Manufatura Mecânica Usinagem e Conformação(EMC112)-Aula 01

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<p>MANUFATURA MECANICA: USINAGEM E CONFORMAÇÃO</p><p>TUTOR: ÍCARO J. R. QUEVEDO</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Os materiais que conhecemos nos dias atuais passaram por uma série de evoluções, em conjunto com o avanço de civilizações que dependiam desses materiais para trabalhar.</p><p>Com o avanço da ciência e da tecnologia, surgiram e continuam surgindo uma gama de novos materiais. Existem por volta de 100 mil materiais, essa variedade permite que o design seja inovador a partir da exploração imaginativa dos novos e aprimorados materiais.</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Por questões de conveniência, a maioria dos materiais para engenharia é dividida em três categorias básicas principais: materiais metálicos, materiais poliméricos e materiais cerâmicos. Além dessas categorias existem os materiais compósitos, que são uma combinação de materiais das outras categorias, que teve como objetivo a obtenção de um material de maior qualidade.</p><p>CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAIS</p><p>Para fazer uma escolha de qual material utilizar é necessário estabelecer uma linha de compromisso entre custo e o conjunto ideal de propriedades para um determinado fim. Portanto, os materiais devem ser escolhidos por apresentarem boas qualidades em serviço a um preço razoável. O material perfeito para um trabalho poderá ser demasiadamente caro, dependendo de suas propriedades e composição. Para realizar essa escolha é necessário entender como os materiais podem ser classificados. Tal classificação é geralmente baseada na estrutura atômica e química destes, como será visto adiante.</p><p>MATERIAIS METALICOS</p><p>Os metais são os principais materiais que são utilizados historicamente na engenharia. Propriedades como: ductilidade, maleabilidade, brilho, boa condutividade térmica e elétrica são características dos metais. Essa categoria inclui os metais puros e suas ligas. Os metais apresentam propriedades que satisfazem uma vasta variedade de requisitos de projeto. Os processos de fabricação pelos quais os metais são conformados em produtos foram desenvolvidos e aprimorados ao longo dos anos.</p><p>MATERIAIS METALICOS</p><p>Os metais possuem uma importância tecnológica e comercial devido às seguintes propriedades geralmente presentes em todos os metais comuns:</p><p>• Alta rigidez e resistência mecânica: a adição de elementos de liga aos metais concedem melhorias nas propriedades desses materiais como: alta rigidez, resistência e dureza; assim, eles são usados como componentes estruturais em diversos produtos de engenharia.</p><p>MATERIAIS METALICOS</p><p>• Tenacidade: essa propriedade faz com que os metais apresentem uma capacidade de absorver energia ao sofrer uma deformação melhor que as outras classes de materiais.</p><p>• Boa condutividade elétrica: devido às suas ligações metálicas, os metais são ótimos condutores. Essas ligações permitem a livre movimentação dos elétrons como portadores de carga.</p><p>• Boa condutividade térmica: os metais são geralmente melhores condutores térmicos que as cerâmicas ou os polímeros, pois aos elétrons livres permitem o trânsito rápido de calor.</p><p>AÇOS</p><p>Aços são ligas de ferro, carbono e outros elementos, cujo teor de carbono é inferior a 2,0% em peso. O diagrama metaestável ferro-carbono ilustrado na Figura 2 apresenta regiões em que diversas fases são estáveis, bem como os contornos de equilíbrio entre elas, de acordo com a composição e temperatura. O ferro puro tem ponto de fusão a 1539 °C (2802 °F). O ferro puro, durante a elevação da temperatura, a partir da temperatura ambiente, sofre transformações de fase no estado sólido, como indicado no diagrama. A partir da temperatura ambiente, a fase presente é o ferro alfa (α), também denominada de ferrita. A 912 °C (1674 °F), a ferrita é transformada em ferro gama (γ), ou austenita. Esta fase, por sua vez, se transforma em ferro delta (δ) a 1394 °C (2541 °F), que se mantém até ocorrer a fusão.