Atividade de pesquisa 01 - Elementos de Máquinas

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Atividade de Pesquisa 01: Elementos de Máquinas 
 
 
 
 
1 – Os aços são ligas que têm o ferro e o carbono como elementos principais, contendo ainda outros 
elementos, como manganês, fósforo, enxofre, níquel, cromo e outros. Cite e comente sobre os 
principais tipos de aços. 
 
O aço é um dos materiais mais utilizados em projetos mecânicos, pois apresentam alta 
resistência, elevada rigidez e durabilidade, e suas técnicas de produção são relativamente 
fáceis. O carbono contido nas ligas de aço é o principal responsável por determinar a dureza, 
a ductilidade e a resistências dessas ligas. Sendo assim, é normal classificar essas ligas de 
acordo com o teor de carbono nelas encontrado. 
• Aço de baixo carbono: são as ligas que apresentam menos que 0,30% de carbono em 
sua composição. Esses aços apresentam baixa resistência mecânica, sendo 
empregados quando não há necessidade de realizar grandes esforços. 
• Aço de médio carbono: são as ligas que apresentam teor de carbono superior a 0,30% 
e inferior a 0,50%. Esses aços são caracterizados por apresentar dureza e resistência 
mais elevada que os aços de baixo de carbono e ductilidade moderada. Diversos 
elementos de máquinas são fabricados a partir desses tipos de aço. 
• Aço de alto carbono: são as ligas que apresentam teor de carbono superior a 0,50%. 
Esses aços apresentam resistência e dureza superiores ao aço de médio carbono, 
contudo sua ductilidade é extremamente baixa. Por apresentar elevada dureza, seu 
emprego é requerido em peças que necessitam de resistência ao desgaste, 
ferramentas, cinzéis e implementos agrícolas. Os aços utilizados para fabricar 
rolamentos de esferas e roletes apresentam terrores de carbono superior a 1,0%. 
Aços inoxidáveis 
 
Esses tipos de aço costumam apresentar teores de cromo superiores a 10% (normalmente 
entre 12% e 18%). O cromo é responsável por conferir a essas ligas elevada resistência à 
corrosão. 
O aço inoxidável austenítico apresenta resistência mecânica moderada, sendo empregado 
em equipamentos de processamento alimentício, perfis, barras e tubulações. 
 
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O aço inoxidável ferrítico é composto por ligas magnéticas que não apresentam queda 
significativa em suas propriedades mecânicas quando utilizadas à temperatura elevada 
(700°C a 1040°C), por isso esse tipo de aço inoxidável não é tratado termicamente. 
Normalmente, ele é utilizado em trocadores de calor, equipamentos para refinamento de 
petróleo, equipamentos químicos e de fornalhas e acessórios automotivos. 
O aço inoxidável martensítico apresenta boa resistência mecânica e tenacidade, e suas 
propriedades mecânicas podem ser melhoradas quando tratado termicamente. Essas ligas 
são empregadas na fabricação de motores de turbina, tesouras, peças de bombas e 
válvulas, peças cirúrgicas, aeroespaciais e náuticas. 
 
Aço estrutural 
 
Como o próprio nome diz, essas ligas são empregadas em estruturas metálicas e 
apresentam propriedades mecânicas, teores de carbono e elementos de ligas variáveis de 
acordo com sua aplicação. O ASTM A36, com elevada aplicação, é dúctil, com escoamento 
superior 
a 248 MPa. Normalmente, é encontrado em forma de vigas, barras, perfis, cantoneiras e 
chapas laminadas a quente. O ASTM A992 apresenta escoamento superior a 345 MPa e 
resistência mínima à tração de 448 MPa. Existem ainda diversos tipos de aço estrutural com 
resistências elevadas fabricados a frio, que são aplicados em construções, veículos e 
máquinas. 
 
Aço ferramenta 
 
Apresenta elevada resistência à abrasão, ou seja, não perde suas propriedades mecânicas 
quando aquecido. Alguns tipos de aço ferramenta também têm elevada resistência ao 
choque. Normalmente, essas ligas são empregadas em ferramentas de corte, perfuração e 
matrizes, além de componentes mecânicos como embreagens, linguetas e braçadeiras. 
 
Ferro fundido 
 
O ferro fundido (também chamado de fofo) apresenta características mecânicas e aplicações 
de acordo com a sua classificação. Geralmente é empregado na fabricação de engrenagens, 
peças articuladas e estruturas de máquinas. 
O ferro fundido cinzento apresenta, em média, resistência à tração entre 138 MPa e 414 
MPa, e resistência à compressão três vezes superior à resistência à tração. É utilizado em 
blocos de motor, engrenagens e freios; não deve ser utilizado em equipamentos e 
componentes mecânicos que estarão sujeitos a impactos, pois são frágeis. 
O ferro fundido dúctil apresenta elevado módulo de elasticidade e resistência moderada a 
alta; é uma classe de fofo termicamente tratada. Normalmente, é empregado na fabricação 
de engrenagens, juntas homocinéticas, componentes de suspensão e tubulações que 
transportam materiais secos gaseificados. 
O ferro fundido branco apresenta elevada dureza (superior a 65HRC), 
devido ao resfriamento rápido realizado durante sua fabricação, mas é frágil. É empregado 
em revestimentos de moinhos de bola e rolos, e também nas próprias bolas ou rolos do 
moinho, e em peças de trituradores. 
 
