propriedades_basicas

Propriedades Mec nicasPropriedades Mec nicas

resistncia tra o e compress o;

resistncia a flex o transversal;

resistncia ao impacto;

resistncia fadiga, fluncia;

dureza;

plasticidade/ductilidade e tenacidade;

Propriedades QumicasPropriedades Qumicas

resistncia corros o (h diversas formas);

resistncia oxida o, etc.

PROPRIEDADES B` SICAS DOS MATERIAIS PROPRIEDADES B` SICAS DOS MATERIAIS

Propriedades FsicasPropriedades Fsicas

Propriedades Eltricas (condutividade eltrica, resistividade eltrica, etc)

Propriedades Magnticas (permeabilidade magntica; for a coercitiva, indu o magntica, etc.)

Propriedades Trmicas (condutividade trmica; dilata o trmica, etc)

Propriedades ticas (transparncia; ndice de refra o, etc.)

Par tribol gico

Propriedades Tribol gicasPropriedades Tribol gicas

resistncia aos diversos tipos de desgaste (desgaste abrasivo, desgaste adesivo, desgaste erosivo, etc.);

coeficiente de atrito do material.

par tribol gico eixo-bucha

SELE O DOS MATERIAIS SELE O DOS MATERIAIS

A sele o depende das propriedades do materialA sele o depende das propriedades do material

Aplica o particular Aplica o particular pretendidapretendida

Conjunto de propriedades Conjunto de propriedades requerido pela aplica orequerido pela aplica o

Sele o do material que atende ao Sele o do material que atende ao conjunto de propriedadesconjunto de propriedades

Sele o do processo de fabrica oSele o do processo de fabrica o

Para determinar as propriedades de um material s o realizados enPara determinar as propriedades de um material s o realizados ensaios saios

especficos para a cada propriedade. O procedimento de cada ensaespecficos para a cada propriedade. O procedimento de cada ensaio io

descrito em normais tcnicas nacionais e internacionais como:descrito em normais tcnicas nacionais e internacionais como:

ISO ISO International Standard Organization;International Standard Organization;

ABNTABNT-- Associa oAssocia o BrasileiraBrasileira de de NormasNormas TcnicasTcnicas; ;

DIN DIN -- Deutsche Deutsche IndustrieIndustrie NormenNormen; ;

ASTM ASTM American Society for Testing and MaterialsAmerican Society for Testing and Materials

MPIFMPIF-- Metal Powder Industry Federation, etc.Metal Powder Industry Federation, etc.

A geometria das amostras a serem ensaiadas (chamados corpos de A geometria das amostras a serem ensaiadas (chamados corpos de prova) e as condi es tcnicas de condu o de cada ensaio s o prova) e as condi es tcnicas de condu o de cada ensaio s o descritas nas normas tcnicas.descritas nas normas tcnicas.

Exemplo:Exemplo: Resistncia tra oResistncia tra o fifi obtida atravs do chamado obtida atravs do chamado

Ensaio de Tra o (Ensaio de Tra o (Tensile Test, ASTM Standards E 8 e E 8MTensile Test, ASTM Standards E 8 e E 8M) )

ENSAIOS PARA DETERMINA O DAS PROPRIEDADESENSAIOS PARA DETERMINA O DAS PROPRIEDADES

Esfor o de tra o Esfor o de compress o

Esfor o de cisalhamento Esfor o de tor o

L0

estric o

L f

A0

corpo de provaantes do ensaio

corpo de provaap s ensaio

ssss = F/A (N/mm2)

Propriedades mec nicasPropriedades mec nicas

1) ENSAIO DE TRA O1) ENSAIO DE TRA O

Representa o esquemtica de mquina de ensaio de tra o

Devemos diferenciar entre:

tens o nominal ou tens o de engenhariatens o de engenharia

(engineering stress) fi ssssssss = F/A= F/A00 [N/mm2]

tens o realtens o real (true stress) fi ssssssss = F/A= F/A !" # $%

O conhecimento da tens o real mais interessante

em estudos cientficos sobre comportamento mec nico

e mecanismos de deforma o envolvidos.

Na engenharia, para projetar estruturas e

componentes mec nicos, utilizamos a tens o de

engenharia.

Conceitos de Tens o e de deforma oConceitos de Tens o e de deforma o

A deforma odeforma o nominal ou de engenhariade engenharia (engineering strain)

no sentido do comprimento do corpo de prova dada por:

Deforma oDeforma o

A deforma o real (true strain) dado por:

onde L = comprimento instant neo e A = rea instant nea

L - L0eeee=L0

=DDDDL

L0

e = Lo

dLL

= ln ==== ????= ln ==== ????Lo AoA e =

Lo

LdLL

= ln ==== ????= ln ==== ????Lo AoL

eeee

GrGrficosficos ss x x ee

s e

s t

s t = resistncia tra o

s e = tens o de escoamento / limite elstico

Deforma o eeee mmmm

s r

s r = tens o de rupturas =

A0F Nmm2

Comparar com Comparar com Curva realCurva real

Curva Curva tenstens oo real versus deforma o em tra oreal versus deforma o em tra o

ssss real

& e

(

) *

M dulo de Elasticidade O m dulo de elasticidade a inclina o da curva tens o versus deforma o (s x e ) na regi o elstica.

uma propriedade muito importante pois representa a rigidez do material, isto , a sua resistncia deforma o elstica. Valores do m dulo de elasticidade:

Metais: varia entre 45 GPa (Mg) e 407 GPa (W); Cer mica: entre 70 e 500 GPa e Diamante = 1000GPa Polmeros: entre 0,007 e 4 GPa.

