmetro máximo da engrenagem De = m (z + 2).

(Di) Diâmetro internoÉ o diâmetro menor da engrenagem.

(Dp) Diâmetro primitivoÉ o diâmetro intermediário entre De e Di. Seu cálculo exato é Dp = De - 2m.

(C) Cabeça do denteÉ a parte do dente que fica entre Dp e De.

(f) Pé do denteÉ a parte do dente que fica entre Dp e Di.

(h) Altura do denteÉ a altura total do dente De - Di ou h = 2,166 . m

2 (e) Espessura de denteÉ a distância entre os dois pontos extremos de um dente, medida à altura do Dp.

(V) Vão do denteÉ o espaço entre dois dentes consecutivos. Não é a mesma medida de e.

(P) PassoMedida que corresponde a distância entre dois dentes consecutivos, medida à altura do Dp.

Número de dentes ( Z ) = 16 Módulo (M) = Dp ou P Z π

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(M) MóduloDividindo-se o Dp pelo número de dentes (z), ou o passo (P) por π, teremos um número que se chama

módulo (M).Esse número é que caracteriza a engrenagem e se constitui em sua unidade de medida.

O módulo é o número que serve de base para calcular a dimensão dos dentes.

(∞) = Ângulo de pressãoOs pontos de contato entre os dentes da engrenagem motora e movida estão ao longo do flanco do

dente e, com o movimento das engrenagens, deslocam-se em uma linha reta, a qual forma, com a tangente comum às duas engrenagens, um ângulo. Esse ângulo é chamado ângulo de pressão (∞), e no sistema modular é utilizado normalmente com 20 ou 15º.

Perfil do flanco do dente

O perfil do flanco do dente é caracterizado por parte de uma curva cicloidal chamada evolvente. A figura apresenta o processo de desenvolvimento dessa curva.

O traçado prático da evolvente pode ser executado ao redor de um círculo, marcando-se a trajetória descrita por um ponto material definido no próprio fio.

Quanto menor for o diâmetro primitivo (Dp), mais acentuada será a evolvente. Quanto maior for o diâmetro primitivo, menos acentuada será a evolvente, até que, em uma engrenagem de Dp infinito (cremalheira) a evolvente será uma reta. Neste caso, o perfil do dente será trapezoidal, tendo como inclinação apenas o ângulo de pressão (∞).

119


Geração de evolvente

Imagine a cremalheira citada no item anterior como sendo uma ferramenta de corte que trabalha em plaina vertical, e que a cada golpe se desloca juntamente com a engrenagem a ser usinada (sempre mantendo a mesma distância do diâmetro primitivo).

É por meio desse processo contínuo que é gerada, passo a passo, a evolvente.

O ângulo de inclinação do perfil (ângulo de pressão ∞) sempre é indicado nas ferramentas e deve ser o mesmo para o par de engrenagens que trabalham juntas.

Tipos de engrenagens

Engrenagem cilíndrica de dentes retos

Os dentes são dispostos paralelamente entre si e em relação ao eixo. É o tipo mais comum de engrenagem e o de mais baixo custo.

É usada em transmissão que requer mudança de posição das engrenagens em serviço, pois é fácil de engatar. É mais empregada na transmissão de baixa rotação do que na de alta rotação, por causa do ruído que produz.

120


Engrenagem cilíndrica de dentes helicoidais

Os dentes são dispostos transversalmente em forma de hélice em relação ao eixo.

É usada em transmissão fixa de rotações elevadas por ser silenciosa devido a seus dentes estarem em componente axial de força que deve ser compensada pelo mancal ou rolamento. Serve para transmissão de eixos paralelos entre si e também para eixos que formam um ângulo qualquer entre si (normalmente 60 ou 90º).

121


Engrenagem cilíndrica com dentes internos

É usada em transmissões planetárias e comandos finais de máquinas pesadas, permitindo uma economia de espaço e distribuição uniforme da força. As duas rodas do mesmo conjunto giram no mesmo sentido.