 
 
2 – O que é Ductilidade? Cite um exemplo. 
 
Ductilidade é o grau de deformação plástica suportada pelo material sem que ele sofra uma 
ruptura. Ela mede o percentual de deformação plástica que o material teve. 
 
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3 – O que é uma FADIGA? Comente sobre o ensaio de fadiga mais frequentemente utilizado. 
 
Fadiga é uma forma de falha que ocorre em estruturas que estão sujeitas a tensões 
dinâmicas e oscilantes, como pontes, aeronaves e componentes de máquinas. Sob essas 
circunstancias é possível que uma falha ocorra em um nível de tensão consideravelmente 
menor, se comparada ao limite de resistência à tração ou ao limite de escoamento para uma 
carga estática. O termo “fadiga” é utilizado porque esse tipo de falha ocorre normalmente 
após um longo período de tensão repetida ou ciclos de deformação. 
O ensaio de fadiga mais frequentemente utilizado é o de flexão rotativa ou alternada, em que 
um corpo de prova é submetido a tensões alternadas de mesma amplitude de tração e de 
compressão enquanto gira, conforme ilustrado na Figura 5. Para isso, é utilizado um corpo 
de prova para o ensaio de fadiga em flexão alternada de R. R. Moore. Os corpos de prova 
apresentam certa conicidade em direção à região central e sua superfície é cuidadosamente 
polida. Durante o ensaio de uma amostra de fadiga por esse aparato, o centro da amostra 
está, na verdade, sob tração, na parte inferior, e sob contração, na superfície superior, pelo 
peso inserido no centro do equipamento. Os resultados desse tipo de teste são 
representados sob a forma de curvas σ − N, em que a tensão (σ) necessária para provocar a 
fratura é expressa em função do número de ciclos (N) para o qual ocorreu a fratura. 
 
4 – O processo de falha por fadiga é caracterizado por três etapas distintas. Cite e comente. 
 
Estágios de desenvolvimento da fadiga 
 
O processo de falha por fadiga é caracterizado por três etapas distintas: 
1. Iniciação da trinca: uma pequena trinca se forma com algum ponto de alta concentração 
de tensões. 
2. Propagação da trinca: a trinca avança incrementalmente com cada ciclo de tensões. 
3. Falha final: ocorre muito rapidamente uma vez que a trinca que está avançando tenha 
atingido um tamanho crítico. 
 
 
5 – O que é Fotoelasticidade dos Materiais? 
 
A fotoelasticidade, também chamada birrefringência, é uma técnica experimental, que 
pertence à área da fotomecânica. De acordo com Phillips (1998) e Fiorini (2016), para 
entender o funcionamento da técnica fotoelástica, é fundamental conhecer as leis da óptica 
básica, uma vez que a própria fotomecânica se baseia no uso da luz nas suas várias formas. 
Fiorini (2016) menciona que a luz, quando analisada como raio luminoso, pode ser estudada 
com as teorias da geometria óptica. 
Assim, entre os fenômenos relacionados à luz, podemos referir os seguintes: 
• Reflexão: ponto onde o raio de luz é refletido, quando atinge determinadomaterial 
que não seja possível cruzar. 
• Refração: ponto onde o raio de luz muda a própria velocidade de transmissão em 
função do meio em que passa. 
• Lei de Snell: lei relaciona geometricamente o fenômeno da reflexão e da refração. 
 
6 – O que é Fratura e quais os tipos? 
 
A fratura (ou ruptura) consiste na separação de um corpo de um material em duas ou mais 
partes, após ele ser submetido a um esforço mecânico, como a tensão. As fraturas podem 
ser definidas em dois tipos: 
• Fratura dúctil: ocorre apenas após deformação plástica extensa. É caracterizada pela 
lenta propagação de trincas (rachaduras), resultantes da nucleação e do crescimento 
 
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de micro cavidades no material. Um material que caracteristicamente sofre fraturas 
dúcteis quando submetido a esforços é dito um material dúctil, como a maior parte dos 
metais e suas ligas. Na literatura, a fratura frágil é tratada também como “colapso 
plástico”. 
• Fratura frágil: ocorre pela propagação rápida de trincas, com uma deformação 
plástica muito pequena ou nula no material adjacente à fratura. Os materiais que 
caracteristicamente sofrem fraturas frágeis são ditos materiais frágeis, como as 
rochas, o vidro e os materiais cerâmicos.