(1GPa = 1000 (1GPa = 1000 MPaMPa = 1000 N/mm= 1000 N/mm22))

E =DsDsDsDsDeDeDeDeE =DsDsDsDsDeDeDeDe

ssss eeeeE =DsDsDsDsDeDeDeDeE =DsDsDsDsDeDeDeDe


ssss eeee

MM dulo de Elasticidadedulo de Elasticidade

Le

s t

Deforma o eeee mmmm

s =A0F Nmm2

DsDsDsDs

DeDeDeDe

+ , -

ssss ! eeee

E =DsDsDsDsDeDeDeDeE =DsDsDsDsDeDeDeDe



ssss eeeees

. / 0/ 1 . 2 *

03 4

- 5,

6

7 6

gggg ) qqqq

& 6

s = F/A

s de compress o

s

s de tra o

6

7 6

gggg ) qqqq& 6

8

3

8

*

1

9$: 9;

8 7 7

6

8 - =

" - " @9>!

estric o

L f

corpo de provaap s ensaio

Estric oEstric o

Chama-se de estric o o percentual de deforma o

em rea no local onde se forma a estric o

(pesco o), isto ,

ffff = A f A0

A0ffff =

A f A0A0

AlongamentoAlongamento

Chama-se de alongamento deforma o plstica

total ocorrida no corpo de prova at a sua ruptura no

ensaio de tra o.

uma propriedade do material que se relaciona com a sua uma propriedade do material que se relaciona com a sua

capacidade de deformarcapacidade de deformar--se plasticamente (sua plasticidade). se plasticamente (sua plasticidade).

Quanto mais dctil o material maior o seu alongamento.Quanto mais dctil o material maior o seu alongamento.

A =Lf Lo

Lo(ap s ruptura)A =

Lf LoLo

(ap s ruptura)

Alongamento a deforma o plstica mxima na dire o Alongamento a deforma o plstica mxima na dire o da aplica o da for ada aplica o da for a

s

& e

+

+

#! $ %#! $ %&& ( ! ! % ) ! $ # * ( ! ! % ) ! $ # * ++

?? - - ** 0 0

@0 , - , @ 0

3 4 ( A * 0

1 ; 99 8 (

(

TENS O DE ESCOAMENTO CONVENCIONADA TENS O DE ESCOAMENTO CONVENCIONADA ssss ,- Quando n o apresenta patamar de escoamento claramente definido define-se, por norma, como tens o de escoamento aquela tens o para a qual o material j apresenta 0,2% de deforma o permanente e determina-se graficamente (ver figura).

Quando submetido a uma for a de tra o o material sofre, inicialmente, apenas deforma o elstica at ser alcan ado o limite elstico; a partir deste ponto do ensaio come a a ocorrer, alm da elstica, a deforma o plstica ou permanente.

LIMITE EL` STICO (LLIMITE EL` STICO (LEE) )

eeee = eeeeel + eeeepl

Tenso ssss

Deforma o eeee

eeeepleeeeelTenso ssss

Deforma o eeee

eeeepleeeeel

eeee = eeeeel + eeeepl

ssss ) . # 9

& e

9$C

s 0,2

As propriedades mec nicas de materiais polimricos podem ser

descritas usando-se, em parte, os mesmos conceitos ou termos

utilizados para materiais metlicos e cer micos.

A figura a seguir mostra a curva tens o X deforma o tpica de

nylon (material polimrico).

Ensaio de tra o de PolmerosEnsaio de tra o de Polmeros

D ) 9

es de

E+EF" E

( 4 , - 4 0 4 7 ( D - 4 * 0" 4 * , @ s @e 4 * 0

- * 4 7 5 * G

D ) H s e eeee ) ssss#! ,

D ) H s s !s s ! )

s $!s s $!

-

( *

ssss

& e

ssss r

(

I

Limite elstico

Deforma o eeee

s

( *

#

4 * * @ = 6 , , 4 0 , - 4 0

8 * - @ * , @ ssss @eeee

Limite elstico

Deforma o eeee

s *

Material Metlico tenaz

eeee

Material cer mico(comportamento

frgil ) s

Material Metlico dctil

s s

eeee eeee

Fratura de material frgil

Fratura de material dctil

Fratura de material tenaz

Aspecto da fratura de materiais

Tabela 1. Propriedades mec nicas de alguns materiais

390.0002100Tungstnio

35324.0001600 Molibdnio

0,3430107.000330 T240Tit nio

0,3570110.000380 T152Bronze (92Cu+8Sn)

0,3568110.000303 T75Lat o (70Cu+30Zn)

0,3545110.000220 T69Cobre (99,95)

0,3140207.000483 T138Nquel ( > 99 )

0,2745207.000260 T130Ferro puro

0,332569.00055 T17Alumnio (>99,5)

0,374876.000125 T55Prata

0,291445.000165 T41Magnsio

Coeficientede

Poisson

Alonga-mento

(%)

M dulo de Elasticidade

[N/mm2]

Resistncia [N/mm2]

ssssesc.[N/mm2]

MATERIAL

0,2069.00069 FVidro de Borosilicato

22.0003T, 8 F; 200C

Grafita

01.000.0005000 Com.Diamante

0,19470.000170 FCarbeto de Silcio

0,26370.000210 a 340 FAl2O3 sinterizado (5%poros)

2200-2600 FMetal duroWC+10 % Co

0,3030200.000483 T275A o inox 410-Mart.

0,3060193.000515 T205A o inox 310 aust.

