TECNOLOGIA MECÂNICA. Aula 02. Introdução ao Estudo dos Materiais

Transcrição

1 Aula 02 Introdução ao Estudo dos Materiais Prof. Me. Dario de Almeida Jané

2 Introdução ao Estudo dos Materiais - Definição - Tipos de Materiais / Classificação - Propriedades dos Materiais

3 Introdução ao Estudo dos Materiais Chamaremos de MATERIAIS, as substâncias cujas propriedades as tornam utilizáveis em estruturas, máquinas, dispositivos ou produtos consumíveis. Através de uma visão geral, engenharia, ciência e tecnologia dos materiais estão relacionados com a geração e aplicação do conhecimento sobre o Processamento, a Estrutura, as Propriedades e o Desempenho de tais materiais.

4 Introdução ao Estudo dos Materiais Resolver um problema de materiais consiste na seleção do material correto dentre muitos disponíveis. Existem vários critérios através dos quais a decisão final será tomada. Em primeiro lugar, as condições de serviço devem ser caracterizadas, uma vez que irão ditar as propriedades exigidas do material. Uma segunda consideração de seleção diz respeito a qualquer perda das propriedades dos materiais que possa ocorrer durante a operação em serviço. Por fim, a consideração sobre os fatores econômicos também deverá estar presente.

5 Introdução ao Estudo dos Materiais Tipos de Materiais Cerâmicas Polímeros Compósitos

6 METAIS e LIGAS METÁLICAS Ferro e suas ligas (Ligas Ferrosas) - Aços - Ferros Fundidos Outros Metais e suas ligas (Ligas Não-Ferrosas) - Metais básicos: cobre, alumínio, magnésio, titânio, níquel, chumbo, zinco, etc; - Metais refratários: tungstênio, molibdênio, tântalo e nióbio. - Metais nobres: ouro, prata, platina, paládio, ródio, rutênio, irídio e ósmio;

7 Ligas Metálicas Ferrosas Não Ferrosas Aços Ferros Fundidos Ligas Básicas Ligas Refratárias Ligas Nobres

8 LIGAS METÁLICAS NÃO-FERROSAS (Básicas) LIGAS DE COBRE Latão: liga de cobre e zinco. - Alta resistência à corrosão; - Alta ductilidade; - Usado em núcleos de radiadores, bocais e acessórios de iluminação, cartuchos de munições. Bronze: liga de cobre e estanho, alumínio, níquel, silício. - Alta resistência à corrosão; - Menor ductilidade que os latões; - Usado em mancais, buchas,engrenagens.

9 LIGAS METÁLICAS NÃO-FERROSAS (Básicas) LIGAS DE ALUMÍNIO - Elementos de liga: cobre, magnésio, silício, zinco, manganês. - Densidade relativamente baixa (2.7 g/cm3); - Resistência à corrosão; - Alta ductilidade (melhora da resistência mecânica através do forjamento); - Condutividade térmica e elétrica elevadas; - Usadas para linhas e tanques de combustível, latas de bebidas, trocadores de calor, rebites, arames, carcaças de bombas e caixas de transmissão, blocos de motores, rodas, etc.

10 LIGAS METÁLICAS NÃO-FERROSAS (Básicas) LIGAS DE MAGNÉSIO - Elementos de liga: alumínio, manganês, zinco. - Densidade baixa (1.7 g/cm3); - Assim como as ligas de alumínio, possui alta ductilidade (melhora da resistência mecânica através do forjamento); - Ponto de fusão baixo (aprox. 650 C); - Resistência à corrosão razoável em atmosfera normal (ruim em ambiente marinho); - Usadas para tubulações, componentes automotivos (volante, coluna de direção), rodas automotivas, etc.

11 LIGAS METÁLICAS NÃO-FERROSAS (Básicas) LIGAS DE TITÂNIO - Elementos de liga: alumínio molibdênio e estanho. - Densidade relativamente baixa (4.5 g/cm3); - Resistência mecânica elevada; - Ponto de fusão elevado (1.600 C); - Resistência à corrosão extraordinária em temperaturas normais (torna-se altamente reativo em temperaturas elevadas); - Usadas para carcaças, fuselagens de avião e equipamentos resistentes à corrosão p/ indústria naval e de processamento químico.

12 LIGAS METÁLICAS NÃO-FERROSAS (Refratárias) OS METAIS REFRATÁRIOS - Elementos de liga: nióbio, molibdênio, tungstênio e tântalo. - Possuem ponto de fusão extremamente elevado (entre a C); - Elevada resistência e dureza; - Praticamente imunes ao ataque químico (corrosão); - Usadas para peças estruturais em veículos espaciais, turbinas, reatores nucleares.