Engrenagem cilíndrica com cremalheira

A cremalheira pode ser considerada como uma coroa dentada com diâmetro primitivo infinitamente grande. É usada para transformar movimento giratório em longitudinal.

Engrenagem cônica com dentes retos

É empregada quando as árvores se cruzam; o ângulo de interseção é geralmente 90º, podendo ser menor ou maior. Os dentes das rodas cônicas têm um formato também cônico, o que dificulta sua fabricação, diminui a precisão e requer uma montagem precisa para o funcionamento adequado..

122


A engrenagem cônica é usada para mudar a rotação e direção da força, em baixas velocidades.

Engrenagem cilíndrica com dentes oblíquos

Seus dentes formam um ângulo de 8 a 20º com o eixo da árvore. Os dentes possuem o perfil da envolvente e podem estar inclinados à direita ou à esquerda.

Os dentes vão se carregando e descarregando gradativamente.

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Sempre engrenam vários dentes simultaneamente, o que dá um funcionamento suave e silencioso. Pode ser bastante solicitada e pode operar com velocidades periféricas até 160m/s.

Os dentes oblíquos produzem uma força axial que deve ser compensada pelos mancais.

Engrenagem cilíndrica com dentes em V

Conhecida também como engrenagem espinha de peixe. Possui dentado helicoidal duplo com uma hélice à direita e outra à esquerda. Isso permite a compensação da força axial na própria engrenagem, eliminando a necessidade de compensar esta força nos mancais.

Para que cada parte receba metade da carga, a engrenagem em espinha de peixe deve ser montada com precisão e uma das árvores deve ser montada de modo que flutue no sentido axial. Usam-se grandes inclinações de hélice, geralmente de 30 a 45º. Pode ser fabricada em peça única ou em duas metades unidas por parafusos ou solda. Neste último caso só é admissível o sentido de giro no qual as forças axiais são dirigidas uma contra a outra.

Engrenagem cônica com dentes em espiral

Empregada quando o par de rodas cônicas deve transmitir grandes potências e girar suavemente, pois com este formato de dentes consegue-se o engrenamento simultâneo de dois dentes.

O pinhão pode estar deslocado até 1/8 do diâmetro primitivo da coroa. Isso acontece particularmente nos automóveis para ganhar espaço entre a carcaça e o solo.

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Parafuso sem-fim e engrenagem côncava (coroa)

O parafuso sem-fim é uma engrenagem helicoidal com pequeno número (até 6) de dentes (filetes).

O sem-fim e a coroa servem para transmissão entre dois eixos perpendiculares entre si. São usados quando se precisa obter grande redução de velocidade e consequente aumento de momento torsor.

Quando o ângulo de inclinação (y) dos filetes for menor que 5º, o engrenamento é chamado de auto-retenção. Isto significa que o parafuso não pode ser acionado pela coroa.

Nos engrenamentos sem-fim, como nas engrenagens helicoidais, aparecem forças axiais que devem ser absorvidas pelos mancais.

Entre o sem-fim e a coroa produz-se um grande atrito de deslizamento. A fim de manter o desgaste e a geração de calor dentro dos limites, adequam-se os materiais do sem-fim (aço) e da coroa (ferro fundido ou bronze), devendo o conjunto funcionar em banho de óleo.

125


Relação de transmissão ( i )

Para engrenagens em geral:

Onde:Dp1 = diâmetro primitivo da roda motoraDp2 = diâmetro primitivo da roda movidaZ1 = número de dentes da roda motoraZ2 = número de dentes da roda movida

Transmissão por polias e correias

Para transmitir potência de uma árvore à outra, alguns dos elementos mais antigos e mais usados são as correias e as polias.

As transmissões por correias e polias apresentam as seguintes vantagens:

possuem baixo custo inicial, alto coeficiente de atrito, elevada resistência ao desgaste e funcionamento silencioso;

são flexíveis, elásticas e adequadas para grandes distâncias entre centros.

Relação de transmissão ( i )

É a relação entre o número de voltas das polias (n) numa unidade de tempo e os seus diâmetros. A velocidade periférica (V) é a mesma para as duas rodas.