</p><p>AÇOS</p><p>Existe outra fase importante no sistema ferro-carbono denominada de cementita (Fe3 C). Ela é um composto intermetálico metaestável de ferro e carbono, e é uma fase muito dura, porém frágil. Sob condições de equilíbrio e à temperatura ambiente, “as ligas ferro-carbono irão formar um sistema bifásico para teores de carbono um pouco superiores a zero. O teor de carbono nos aços tem variação desde valores baixos, a aproximadamente 2,1% C. Acima de 2,1%, até próximo de 4% ou 5%, a liga é definida como ferro fundido”</p><p>AÇOS</p><p>Outro fator importante a ser considerado é a porcentagem dos elementos de liga que serão adicionados ao aço, tais como manganês, cromo, níquel e/ou molibdênio, mas é o teor de carbono que transforma o ferro em aço. Os elementos de liga têm grande influência nas propriedades mecânicas e na microestrutura dos materiais, no caso dos aços, dependendo do teor dos elementos de liga que este aço contenha serão verificadas diferentes características.</p><p>FERROS FUNDIDOS</p><p>O ferro fundido não é considerado uma liga binária, mas sim uma liga ternária de Fe-C-Si, sendo a quantidade de carbono maior que 2,0% da solução, embora a maioria dos ferros fundidos possuem entre 3,0 e 4,5%. Entretanto, dificilmente encontramos o ferro fundido composto por apenas esses dois elementos. Conforme Tânia Nogueira Fonseca Souza (2012, p. 30) “ferro fundido é uma liga constituída basicamente por carbono, silício, manganês, fósforo e enxofre”.</p><p>FERROS FUNDIDOS</p><p>Esse carbono é encontrado, ou grande parte dele, na forma livre, ou também conhecido como grafita, sendo essa grafita promovida devido à presenta do silício em concentrações superiores a 1%.</p><p>Existem vários tipos de ferro fundido, as ligas mais usuais são os ferros fundidos branco, cinzento, nodular e vermicular.</p><p>MATERIAIS NÃO FERROSOS</p><p>Os elementos metálicos e as ligas que não têm como elemento principal o ferro são os chamados metais não ferrosos. Alguns exemplos de metais não ferrosos são o alumínio, o cobre, o zinco, o titânio e o níquel. A distinção entre ligas ferrosas e não ferrosas deve-se ao fato de que aços e ferros fundidos são produzidos em quantidades muito maiores e são muito mais usados do que outras ligas.</p><p>MATERIAIS NÃO FERROSOS</p><p>Alumínio e suas ligas: a utilização do alumínio e de suas ligas tem experimentado um constante crescimento nos diversos setores da indústria de manufatura, devido às características apresentadas por este metal. O baixo peso específico, a alta condutividade térmica e elétrica, aliado à alta resistência mecânica de algumas ligas, faz com que o alumínio seja a primeira escolha em termos de material para atender às exigências de determinadas aplicações. O alumínio tem excelente resistência à corrosão devido à formação de um filme de óxido, duro e fino, na superfície. O alumínio é um metal muito dúctil, sendo conhecido pela sua conformabilidade. O alumínio puro é relativamente pouco resistente; mas na forma de liga tratada quimicamente compete com alguns aços, em especial quando o peso é um fator importante.</p><p>MATERIAIS NÃO FERROSOS</p><p>Magnésio e suas ligas: o magnésio (Mg) possui baixa densidade, abundância natural e baixo custo, o que o torna muito atrativo para aplicações onde o peso é determinante, como na indústria automóvel e aeroespacial. Ele é relativamente fácil de usinar, por ser macio, mas como metal puro apresenta resistência mecânica insuficiente para a maioria das aplicações em engenharia. Entretanto, com o emprego de elementos de ligas e tratamentos térmicos atinge resistência mecânica comparável à das ligas de alumínio. “Um fator determinante para o emprego destas ligas é obviamente a sua resistência à corrosão” .