0,3030207.000520 T350A o 1040

Continua o Tabela 1

Coeficientede

Poisson

Alongamento

(%)


[N/mm2]

Resistncia [N/mm2]

ssssesc.[N/mm2]

MATERIAL

750-850

1,317-25Polisoprenovulcanizado

440-600

1,61,4 - 3,0Poliestireno vulcanizado

20-80210028-48ABS

60283082,7nylon 66

2-30280041PVC (cloreto de polivinila)

2,78960158Poliester

15-10083028Polietilieno de alta densidade

290.000340 FCarbeto de BoroSinterizado (HP)

Continua o Tabela 1

Coeficientede

Poisson

Alongamento

(%)


[N/mm2]

Resistncia [N/mm2]

ssssesc.[N/mm2]

MATERIAL

ENSAIO DE COMPRESS O

For a F1 For a F2 > F1 For a F3 > F2

H1 H2 H3A1 A2 A3

For a F1 For a F2 > F1 For a F3 > F2

H1 H2 H3A1 A2 A3

ENSAIO DE COMPRESS O

ssss real

& e

(

s e

Deforma o em altura: altura = DDDDH /H0

Deforma o em rea: eeeeA = DDDDA / A0

Coeficiente de Poisson: nnnn = eeeex / eeeez = eeee eeee.O coeficiente de Poisson a rela o entre a

deforma o elstica no sentido da aplica o da for a e a

deforma o elstica perpendicular a esta dire o.

Os valores do coeficiente de Poisson da maioria dos

materiais metlicos e cer micos encontram-se entre 0,26

e 0,35.

Ensaio de Ruptura por Flex o

Em materiais muito duros, o ensaio de tra o muito difcil de ser

realizado na prtica e, ent o, prefere-se utilizar o ensaio de flex o

para determinar a resistncia do materiala resistncia do material, neste caso, chamada de

resistncia ruptura por flex o.resistncia ruptura por flex o.

Ensaio de flex o em trs pontos Ensaio de flex o em trs pontos fifi ver figuraver figura..

O ensaio de flex o utilizado em todas as classes de materiais

$, 6$, 6$$; J +; J +

ss ))

$, 6$, 6$$; J +; J +

ss ))

LL

Q

h

b

Flex o em 3 pontos

L L

Q

h

b

Flex o em 3 pontos

LL

Q

h

b

Flex o em 3 pontos

L L

Q

h

b

Flex o em 3 pontos

CORPO DE PROVA DO ENSAIO DE TRACORPO DE PROVA DO ENSAIO DE TRA O O

L0

estric o

L f

CORPO DE PROVA DO ENSAIO DE TRACORPO DE PROVA DO ENSAIO DE TRA O O

L0

estric o

L f

DD o di metro

$, 6$, 6$$; J +; J +

ss ))

$, 6$, 6$$; J +; J +

ss ))

Clculo da resistncia flex o:

Sec o retangular:

Se o circular:

ssssssss ruprup a resistncia ruptura por flex o (medida em N/mm2 quando a for a dada em N);

QQ a carga aplicada;

L L = dist= dist ncia entre apoioncia entre apoio , b , b = largura= largura e h h = altura= altura do corpo de prova retangular

&;J +

s ) 2,546

&;J +

s ) 2,546

EXERCCIOS

1) Baseado no resultado do ensaio de tra o apresentado

na figura a seguir, determinar:

a) M dulo de elasticidade do material;

b) Resistncia do material ao escoamento;

c) Resistncia tra o;

d) Alongamento.

0,2 0,4 0,6 1,0 2,0eeee (%)

ssss [N/mm2]

100

200

300

400

500

600

700

E = = = = 150.000 N/mm2DsDsDsDs

DeDeDeDe

sssseeee

300 N/mm2

0,002mm/mmE = = = = 150.000 N/mm2

DsDsDsDs

DeDeDeDe

sssseeee

300 N/mm2

0,002mm/mm

a) M dulo de elasticidade do material

100

200

300

400

500

0,2 0,4 0,6eeee (%)

DsDsDsDs

DeDeDeDe

600

700

ssss [N/mm2]

1,0 2,0

100

200

300

400

500

0,2 0,4 0,6eeee (%)

DsDsDsDs

DeDeDeDe

600

700

ssss [N/mm2]

1,0 2,0

b) Resistncia do material ao escoamento

No caso, como n o tem patamar de escoamento definido, utiliza-se o conceito de tens o de escoamento convencionada, ou seja, s0,2

ssss0,2 = 475 N/mm2

100

200

300

400

500

0,2 0,4 0,6

ssss0,2

eeee (%)

600

700

ssss [N/mm2]

1,0 2,0

100

200

300

400

500

0,2 0,4 0,6

ssss0,2

eeee (%)

600

700

ssss [N/mm2]

1,0 2,0

c) Resistncia do material a tra o

ssss r = 625 N/mm2

100

200

300

400

500

0,2 0,4 0,6

ssss r

eeee (%)

600

700

ssss [N/mm2]

1,0 2,0

100

200

300

400

500

0,2 0,4 0,6

ssss r

eeee (%)

600

700

ssss [N/mm2]

1,0 2,0

d) Alongamento obtido no ensaio de tra o

A = 1,8%

100

200

300

400

500

0,2 0,4 0,6 eeee (%)

ssss [N/mm2]

600

700

1,0 2,0

100

200

300

400

500

0,2 0,4 0,6 eeee (%)

ssss [N/mm2]

600

700

1,0 2,0

2) Baseado no resultado do ensaio de tra o

apresentado na figura a seguir, determinar:




d) Alongamento.