Onde:

D1 = ǿ da polia menor

126


D2 = ǿ da polia maior

n1 = número de voltas por minuto (rpm) da polia menor

n2 = rpm da polia maior

Logo:

V1 = V2

πD1n1 = πD2n2

D1n1 = D2n2

Transmissão por correia plana

Essa maneira de transmissão de potência se dá por meio do atrito que pode ser simples, quando existe somente uma polia motora e uma polia movida (como na figura abaixo), ou múltiplo, quando existem polias intermediárias com diâmetros diferentes.

A correia plana, quando em serviço, desliza e portanto não transmite integralmente a potência.

A velocidade periférica da polia movida é, na prática, sempre menor que a da polia motora. O deslizamento depende da carga, da velocidade periférica, do tamanho da superfície de atrito e do material da correia e das polias.

O tamanho da superfície de atrito é determinado pela largura da correia e pelo ângulo de abraçamento ou contato (∞) (figura acima) que deve ser o maior possível e calcula-se pela seguinte fórmula:

∞ para a polia menor ∞ = 180º - 60 . (D2 - D1) L

Para obter um bom ângulo de abraçamento é necessário que:

a relação de transmissão i não ultrapasse 6:1;

127


a distância entre eixos não seja menor que 1,2 (D1 + D2).

No acionamento simples, a polia motora e a movida giram no mesmo sentido. No acionamento cruzado as polias giram em sentidos contrários e permitem ângulo de abraçamento maiores, porém o desgaste da correia é maior.

A correia plana permite ainda a transmissão entre árvores não paralelas.

Formato da polia plana

Segundo norma DIN 111, a superfície de contato da polia plana pode ser plana ou abaulada. A polia com superfície plana conserva melhor as correias e a polia com superfície abaulada guia melhor as correias.

O acabamento superficial deve ficar entre quatro e dez milésimos de milímetro (4 -- 10µm).

Quando a velocidade da correia supera 25m/s é necessário equilibrar estática e dinamicamente as polias (balanceamento).

Tensionador ou esticador

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Quando a relação de transmissão supera 6:1, é necessário aumentar o ângulo de abraçamento da polia menor. Para isso, usa-se o rolo tensionador ou esticador, acionado por mola ou por peso.

A tensão da correia pode ser controlada também pelo deslocamento do motor sobre guias ou por sistema basculante.

Materiais para correia plana

Couro de boiRecebe emendas, suporta bem os esforços e é bastante elásticas.

Material fibroso e sintéticosNão recebe emendas (correia sem-fim), própria para forças sem oscilações, para polia de pequeno

diâmetro. Tem por material base o algodão, o pêlo de camelo, o viscose, o perlon e o nylon.

Material combinado, couro e sintéticosEssa correia possui a face interna feita de couro curtido ao cromo e a externa de material sintético

(perlon). Essa combinação produz uma correia com excelente flexibilidade, capas de transmitir grandes potências.

Transmissão por correia em V

A correia em V é inteiriça (sem-fim) fabricada com secção transversal em forma de trapézio. É feita de borracha revestida por lona e é formada no seu interior por cordonéis vulcanizados para absorver as forças.

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O emprego da correia em V é preferível ao da correia plana e possui as seguintes características:

Praticamente não tem deslizamento. Relação de transmissão até 10:1. Permite uma boa proximidade entre eixos. O limite é dado por p = D + 3/2h (D = diâmetro da polia

maior e h = altura da correia). A pressão nos flancos, em consequência do efeito de cunha, triplica em relação à correia plana. Partida com menor tensão prévia que a correia plana. Menor carga sobre os mancais que a correia plana. Elimina os ruídos e os choques, típicos da correia emendada com grampos. Emprego de até doze correias numa mesma polia.

Perfil e designação das correias em V

A designação é feita por uma letra que representa o formato e por um número que é o perímetro médio da correia em polegada.

Os perfis são normalizados e denominam-se formato A, B, C, D e E, suas dimensões são mostradas na figura a seguir.