13 LIGAS METÁLICAS NÃO-FERROSAS (Nobres) OS METAIS NOBRES - Elemento de liga: cobre. - Ouro, prata e platina, são elementos de elevada ductilidade; - Utilizadas em joalheria; - A platina também é utilizada em termopares (medida de temperatura).

14 LIGAS METÁLICAS FERROSAS (Fe-C) AÇOS TECNOLOGIA MECÂNICA - Porcentagem de Carbono variando entre 0.05 % e 2.14 %. FERROS FUNDIDOS - Porcentagem de Carbono maior que 2.14 % (na prática, entre 3.00 % e 4.50 %).

15 LIGAS METÁLICAS FERROSAS (AÇOS) AÇOS com baixo teor de CARBONO - Teor de Carbono inferior a 0.25 %. - Não respondem à tratamentos termofísicos; - Possuem elevada ductilidade; - São usináveis e soldáveis; - Podem receber outros elementos de liga (cobre, vanádio, níquel e molibdênio), para melhoria de suas características mecânicas; - Usados amplamente na indústria automobilística e formas estruturais (vigas I, canaletas, etc).

16 LIGAS METÁLICAS FERROSAS (AÇOS) AÇOS com médio teor de CARBONO - Teor de Carbono entre 0.25 % e 0.60 %; - Respondem bem aos tratamentos termofísicos (Têmpera e Revenimento); - Também podem receber outros elementos de liga (níquel, cromo e molibdênio); - Usados para rodas e trilhos de trens, engrenagens, virabrequins e componentes estruturais de alta resistência.

17 LIGAS METÁLICAS FERROSAS (AÇOS) AÇOS com alto teor de CARBONO - Teor de Carbono entre 0.60 % e 1.40 %; - Mais duros e resistentes; - Baixa ductilidade; - Usados em condição endurecida e revenida; - Resistente ao desgaste e abrasão; - Usados para fabricação de ferramentas (brocas, serras, ferramentas de torno e plaina, matrizes de injeção plástica).

18 LIGAS METÁLICAS FERROSAS (AÇOS) AÇOS INOXIDÁVEIS - Concentração de cromo acima de 11%; - Outros elementos típicos de liga são níquel e molibdênio; - Resistentes à corrosão; - Usados em equipamentos para processos químicos.

19 LIGAS METÁLICAS FERROSAS (F. FUNDIDOS) FERRO CINZENTO - Com teores de carbono entre 2.5 e 4.0 % e silício entre 1.0 e 3.0 %; - Baixa resistência à tração; - Elevada resistência ao desgaste (abrasão); - Usados em bases e barramentos de máquinas operatrizes.

20 Introdução ao Estudo dos Materiais Tipos de Materiais (LIGAS METÁLICAS FERROSAS - FeC) F. FUNDIDOS FERRO DÚCTIL ou NODULAR - Formado quando se adiciona uma pequena quantidade de magnésio e/ou cério ao ferro cinzento antes da fundição; - Melhoria da resistência mecânica (tração) em comparação ao ferro cinzento; - Usados para válvulas de bombas, virabrequins, engrenagens e componentes automotivos e de máquinas.

21 Introdução ao Estudo dos Materiais Tipos de Materiais (LIGAS METÁLICAS FERROSAS - FeC) F. FUNDIDOS BRANCO - Com teores de Silício menores que 1 %; - Ligas de aparência branca, dura e resistentes (muito difícil a usinagem); - Utilizado em cilindros de laminação.

22 Introdução ao Estudo dos Materiais Tipos de Materiais 2) Cerâmicas Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos e nãometálicos. ALUMINA São geralmente isolantes de calor e eletricidade; São mais resistêntes à altas temperaturas e à ambientes severos que metais e polímeros; Com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas são duras, porém frágeis.

23 Introdução ao Estudo dos Materiais Tipos de Materiais 3) Polímeros Materiais poliméricos são geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não-metálicos. São constituídos de moléculas muito grandes (macro-moléculas); Tipicamente, esses materiais apresentam baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis; São classificados como TERMORRÍGIDOS ou TERMOFIXOS (PU, EVA) e TERMOPLÁSTICOS (PET, PEAD, PEBD, PVC, PP, PS).

24 Introdução ao Estudo dos Materiais Tipos de Materiais 4) Compósitos Materiais compósitos são constituídos de mais de um tipo de material insolúvel no meio; Os compósitos são desenhados para apresentarem a combinação das melhores características de cada material constituinte; Um exemplo clássico é o compósito de matriz polimérica com fibra de carbono. O material compósito apresenta a resistência da fibra de carbono associado a flexibilidade do polímero.