T e n s o ssss

D e f o r m a o eeee (% )

1 2 0 0

1 0 0 0

8 0 0

6 0 0

[ N /m m ]2

1 4 0 0

4 0 0

2 0 0

4 , 0 0 ,8 3 ,2 1 ,6 4 ,8 2 ,4 5 ,6 0 ,4

T e n s o ssss

D e f o r m a o eeee (% )

1 2 0 0

1 0 0 0

8 0 0

6 0 0

[ N /m m ]2

1 4 0 0

4 0 0

2 0 0

4 , 0 0 ,8 3 ,2 1 ,6 4 ,8 2 ,4 5 ,6 0 ,4

EXERCCIOS

2) Baseado no resultado do ensaio de tra o apresentado

na figura a seguir, determinar:




d) Alongamento.

SOLU O

c) Resistncia a tra o: r = 1400N/mm2

b) Resistncia ao escoamento: esc = 0,2 = 900N/mm2

d) Alongamento aproximadamente 5,8%

500

mm/mma) E = = 5 x 105N/mm2

N/mm2

0,001

500

mm/mma) E = = 5 x 105N/mm2

N/mm2

N/mm2

0,001

3) Uma base de medida de 50 mm adotada num fio de cobre. O fio tracionado at que as marcas da base de medida assumam a dist ncia de 59 mm. Calcule a deforma o.Solu o: e = DDDD L/Lo = (59 50)/50 = 9/50 = 0,18 mm/mm, ou seja, 18%4) Se o m dulo de elasticidade mdio de um a o de 205.000 MPa, de quanto ser estendido um fio de a o com di metro de 2,5 mm e comprimento inicial de 3 metros ao suportar uma carga de 4900N ?

Solu o:

A = R2 = (D/2)2 = D2/4 OU = F/A = F/ R2 ou 4F/ D2

= DDDDL/Lo ou DDDDL = Lo E = / ou = /E

Ent o, temos que DDDDL = ( /E )Lo = [F/ R2E]Lo

DDDD+ = 4.900 / [3,14 x (1,25)2 x 205.000] x 3000 = 14700000/1005781,25

DDDD + ) B>: B

4) A resistncia a ruptura por flex o de uma barra de sec o quadrada de 10 x 10 mm de 600 N/mm2. Qual a carga mnima necessria para romper a barra por flex o sendo a dist ncia entre os apoios de 100mm?

SOLU O

$, 6$, 6$$; J +; J +

ss ))

$, 6$, 6$$; J +; J +

ss ))

Q =( )s rup2bh2

3LQ =( )s rup

2bh2

3L

600N/mm2 = 4000N Q = ( )2000mm3

300mm600N/mm2 = 4000N Q = ( )2000mm

3

300mm

Qflflflfl

100 mm

Qflflflfl

100 mm

Material a ser ensaiado

Ensaios de Dureza

Para a engenharia de materiais e a metalurgia, dureza a resistncia do material deforma o plstica;

O ensaio de dureza:

Aplica-se uma carga Q atravs de um penetrador e mede-se o tamanho da marca de deforma o deixada pelo mesmo (impress o de durezaimpress o de dureza).

Q

ffffb)

Material A

Material B com dureza maior do que o

material A

Materiais mais duros s o mais resistentes a deforma o plstica e deixam uma impress o menor

A dureza do penetrador deve ser maior do que a da amostra a ser ensaiada

Mtodos de ensaios de dureza

1) Por risco Escala de dureza Mohs

Escala de dureza Mohs uma tabela de 10 minerais

padr es em que o anterior riscado pelo posterior na

seguinte ordem: talco, gipsita, calcita, fluorita, apatita,

ortoclsio, quartzo, topzio, safira e diamante. Por

tanto, ela serve para classifica o de minrios in loco, no

campo ou em laborat rio.

Este tipo de medida de dureza de grande utilidade na

rea de mineralogia e geologia, mas apresenta pouco

interesse na rea de materiais e metalurgia.

2) Dureza por penetra o

No ensaio de dureza por

penetra o, aplica-se uma

carga Q sobre a superfcie

polida do material a ser

ensaiado atravs de um

penetrador e mede-se a marca

deixada pelo penetrador ap s a

remo o da carga.

Material a ser ensaiado

Q

ffff

As principais escalas de dureza (ensaio por penetra o):

a) Dureza VickersPenetrador: pir mide de diamante com base quadrada, com

um ngulo de 136 graus entre as faces opostas.

Atravs do penetrador (pir mide de diamante) pode se aplicar

cargas desde muito pequenas (microdur metro Vickers, Q <

1N) at da ordem de 1500N (dur metro Vickers).

O microdur metro Vickers serve para medir a dureza de cada

fase distinta do material, desde que a impress o de

microdureza seja menor que o tamanho de partcula da fase.

HV = 1,8544Q/L2 [N/mm2]

L

Q = carga aplicada no ensaio, isto , ao penetrador de diamante

L = medida da diagonal da impress o de dureza.

Lei de Meyer:Para boa parte dos metais observa-se que HV~ 3se, onde se a tens o de escoamento do material

A escala Vickers muito utilizada na pesquisa porque permite compara o dos materiais entre si, desde os de dureza mais baixa (metais) at os muito duros (cer mica)

microdureza da matriz

microdureza da fase B

microdureza da fase A

5 mmmmm




5 mmmmm




5 mmmmm




5 mmmmm

Microdureza em um material polifsicoMicrodureza em um material polifsico

b) Dureza Brinell

Penetrador: esfera de a o temperado; aplica-se carga Q

atravs da esfera; mede-se a calota esfrica.