Para especificação de correias, pode-se encontrar, por aproximação, o número que vai ao lado da letra, medindo o comprimento externo da correia, diminuindo um dos valores abaixo e transformando o resultado em polegadas.

Perfil dos canais das polias

Perfil A B C D E

Medidas em mm

25 32 42 60 72

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As polias em V têm suas dimensões normalizadas e são feitas com ângulos diferentes conforme o tamanho.

Dimensões normalizadas para polias em V

O perfil dos canais das polias em V deve ter as medidas corretas para que haja um alojamento adequado da correia no canal.

A correia não deve ultrapassar a linha do diâmetro externo da polia e nem tocar no fundo do canal, o que anularia o efeito de cunha.

131


errado certo

Relação de transmissão (i) para correias e polias em V

Uma vez que a velocidade (V) da correia é constante, a relação de transmissão está em função dos diâmetros das polias.

Para as correias em V, deve-se tomar o diâmetro nominal médio da polia (Dm) para os cálculos. O diâmetro nominal calcula-se pela fórmula:

Dm = De - 2x

Onde:

De = diâmetro da polia

x = altura efetiva da correia

h = altura da correia

132


Transmissão por correia dentada

A correia dentada em união com a roda dentada correspondente permitem uma transmissão de força sem deslizamento. As correias de qualidade têm no seu interior vários cordonéis helicoidais de aço ou de fibra de vidro que suportam a carga e impedem o alongamento. A força se transmite através dos flancos dos dentes e pode chegar a 400N/cm2.’

O perfil dos dentes pode ser trapezoidal ou semicircular, geralmente, são feitos com módulos 6 ou 10.As polias são fabricadas de metal sinterizado, metal leve ou ferro fundido em areia especial para precisão nas medidas em bom acabamento superficial.

Para a especificação das polias e correias dentadas, deve-se mencionar o comprimento da correia ou o número de sulcos da polia, o passo dos dentes e a largura.

A relação de transmissão (i) é dada por:

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número de sulco i = da polia maior

número de sulco da polia menor

Procedimentos em manutenção com correias e polias

A correia é importante para a máquina. Quando mal aplicada ou frouxa, provoca a perda de velocidade e de eficiência da máquina; quando esticada demais, há quebra dos eixos ou desgaste rápido dos mancais.

As polias devem ter uma construção rigorosa quanto à concentricidade dos diâmetros externos e do furo, quanto à perpendicularidade entre as faces de apoio e os eixos dos flancos, e quanto ao balanceamento, para que não provoquem danos nos mancais e eixos.

Os defeitos construtivos das polias também influem negativamente na posição de montagem do conjunto de transmissão.

Influência dos defeitos das polias na posição de montagem do conjunto de transmissão

134


Transmissão por correntes

Um ou vários eixos podem ser acionados através de corrente. A transmissão de potência é feita através do engrenamento entre os dentes da engrenagem e os elos da corrente; não ocorre o deslizamento.

É necessário para o funcionamento desse conjunto de transmissão que as engrenagens estejam em um mesmo plano e os eixos paralelos entre si.

roda motora roda movida

Embreagens

As embreagens conforme o tipo, podem ser acionadas, durante o movimento da máquina ou com ela parada.

135


As formas mais comuns das embreagens acionadas em repouso são o acoplamento de garras e o acoplamento de dentes. Geralmente, esses acoplamentos são usados em aventais e caixas de engrenagens de máquinas ferramentas convencionais.

A seguir serão apresentados os principais tipos de embreagens acionadas em marcha. Embreagem de disco

Consiste em anéis planos apertados contra um disco feito de material com alto coeficiente de atrito, para evitar o escorregamento quando a potência é transmitida.

Normalmente a força é fornecida por uma ou mais molas e a embreagem é desengatada por uma alavanca.

Embreagem cônica

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Possui duas superfícies de fricção cônicas, uma das quais pode ser revestida com um material de alto coeficiente de atrito.

A capacidade de torque de uma embreagem cônica é maior que a de uma embreagem de disco de mesmo diâmetro.

