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Seleção de Materiais

Prof. Cleber S. Alves

IntroduçãoConteúdo que vai ser abordado:Considerações sobre seleção de materiais;Propriedades dos materiais (metais, polímeros e cerâmicas);

Seleção de materiais segundo:Resistência mecânicaResistência à temperaturaResistência do desgasteResistência à fadigaResistência à corrosão



Seleção de materiais e projeto

Requisito fundamental:

“Menor custo de fabricação para uma data qualidade especificada"



Seleção de materiais e projeto

Criação de um novo produto, ou nova função;

Modificações que visam a adaptação a novas condições de serviço;

Materiais inadequados ao serviço;Novos materiais e novos processos para melhoria

do desempenho;Redução de custo



Critérios de seleção de materiais

Número de unidades;Disponibilidade de material;Custo;Existência de especificações e códigos;Viabilidade de reciclagem;Tipo de carregamento



Causas de falhas determinadas em várias investigações (350 casos estudados)�



Análise de falhasÉ uma das mais importantes técnicas para garantir a integridade e a segurança de produtos e instalações industriais. Os resultados dessa análise contribuem para:Prevenção de falhas em equipamentos e produtos;Melhoramento e modificações no projeto;Melhor entendimento do projeto, dos materiais, das técnicas de fabricação e dos métodos de inspeção



Mecanismos causadores de falhas em plantas industriais



Resistência Mecânica dos MateriaisPropriedades estáticas:

Propriedades na tração:Ensaio de tração: comumente utilizado para

determinar os parâmetros fundamentais que caracterizam o comportamento mecânico do material ensaiado.

Os parâmetros são utilizados para o projeto do produto, controle de qualidade do material e determinação das melhores condições de fabricação



Esquema do aparato para ensaio de tração e detalhe do corpo de prova durante realização do ensaio



Exemplo de curva resultante do ensaio de tração



Pelo ensaio de tração podem ser definidos:

A resistência à tração;O limite de escoamento;O módulo de elasticidade;A ductilidade;A resiliência;A tenacidade.



Algumas propriedades mecânicas de metais e do aço



Testes de dureza



METAIS

Alta resistência à compressão;As propriedades mecânicas, inclusive a dureza, são muito importantes na seleção de materiais metálicos;Para uma dada aplicação é necessário um equilíbrio entre essas e as demais propriedades necessárias para tal aplicação.



METAIS – BAIXA RESISTÊNCIA MECÂNICA

Há 2 motivos para utilizar metais com baixa resistência mecânica:

custo e facilidade de fabricação;necessidade de atender outras características: conformabilidade, resistência à corrosão, facilidade de receber acabamento superficial, etc.



LIGAS METÁLICAS

Muitas ligas metálicas podem ser consideradas como de média resistência mecânica, como as ligas de cobre e os aços inoxidáveis;



LIGAS METÁLICAS COM MÉDIA RESISTÊNCIA MECÂNICA

Ligas à base de cobre: Possuem ampla faixa de resistências mecânicas em função dos elementos de liga presentes.Aços: Existe uma grande variedade de aços, com limites de escoamento entre 207 e 690 MPa, em função dos elementos de liga e tratamentos térmicos efetuados.Aços inoxidáveis: usados quando se requer média resistência mecânica associada a uma boa resistência àcorrosão.



LIGAS METÁLICAS COM ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICAPoucos metais não ferrosos ocupam essa categoria : ligas de Cu-Be e ligas de Ti, que podem atingir até 1240 Mpade limite de escoamento, além de possuirem baixa densidade em comparação com os aços;Aços de médio carbono e de baixa liga tratados termicamente e temperados pertencem a essa categoria. Teores de carbono de 0.4% aumentam a resistência mecânica, mas aumentam a dificuldade de soldagem e diminuem a tenacidade. Para controlar o teor de C, usa-se Ni, Mo e V, evitando-se fragilidade e pobre soldabilidade.



LIGAS METÁLICAS COM ULTRA ALTA RESISTÊNCIA MECÂNICAAços maragingPodem ser tratados termicamente após a usinagem final;Podem alcançar resistências mecânicas maiores que os aços citados anteriormente;O seu custo final é menor que o dos outros aços de sua categoria, devido ao baixo custo de usinagem;Podem ser soldados sem subsequente tratamento térmico.



CERÂMICAS

Baixa resistência à tração e alta resistência à compressão, podendo ser 10x maior que àquela;A sua resistência mecânica é extremamente sensível ao método de preparação da amostra, aos tratamentos superficiais, a usinagem e às condições do ensaio;Para o mesmo método de ensaio, amostras grandes tem tendência a serem mais fracas (fratura frágil).



CERÂMICAS

O número e o tamanho das trincas internas também são importantes (propagação sob tração);As trincas resultam do processamento e do uso;Os métodos de fabricação precisam evitar a presença de porosidade;Processamento na forma final da peça evita necessidade de usinagem, economizando tempo de trabalho e resultando em componentes mais resistentes.



CERÂMICAS

Cerâmicas monofásicas são mais resistentes que aquelas que possuem mais de uma fase (pressões residuais);O tamanho do grão também afeta a resistência das cerâmicas. Tamanhos de grão grandes significam resistência mecânica inferior.



POLÍMEROS E COMPÓSITOSAo contrário dos metais, os plásticos não reforçados caracterizam-se por curvas de tensãoxdeformação não linear até o limite de escoamento;As mesmas curvas para plásticos reforçados com fibra de vidro são lineares até 0.3% de deformação;Plásticos apresentam taxa de fluência maiores que os metais;Propriedades como ruptura por fluência, módulo de fluência e deformação de fluência são importantes na seleção de materiais plásticos para a fabricação de peças



POLÍMEROS E COMPÓSITOSResinas poliméricas para aplicações estruturais são combinadas com outros constituintes, como plastificantes, cargas, corantes e outros polímeros (plásticos de engenharia);

Devido às características visco-elásticas, seu comportamento sob tensão é mais complexo que os metais;

As propriedades mecânicas são afetadas significativamente pelo tempo, pela temperatura e pelas condições ambientais (umidade e exposição à luz ultra-violeta).

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