HB = Q/Sc =Q/HB = Q/Sc =Q/ppppppppDpDp (em N/mm2)

D D = Di metro; Q Q = carga; Sc Sc = Superfcie da calota

p p = profundidade da impress o (deforma o plstica).

A dureza A dureza BrinellBrinell ou seja, a escala escala BrinellBrinell muito

utilizada em metais de elevada a mdia ductilidade, isto ,

metais n o muito duros

c) Dureza Rockwell

Penetrador: Vrios; o principal um cone de

diamante. O ensaio baseado na profundidade de

penetra o subtrada da recupera o elstica.

Muito utilizado para medir a dureza de a os duros

(a os temperados ou a os temperados +

revenidos)

. / 0; BK ( & L M , L

Resistncia ao impacto / Ensaio de impacto

h i

hf

h i

hf

A diferen a entre a altura h i e hf est correlacionada com a perda da energia do martelo gasta para romper o corpo de prova.

Representa o esquemtica do ensaio de impacto tipo Representa o esquemtica do ensaio de impacto tipo charpycharpy

Martelo Charpy

Corpos de prova para ensaios de impacto:

Existem dois tipos e s o especificados pela norma ASTM E-23

- corpo de prova Charpy e,

- corpo de prova Izod.

Os corpos de prova para o ensaio Charpy s o retangulares com as dimens es: h = b = 10 mm e L = 55mm. Um entalhe feito no meio do corpo de prova para facilitar a fratura. Existem 3 tipos de entalhes praticados:

Charpy tipo B (entalhe em forma de buraco de fechadura)

Charpy tipo A (entalhe em V)

Charpy tipo C (entalhe em U)

55 mm




55 mm




55 mm

Ensaio de impacto IZODEnsaio de impacto IZOD

28 mm

15o

22 mm

Martelo

Corpo de provaIzod engastado

75mm

28 mm

15o

22 mm

Martelo

Corpo de provaIzod engastado

75mm

Energ ia absorvida no ensaio de impacto (Jou les)

Temperatura do corpo de prova (0C)

10 0 60 - 20 -10 20 30 40 50 - 30



10 0 60 - 20 -10 20 30 40 50 - 30



10 0 60 - 20 -10 20 30 40 50 - 30

A resistncia ao impacto dos materiais metlicos varia com a temperatura. Eles possuem uma transi o de dctil para frgil em determinada faixa de temperaturas, de acordo com a composi o qumica e a microestrutura do a o.

A os especiais para que mantm elevada energia de impacto em temperaturas baixas chamam-se a os criognicos.

O ensaio de impacto um ensaio din mico, isto , a energia de impacto transferida de forma instant nea ao corpo de prova. Mede-se a energia necessria para ocasionar a fratura.

O resultado do ensaio s serve para comparar entre si materiais ensaiados nas mesmas condi es; Entretanto, n o fornece indica es seguras sobre o comportamento ao impacto de pe as em geral.

Indica es mais seguras sobre o comportamento ao impacto de uma pe a s s o possveis de serem obtidas se pudermos ensaiar a pe a inteira sob as condi es que ocorrem na prtica (situa o real de uso da pe a).

Quanto maior a energia absorvida no ensaio de impacto (para materiais ensaiados nas mesmas condi es) mais tenaz o material.

O teste n o faz sentido para materiais cer micos.

Observa es:Observa es:

/ 0 # * 12 + 4 * , @

3 ) 4 @ B N

)

ssss )

4 5 4 5

Resistncia do material ao calorResistncia do material ao calor vvaria o da aria o da

resistncia e da dureza com a temperatura resistncia e da dureza com a temperatura

A dureza e a resistncia dos materiais diminuem medida que aumenta a temperatura na qual estas propriedades s o medidas.

Chamamos de materiais resistentes ao calor aqueles que apresentam menor perda (diminui o) da sua dureza e da sua resistncia em fun o do aumento de temperatura, ou seja, as propriedades se deterioram apenas em temperaturas mais altas.

Os metais refratrios e os materiais cer micos possuem maior resistncia ao calor.

Quando dizemos "as propriedades se deterioram" queremos dizer que ficam abaixo do valor necessrio para a aplica o na temperatura desejada (temperatura em servi o). Ver Figura!!

Dureza ou resistncia

A

B

C

Temperatura

A fifififi material metlico

B fifififi ligas metlicas resistentes ao calor

C fifififi material cer mico


A

B

C

Temperatura





A

B

C

Temperatura





A

B

C

Temperatura




D1

T1 T2T3

Supor que uma dada aplica o requer D D1; ent o:

- se a temperatura de trabalho for maior

que T1, o material do grupo A n o serve!

- se a temperatura de trabalho for maior

que T2, s grupo C serve!

Fadiga

O limite de resistncia que determinamos no ensaio de tra o vale para apenas um ciclo de carregamento. Este n o vale mais quando o material est sujeito a carregamentos cclicos (carregamentos repetidos).

Quando s o aplicados esfor os din micos repetidos ou flutuantes a um material metlico, o mesmo pode romper-se com uma tens o bem inferior ao limite de resistncia determinado no ensaio de tra o (ou compress o), podendo variar de 1/4 a 1/2 da tens o de ruptura. Sob carregamento cclico o material sofre fadiga !

Para determinar a resistncia fadiga, ensaiamos corpos

de prova em tens es sucessivamente menores e medimos

o nmero de ciclos de carregamento que estes suportam

at se romper. Os resultados s o tra ados em diagramas

tens o versus nmero de ciclos chamados de diagramas

de W hler.