Sua capacidade de torque aumenta com o decréscimo do ângulo entre o cone e o eixo. Esse ângulo não deve ser inferior a 8º para evitar o emperramento.

Embreagem centrífuga

É utilizada quando o engate de uma árvore motora deve ocorrer progressivamente e a uma rotação predeterminada.

Os pesos, por ação da força centrífuga, empurram as sapatas que, por sua vez, completam a transmissão do torque.

Embreagem de disco para autoveículos

Consiste em uma placa, revestida com asbesto em ambos os lados, presa entre duas placas de aço quando a embreagem está acionada.

137


O disco de atrito é comprimido axialmente através do disco de compressão por meio das molas sobre o volante.

Com o deslocamento do anel de grafite para a esquerda, o acoplamento é aliviado e a alavanca, que se apoia sobre a cantoneira, descomprime o disco através dos pinos. A ponta de árvore é centrada por uma bucha de deslizamento.

Embreagem de disco para máquinas

A cobertura e o cubo têm rasgos para a adaptação das lamelas de aço temperadas.

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A compressão é feita pelo deslocamento da guia de engate, e as alavancas angulares comprimem, assim, o pacote de lamelas.

A separação das lamelas é feita com o recuo da guia de engate por meio do molejo próprio das lamelas opostas e onduladas. O ajuste posterior da força de atrito é feito através da regulagem do cubo posterior de apoio.

Embreagem de escoraspequenas escoras estão situadas no interior do acoplamento fazendo a ligação entre as árvores.

Essa escoras estão dispostas de forma tal que, em um sentido de giro, entrelaçam-se transmitindo o torque. No outro sentido, as escoras se inclinam e a transmissão cessa.

Embreagem secaÉ um tipo de embreagem centrífuga em que partículas de metal, como granalhas de aço, são

compactadas sob a ação de força centrífuga produzida pela rotação.

As partículas estão contidas em um componente propulsor oco, dentro do qual está também um disco, ligado ao eixo acionado.

A força centrífuga comprime as partículas contra o disco, acionando o conjunto.

Embreagem de roda-livre ou unidirecionalCada rolete está localizado em um espaço em forma de cunha, entre as árvores interna e externa.

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Roda livre Unidirecional

Em um sentido de giro, os roletes avançam e travam o conjunto impulsionando a árvore conduzida.

No outro sentido, os roletes repousam na base da rampa e nenhum movimento é transmitido.

A embreagem unidirecional é aplicada em transportadores inclinados como conexão para árvores, para travar o carro a fim de evitar um movimento indesejado para trás.

Embreagem eletromagnéticaNeste tipo de embreagem, a árvore conduzida possui um flange com revestimento de atrito.

Uma armadura, em forma de disco, é impulsionada pela árvore motora e pode mover-se axialmente contra molas.

Uma bobina de campo, fixa ou livre para girar com a árvore conduzida, é energizada produzindo um campo magnético que aciona a embreagem.

Uma característica importante da embreagem eletromagnética é poder ser comandada a distância por meio de cabo.

Embreagem hidráulica

Neste caso, as árvores, motora e movida, carregam impulsores com pás radiais.

140


Os espaços entre as pás são preenchidos com óleo, que circula nas pás quando a árvore motora gira.

A roda na árvore motora atua como uma bomba, e a roda na árvore movida atua como uma turbina, de forma que a potência é transmitida, havendo sempre uma perda de velocidade devido ao escorregamento.

A embreagem hidráulica tem aplicação em caixas de transmissão automática em veículos.

SINAIS DE USINAGEM

Um desenho não deve ser dado por acabado, sem a indicação do grau de acabamento desejado para cada superfíce.

Pela representação gráfica e pela cotagem de uma peça definimos a sua forma geométrica ideal. O acabamento da superfície depende da finalidade a que se destina a peça.

Este grau de acabamento é caracterizado:

Pelo tipo de superfície produzida que pode ser em bruto, não trabalhada, tais quais resultam dos processos de sua fabricação, como: fundição, forja, laminação etc., ou entã trabalhada pelos processos normais de usinagem, como: tornear, frezar, furar, retificar etc., ou então tratada posteriormente, como: tratamento térmico, galvano-plástico, etc.

Pela qualidade da sua superfície produzida podemos distinguir:

a) uniformidade da ondulação, em função da estabilidade da máquina operatriz;b) rugosidade, isto é, lisura da superfície, em função das marcas e sulcos deixados pela ferramenta

de corte, que dependem do processo de fabricação e da seção da apara.

Para caracterizar a superfície de uma peça, convenciona-se utilizar os sinais de acabamento representados de acordo com o quadro que se segue, com comentários relativos à sua aplicação.

141


FABRICAÇÃO SIGNIFICADOS DOS SINAIS DE ACABAMENTO DE SUPERFÍCIE

SINAL

FABRICAÇÃO SEM FERRAMENTA DE CORTE

Indica uma superfície em bruto: Não se exige maior uniformidade e lisura da superfície do que se obtém pelos processos usuais de fabricação sem ferramentas de corte, como laminar, forjar, trefilar, prensar, corte autogêneo, fundir etc.

SEM SINAL DE SUPERFÍCIE

CORTE SEM ACRÉSCIMO DE MATERIAL

Indica uma superfície em bruto: A uniformidade e lisura exigida para a superfície pode ser obtida pelos processos de fabricação sem ferramentas de corte quando executados com bastante cuidado, ( forjar ou fundir com cuidado, alisar na estampa etc.). Só quando esta condição não for satisfeita é quando esta condição não for satisfeita é que será preciso submeter a superfície a uma operação de acabamento.

SINAL DE APROXIMADAMENTE

FABRICAÇÃO COM

FERRAMENTA

Indica uma superfície desbastada: A uniformidade e lisura exigida para a superfície pode ser obtida por exemplo por uma operação de desbastagem, única ou repetida. As estrias provenientes da ferramenta de corte tolera-se, sejam perceptíveis pelo tato e distintamente visíveis a olho nu.

UM TRIÂNGULO

DE CORTE

CORTE. COM

Indica uma superfície alisada: A uniformidade e lisura exigida para a superfície pode ser, obtida por exemplo por uma operação de alisagem, única ou repetida. As estrias ainda podem ser visíveis a olho nu.

DOIS TRIÂNGULO

142


ACRÉSCIMO DE

Indica uma superfície de alisamento fino: A uniformidade e lisura exigida para a superfície pode ser obtida por exemplo por operação de alisagem fina, única ou repetida. As estrias não devem mais ser visíveis a olho nu.

TRÊS TRIÂNGULO

MATERIAL PARA

USINAGEM

Indica uma superfície de alisamento superfino: A uniformidade e lisura para superfície pode ser obtida por operação de alisagem superfina única ou repetida. As superfícies têm altíssimo grau de acabamento final de instrumentos de medição e controle. A prufundidade de rugosidade deve ser menor que 2.

QUATRO TRÂNGULOS

SINAIS DE SUPERFÍCIE AO LADO DE INDICAÇÕES DE AJUSTES E TOLERÂNCIAS

A indicação de ajustes e tolerâncias não implica determinada perfeição da superfície, devendo por isso vir sempre indicando o sinal de superfície ou a respectiva indicação escrita correspondente à qualidade de superfície desejada. Assim por exemplo uma superfície Ñ pode ser suficiente para um ajuste grosseiro. No entanto, se a função que a peça vai exercer exigir uma superfície mais perfeita ( por exemplo para deslizar sobre outra peça com grande velocidade ), pode-se tornar necessária uma superfície de Ñ, ÑÑ ou mesmo ÑÑÑ não obstante o ajuste grosseiro. Os sinais de superfície nada dizem sobre o tamanho do acréscimo para a usinagem, o qual, por isso, deve ser indicado à parte, por exemplo nas instruções ou em normas particulares do estabelecimento.