ENSAIO DE FADIGA

Movimento alternado Movimento alternado de tra o e compress ode tra o e compress o

Tra o

Compress o

+ + ssssssss

N = 1 N = 2 N = 3

tempo

-- ssssssss

N = nmero de ciclos

ENSAIO DE FADIGA

00

Fadiga em tra o Fadiga em tra o

Tra o

+ + ssssssss

N = 1 N = 2 N = 3

tempossssssss = 0= 0

N = nmero de ciclos

Fadiga em compress o Fadiga em compress o

-- ssssssss

N = 1 N = 2 N = 3

tempossssssss = 0= 0

N = nmero de ciclos

Compress o

o valor da tens o para a qual o material suporta um

nmero suficientemente elevado de ciclos de

carregamento e descarregamento sem se romper (este

nmero depende da aplica o do material !)

Limite de Resistncia fadiga

Especificamos um nmero definido de ciclos a suportar

(de 106 a 108 ) e a tens o para a qual o material suporta

este nmero de ciclos chamamos de resistncia fadiga.

150

100

250

200

300

350

400

105 106 107 108 109

N = nmero de c ic los

Tens o em N/mm2

A o doce

L iga de alum n io

450

500

550

104

A o ao carbono tratado (0,47%C)

Ferro fund ido c inzento

150

100

250

200

300

350

400

105 106 107 108 109


Tens o em N/mm2

A o doce

L iga de alum n io

450

500

550

104



150

100

250

200

300

350

400

105 106 107 108 109


Tens o em N/mm2

A o doce

L iga de alum n io

450

500

550

104



Resistncia fluncia

Fluncia pode ser definida como a deforma o plstica que ocorre em elevada temperatura sob carga constante ao longo do tempo.

A fluncia, isto , a deforma o plstica por fluncia, depende da temperatura, do tempo e da tens o aplicada.

A fluncia ocorre em tens es inferiores tens o de escoamento medida no ensaio de tra o.

Materiais resistentes fluncia s o aqueles que melhor resistem a deforma o plstica na temperatura de trabalho, ou seja, aqueles que sofrem pouca fluncia (pouca deforma o) na temperatura de trabalho durante a sua vida til.

O teste de fluncia realizado em temperaturas da

ordem de 1/3 a 1/2 da temperatura (na escala kelvin)

de fus o do material. O corpo de prova aquecido por

um forno acoplado mquina de ensaios.

ENSAIO DE FLU NCIA

S o resistentes a fluncia:

metais refratrios (metais de alto ponto de fus o) como o

Tungstnio e o Molibdnio e suas ligas, e ligas especiais

base de Nquel.

as cer micas de engenharia (cer mica avan ada) via de

regra possuem elevada resistncia fluncia.

DDDDDDDDL = L = aaaaaaaa DDDDDDDDT T LoLo

Propriedades trmicasDilata o trmica

O coeficiente de dilata o trmica linear dada por:

aaaaaaaa = = DDDDDDDDL / L / DDDDDDDDT T LoLo

O conhecimento da dilata o trmica de um material muito importante para o design de materiais, de componentes e de estruturas em materiais de engenharia.

Durante o servi o (em funcionamento!) ocorre aquecimentodevido ao atrito, ocasionando varia es dimensionais nos

componentes; um coeficiente de dilata o trmica distinto nas

pe as em contato acarreta desajuste dimensional. Resultado: engripamento, vibra es e rudo; desgaste acelerado em pontos especficos.

Exemplo 1: Exemplo 1: Pe as em contato que possuem movimento relativo entre si:Pe as em contato que possuem movimento relativo entre si:

Quando o coeficiente de dilata o trmica do substrato for

acentuadamente diferente daquele do revestimento, pode

ocorrer o desplacamento da camada, ou o seu trincamento.

Exs.: vidrado (esmalte cer mico) sobre azulejos; Filmes

DLC (s o filmes de elevada dureza e baixo coeficiente de

atrito a base de carbono); Cromagem, zincagem,

nitreta o, cementa o, etc.

Exemplo 2: Materiais revestidos com camadas ou filmesExemplo 2: Materiais revestidos com camadas ou filmes

Substrato

Revestimento(camada superficial)

Substrato

Revestimento(camada superficial)

Os materiais metlicos possuem em geral, coeficiente de Os materiais metlicos possuem em geral, coeficiente de

dilata o trmica muito maior que os materiais cer micos. dilata o trmica muito maior que os materiais cer micos.

Isto complica a jun o de componentes metlicos com Isto complica a jun o de componentes metlicos com

componentes cer micos, isto , a brasagem de metal em componentes cer micos, isto , a brasagem de metal em

cer mica. cer mica.

3) Jun o metal 3) Jun o metal -- cer micacer mica

material de jun o

metal

material cer mico

4) Materiais comp sitos

Matriz metlica + fibras cer micas

Matriz metlica + partculas cer micas

(arranjo/ mistura tridimensional de fases com distintos

coeficientes de dilata o).

Condutividade trmica

. @ 67 8

J 7 - * 4

OJ ) 1P @

O# $0

P4 5 6 4 O# 0 0 P Q# 0 P

a capacidade que o material tem de conduzir o calor.

Alguns valores de condutividade trmica

( em W/m. K = J/m.s. K)

Diamante tipo IIa 2,3 x 103 SiO2 1,4

SiC 4,9 x 102 concreto 9,3 x 10-1

Prata 4,29 x 102 vidro 9,5 x 10-1

Cobre 4,01 x 102 polietileno 3,8 x 10-1

Aluminio 2,37 x 102 teflon 2,25 x 10-1

Ferro 8,02 x 101 madeira 1,6 x 10-1

Al2O3 3,5 x 101 Fibra de vidro 5 x 10-3

Materiais de baixa condutividade trmica

s o utilizados para blindagem trmica de

fornos (confinamento de calor).