APLICAÇÕES TÍPICAS DOS SÍMBOLOS DE SUPERFÍCIE

ÍTEM COMENTÁRIOS QUADRO 7

1

Normalmente os sinais de acabamento de superfície devem ser colocados sobre as próprias linhas que representam as superfícies por trabalhar, e somente em caso de falta de espaço poderão vir sobre as linhas auxiliares, prolongação daquelas

143


2

Em peças redondas os sinais de acabamento de superfície só se indicam sobre uma geratriz

3

Quando todas as superfícies de uma peça forem da mesma natureza, o sinal de acabamento de superfície deve ser colocado à direita no alto ao lado do número da peça. Neste caso os triângulos são maiores do que são comumente, quando se fazem cada um para a sua linha.

4

Senão todas, mas quase todas as superfícies de uma peça forem da mesma natureza, o sinal da superfície que predominar deve ser colocado do lado do número da peça ou ao lado da figura como em ( 3 ), e o sinal da superfície que faz exceção é colocado a seguir entre parênteses. Este último deverá vir também sobre a linha a que se refere. Pode-se fazer da mesma forma, ainda, quando forem de duas espécies que fazem exceção.

5Em peças que se representam em diversos cortes ou vistas, os sinais de superfície devem vir somente na representação, em que a respectva superfície estiver cotada.

6

Para superfície de contato entre duas peças desenhadas encaixadas, o sinal de superfície só virá uma vez, se a qualidade de superfície exigida para ambas as partes for a mesma

7

Quando for apenas uma parte da superfície que deve ter determinada perfeição ou tratamento, o alcance do sinal de superfície deve ser precisado por uma linha de cota com ou sem cota na proximidade do sinal de superfície. A cota pode ser imprescindível.

144


8

Para flancos de dente de engrenagens não representados no desenho os sinais de superfície devem vir sobre a circunferência primitiva, o que pode ser feito tanto na vista como no corte pelo seu eixo. Se a representação for pequena, o sinal de superfície pode deixar de vir diretamente sobre a circunferência, vindo então sobre uma linha de referencia.

9

Quando as superfícies de uma peça não registram sinal de acabamento, é porque permanecem em bruto, como fornecidas pela fundição, forjada etc. Mas, caso algumas superfícies de uma peça levem o sinal de “aproximado”, significa que estas superfícies devem ser fundidas, limpas e na medida.

145


BIBLIOGRAFIA

Resistência dos Materiais Ensino Profissionalizante Fundação Roberto Marinho – SENAI

Sinais de Usinagem Ministério da Marinha

Elementos de Máquinas Ministério da Marinha

Materiais Plásticos Apostila – Ceteb - Ca

146


Apostila Elaborada pelo Prof. Lauro Rattes

Sumário

Ensaiar é preciso Para que servem os ensaios ...........................................................................................02 Onde são feitos os ensaios .............................................................................................03 Propriedades dos materiais .............................................................................................04

Ensaio de tração Para que servem os ensaios de tração ..........................................................................07 Antes da ruptura, a deformação .....................................................................................08 Tensão de tração: o que é e como é medida .................................................................11 Calculando a tensão .......................................................................................................13

Ensaio de tração: propriedades mecânicas avaliadas Diagrama tensão – deformação ....................................................................................14 Limite elástica ................................................................................................................15 Módulo de elasticidade ..................................................................................................16 Limite de proporcionalidade ...........................................................................................16 Escoamento ...................................................................................................................17 Limite de resistência ......................................................................................................17 Limite de ruptura ............................................................................................................18 Estricção ........................................................................................................................18

Ensaio de tração: procedimentos normalizados Confiabilidade dos ensaios ............................................................................................19 Normas técnicas voltadas para ensaios de tração .........................................................20 Equipamento para o ensaio de tração ............................................................................20 Corpos de prova .............................................................................................................21 Preparação do corpo de prova para o ensaio de tração ................................................23