Materiais de elevada condutividade

trmica servem para transportar o calor

gerado por componentes em servi o para

fora do local onde gerado, impedindo o

superaquecimento localizado.

a) Blindagem trmica com tijolo porosos de cer mica

b) Blindagem trmica com mantas de cer mica

Blindagem trmica

A blindagem trmica de fornos (isolamento trmico) feita com

blocos (tijolos refratrios) de cer mica com elevada porosidade

ou com mantas feitas de fibras cer micas, sendo que as fibras

devem ficam ordenadas perpendicularmente dire o de

propaga o do calor.

Propriedades magnticas

Sempre que uma carga eltrica encontra-se em

movimento gera-se um campo magntico. Um dos

conceitos mais fundamentais em magnetismo a idia do

campo magntico.

Quando gerado um campo magntico em um dado

volume do espa o:

h uma varia o da energia neste espa o (gradiente de

energia) que gera for a magntica

a for a magntica se manifesta sobre uma carga

eltrica que esteja dentro deste campo. Esta for a acelera

a carga eltrica.

Quando um condutor (p. ex. um fio metlico) encontra-

se dentro do espa o onde existe o campo magntico, este

induz uma corrente eltrica no condutor.

De forma resumida:

Cargas eltricas em movimento geram um campo

magntico e, por outro lado, um campo magntico induz

corrente eltrica em condutores, ou seja, acelera cargas

eltricas.

Os tomos possuem momentos magnticos (dipolos

magnticos) devido ao movimento de rota o dos eltrons

(momento orbital) e ao spin (grandeza magntica intrnseca ao

eltron). Assim, os materiais interagem com campos magnticos.

Magnetiza o

A magnetiza o uma propriedade macrosc pica que representa

a soma dos momentos magnticos dos tomos no material.

Quando um material submetido a um campo magntico

externo, pode sofrer uma magnetiza o, isto , pode ocorrer o

alinhamento dos dipolos magnticos at micos na mesma dire o

do campo magntico aplicado, verificando-se a seguinte rela o:

onde M a magnetiza o, H o campo magntico externo aplicado

e cccc a susceptibilidade magntica.

M = cccc.H

A susceptibilidade magntica cccc um par metro caracterstico de

cada material e representa a resposta deste ao campo magntico

aplicado.

De acordo com o valor obtido para a susceptibilidade, pode-se

classificar os materiais em:

- diamagnticos,

- paramagnticos,

- ferromagnticos,

- antiferromagnticos e

- ferrimagnticos.

Os materiais diamagnticos (cccc

Os materiais paramagnticos (cccc >>>> 0)

Possuem magnetiza o nula na ausncia de campos

magnticos externos, isto , os momentos magnticos dos

tomos est o distribudos aleatoriamente. No entanto, em

presen a de campo externo, produzem uma pequena

magnetiza o na mesma dire o e sentido (paralela) do campo

aplicado. Os principais materiais paramagnticos s o os

metais n o magnticos e os materiais que contm tomos ou

ons de elementos do grupo de transi o do ferro, terras raras

e dos actindeos. Existe uma fraca dependncia da

magnetiza o em rela o temperatura nestes materiais.

Os materiais ferroferromagnticos, antiferroantiferromagnticos e

ferriferrimagnticos tm caracterstica semelhantes. Enquanto

nos ferromagnticos os dipolos magnticos (momentos

magnticos) tendem a se alinhar aos seus vizinhos, nos

antiferromagnticos e ferrimagnticos os dipolos tendem a

se alinhar no sentido contrrio, conforme figura.

a) ferromagntico b) antiferromagntico c) ferrimagntico

Os materiais ferromagnticos demonstram uma grande

dependncia da magnetiza o com a temperatura. Na figura a

seguir apresentada uma curva (genrica) da magnetiza o

em fun o da temperatura.

Magnetiza o M

Temperatura T

Tc

Magnetiza o M

Temperatura T

Tc

A magnetiza o diminui medida que a temperatura aumenta at um

valor de temperatura chamada temperatura crtica ou temperatura de temperatura crtica ou temperatura de

CurieCurie (TcTc). A partir desta temperatura a magnetiza o nula, o que

decorre do fato que a eleva o da temperatura provoca uma

distribui o aleat ria dos dipolos magnticos. Para temperaturas

acima de Tc o material passa a ter um comportamento paramagntico.

! ! " # ! $! % ! & ( ! # ! ) # ! * * ! !

H Hc

H = - Hc

M

Mr

A varia o da magnetiza o de um material em fun o do

campo magntico externo aplicado (ver figura) denomina-se

curva de histerese magntica.

Em uma curva de histerese tpica contata-se que com o aumento

da intensidade de campo magntico, a magnetiza o cresce

continuadamente at atingir um valor de satura o.

A partir da curva de histerese pode-se determinar, por exemplo, a

magnetiza o remanente Mr (magnetiza o que resta no material

quando o campo externo volta a ser nulo) e o campo coercivo Hc

(campo necessrio para remover a magnetiza o remanente do

material).

Pela anlise da curva de histerese pode-se classificar os materiais

em materiais magnticos moles (soft magnetic materials) e

materiais magnticos duros (m s permanentes ou hard magnetic

materials), dependendo do valor do campo coercivo a ele

associado.