Ensaio de tração: análise dos resultados Como calcular o alongamento .........................................................................................24 Determinação do limite elástico ou de proporcionalidade ................................................26 Limite de escoamento: Valores convencionais .................................................................29 Tensão no limite de resistência ........................................................................................30 Dificuldade com a tensão de ruptura ........................................................................... ....30 Calculando a estrição .......................................................................................................30 Exemplo de relatórios de ensaio de tensão ......................................................................31

147


Ensaio de compressão O que a compressão e a tração tem em comum ...............................................................32 Limitações do ensaio de compressão ................................................................................34 Ensaio de compressão em materiais dúcteis .....................................................................35 Ensaio de compressão em materiais frágeis ......................................................................36 Ensaio de compressão em produtos acabados ..................................................................37

Ensaio de cisalhamento A força que produz o cisalhamento ....................................................................................38 Como é feito o ensaio de cisalhamento .............................................................................39 Tensão de cisalhamento ....................................................................................................41 Uma aplicação prática ........................................................................................................42

Dobramento e flexão Da flexão ao dobramento ....................................................................................................45 O ensaio de dobramento ......................................................................................................46 Processo de dobramento ......................................................................................................47 O ensaio de flexão ................................................................................................................48 Propriedades mecânicas avaliadas ......................................................................................49

Ensaio de embutimento Ductilidade de chapas ............................................................................................................54 Descrição do ensaio ...............................................................................................................55 Ensino Erichsen ......................................................................................................................55 Ensaio olsen ...........................................................................................................................56

Ensaio de torção Rotação e torção .................................................................................................................... 58 Momento torsor ...................................................................................................................... 59 Propriedades avaliadas no ensaio de torção ......................................................................... 60 Corpo de prova para ensaio de torção ................................................................................... 61 Equipamento para o ensaio de torção .................................................................................... 61 Faturas típicas ........................................................................................................................ 62 Exercícios ............................................................................................................................... 63 a 74

Elementos de Materiais e Máquinas Classificação dos materiais para equipamentos de processo................................................ 76 Materiais plásticos ................................................................................................................. 77 Classes de materiais plásticos .............................................................................................. 78 Empreprego dos materiais plásticos ..................................................................................... 79

Parafusos, porcas, arruelas e roscas Parafusos ............................................................................................................................... 80 Dimensão dos parafusos ........................................................................................................ 81 Carga dos parafusos .............................................................................................................. 81 Tipos de parafusos ................................................................................................................. 81 Parafusos com porca ............................................................................................................. 82 Parafusos Allen ...................................................................................................................... 82 Parafusos de fundação farpado ou dentado .......................................................................... 83

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Parafusos auto-atarraxante .................................................................................................... 83

Parafusos para pequenas montagens ......................................................................................... 84 Porca ........................................................................................................................................... 84 Tipos de porcas ........................................................................................................................... 84 Porca castelo ............................................................................................................................... 85 Porca cega (ou remate) ............................................................................................................... 85 Porca borboleta ............................................................................................................................ 85 Contraporcas ................................................................................................................................ 86 Arruelas ........................................................................................................................................ 86 Tipos de arruelas .......................................................................................................................... 86 Arruela lisa .................................................................................................................................... 87 Arruela de pressão ........................................................................................................................ 87 Arruela estrela ............................................................................................................................... 87 Roscas .......................................................................................................................................... 89 Rosca fina (rosca de pequeno passo) .......................................................................................... 89 Rosca média (normal) .................................................................................................................. 89 Rosca de transporte ou movimento .............................................................................................. 89 Perfil da rosca ............................................................................................................................... 90

Engrenagens, correias, polias e correntes Transmissão por engrenagens .......................................................................................................94 Elementos básicos das engrenagens ............................................................................................ 94 Tipos de engrenagens ................................................................................................................... 98 Transmissão por polias e correias ............................................................................................... 103 Transmissão por correias plana .................................................................................................... 104 Transmissão por correntes ............................................................................................................ 113

Embreagens ................................................................................................................................... 113

Sinais de Usinagem .........................................................................................................................119

Sinais de superfície ao lado de indicação de ajuste e tolerâncias .................................................. 121

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ensaiar é preciso

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