H

- H = Hc

M

Mr

H

- H = Hc

M

Mr

a) material magntico mole

b) material magntico duro

H

- H = Hc

M

Mr

H

- H = Hc

M

Mr

a) material magntico mole

b) material magntico duro

As unidades fsicas utilizadas em magnetismo:

Para campo magntico: Tesla (T) e Gauss (G), sendo 1T(Tesla)=10000 G (Gauss)

Para campo coercivo usa se predominantemente o Oersted(Oe), sendo que 1 Tesla equivale a 6000 Oersted.

Principais materiais magnticos soft:

Ferro puro, Fe + 3 a 4% de Si, Fe + 0,4 a 0,6%P

Ferrites de Niquel e Mangans (ferrites soft)

Ligas Fe-Ni-Co, etc.

Principais materiais magnticos Hard (m s):

Alnico (liga a base de Alumnio Nquel e cobalto);

Ferrites de Estr ncio e de Brio;

Ligas SmCo5; Nd-Fe-B e Sm-Fe-N

RESIST NCIA CORROS O

Corros o o resultado destrutivo de rea es qumicas entre o

metal ou ligas metlicas e o meio ambiente.

Com exce o de poucos como o ouro, os metais s o sempre

encontrados na natureza na forma de compostos: xidos,

sulfetos, etc. Isto significa que tais compostos s o as formas mais

estveis para os mesmos.

A corros o pode ser vista como nada mais do que a tendncia

para o retorno a um composto estvel. Assim, por exemplo,

quando uma pe a de a o enferruja, o ferro, principal componente,

est retornando forma de xido que o composto original do

minrio.

Corros o ao ar ou oxida o

Corros o por a o direta

Corros o biol gica

Corros o galv nica

Corros o Eletroltica

PRINCIPAIS FORMAS DE CORROS OPRINCIPAIS FORMAS DE CORROS O

1) Corros o ao ar ou oxida o1) Corros o ao ar ou oxida o

Materiais que s o utilizados em condi es de trabalho

onde ocorrem temperaturas elevadas necessitam

resistncia especial oxida o.

Na oxida o s o desfeitas as liga es metlicas e

formam-se liga es i nicas entre o tomo metlico e o

oxignio, ou seja, forma-se o xido do metal, que um

composto (Ex.: Mn fifififi MnO).

A cintica do processo de oxida o cresce com a

temperatura, isto , quanto mais alta a temperatura, mais

rapidamente o metal se oxida ao longo da sua se o.

Tempo (horas)

X [mmmmm] X = espessura da camada de xido

Cintica da oxida o em temperatura elevada

material A

material B

material C10

20

30

O material C forma uma camada estvel e impermevel ao oxignio, evitando a progress o da oxida o

1 10010

2) Corros o por a o direta2) Corros o por a o direta

Podemos incluir neste item os casos em que o

metal est diretamente em contato com subst ncias que

o atacam. comum em processos industriais. Podemos

citar como exemplos: solu es qumicas, sais ou outros

metais fundidos, atmosferas agressivas em fornos, etc.

A preven o e controle s o especficos para cada caso.

3) Corros o biol gica

Microorganismos tambm podem provocar

corros o em metais. Isto particularmente importante

em indstrias alimentcias e similares.

4) Corros o galv nica4) Corros o galv nica

Quando dois materiais metlicos com diferentes

potenciais est o em contato, imersos em um eletr lito,

ocorre uma diferen a de potencial entre estes causando

uma transferncia de carga eltrica de um para o outro,

ocorrendo a corros o galv nica. F

erro

( a

no

do

)

Co

bre

(ca

tod

o)

e-

Solu o aquosa com ons como Na+, Cl- e oxignio dissolvidos

Clula galv nica

Nestas condi es, as rea es

ser o:

No catodo: O2 + 4e- + 2H2O 4OH

-

No anodo: 2Fe 2Fe++ + 4e-

Assim, no anodo ocorre uma rea o

de oxida o (corros o do material) e

no catodo, uma rea o de redu o.

A corros o galv nica, provavelmente, o tipo mais

comum. Isto porque a corros o devido presen a

de gua quase sempre se deve ao processo

galv nico. Seja um metal exposto ao tempo e,

portanto, sujeito a o da umidade e da chuva ou

submerso ou, ainda, sob o solo. o caso tpico de

reservat rios, tubula es, estruturas, etc.

5. Corros o Eletroltica5. Corros o Eletroltica

A corros o eletroltica acontece quando a A corros o eletroltica acontece quando a

corrente eltrica causadora da corros o originacorrente eltrica causadora da corros o origina--se em se em

fontes que n o pertencem estrutura que est se fontes que n o pertencem estrutura que est se

corroendo. corroendo.

Tubula es enterradas, como oleodutos, gasodutos, Tubula es enterradas, como oleodutos, gasodutos,

adutoras, adutoras, minerodutosminerodutos e cabos telef nicos, est o e cabos telef nicos, est o

freq entemente sujeitos a esses casos devido s freq entemente sujeitos a esses casos devido s

correntes eltricas de interferncia que abandonam o correntes eltricas de interferncia que abandonam o

seu circuito normal para fluir pelo solo ou pela gua. seu circuito normal para fluir pelo solo ou pela gua.

FIM DO CAPITULO

Camada de nitretos = 10mmmmmTipo de fase: fase eeee

Tempo (horas)

X [mmmmm] X = espessura da camada de xido

Cintica da oxida o em temperatura elevada

material A

material B

material C10

20

30

1 10010

H Hc

H = - Hc

M

Mr

propriedades_basicas

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