</p><p>MATERIAIS NÃO FERROSOS</p><p>Cobre e suas ligas: o cobre foi um dos primeiros elementos de liga empregados e ainda tem larga utilização. Este elemento aumenta a dureza das ligas, porém, diminui o alongamento e prejudica a fluidez do material. Aumenta a resistência da liga com ou sem tratamento térmico. O cobre puro (Cu) tem uma coloração particular vermelha-rosada, mas a sua mais notável propriedade de interesse em engenharia é a baixa resistividade elétrica – uma das mais baixas entre todos os elementos. É bastante solúvel no alumínio em altas temperaturas</p><p>(5,65% a 548 °C, solubilidade máxima do Cobre em Alumínio) e apenas ligeiramente solúvel em temperatura ambiente (0,5%). Essa característica torna as ligas termicamente tratáveis e permite melhoramento nas propriedades mecânicas. O cobre é um dos metais nobres (ouro e prata também são metais nobres) e por isso é resistente à corrosão. Todas as características combinadas tornam o cobre um dos metais mais importantes.</p><p>MATERIAIS NÃO FERROSOS</p><p>Uma das ligas de cobres e estanho (com cerca de 90% de CU e 10% de Sn) bastante utilizada é o bronze, apesar de sua origem muito antiga, datando relatos de uso desde a Idade do Bronze, na pré-história. Outras ligas de bronze têm sido desenvolvidas, compostas com outros elementos, além do estanho, como o alumínio ou o silício. O latão é outra liga comum feita de cobre, composta de cobre e zinco (por exemplo, 65% Cu e 35% Zn).</p><p>MATERIAIS NÃO FERROSOS</p><p>Níquel e suas ligas: o níquel (Ni) possui propriedade grafitizante, porém com menor intensidade, ainda assim podendo formar carbonetos (Ni3C). Em relação às características mecânicas, o níquel é magnético, e possui a rigidez semelhante à do ferro e do aço. Por outro lado, ele é muito mais resistente à corrosão, e as propriedades a alta temperatura de suas ligas são em geral superiores.</p><p>MATERIAIS NÃO FERROSOS</p><p>Zinco e suas ligas: o zinco (Zn) “pode ser encontrado em até 3,0% nas ligas fundidas. Quando adicionado em quantidades grandes torna a liga muito frágil a quente e produz alta contração”. O baixo ponto de fusão do zinco (Zn) o torna atrativo como um metal para fundição. “Adições de zinco não interferem nas propriedades mecânicas, pois, o zinco aparece em solução na liga, não formando fases ou compostos”.</p><p>MATERIAIS NÃO FERROSOS</p><p>O zinco possui também como característica ser resistente contra a corrosão, quando é depositado na superfície do aço ou do ferro. Um exemplo clássico é o aço galvanizado, que são aços revestidos com zinco. As ligas de zinco são bastante aplicadas na fundição de matrizes para produção de componentes utilizados em indústrias automotivas e de equipamentos.</p><p>SUPERLIGAS</p><p>As superligas são um grupo de ligas que englobam ligas ferrosas e não ferrosas.</p><p>As superligas à base de ferro apresentam o ferro como o elemento principal. Já as superligas à base de níquel possuem melhor resistência a altas temperaturas que os aços-liga e seu principal elemento é o níquel. As superligas à base de cobalto contêm cobalto (40% a 50%) e cromo (20% a 30%) como principais componentes. A temperaturas mais baixas, dependendo da resistência mecânica requerida e da aplicação, as superligas de ferro são mais indicadas do que as de níquel e de cobalto, pois o custo das superligas de ferro é inferior. “As superligas de cobalto são as que possuem a capacidade de trabalhar em temperaturas mais elevadas, mas a sua utilização é mais restrita, pois são significativamente mais caras que as superligas de ferro e de níquel. As superligas de níquel são as mais utilizadas”.</p><p>MATERIAIS CERAMICOS</p><p>materiais cerâmicos são materiais sintéticos, essencialmente compostos por fases inorgânicas iônica-covalente, não totalmente amorfa e, geralmente, consolidada pela sinterização a altas temperaturas de um compactado pulverulento moldado no formato do objeto desejado. As propriedades gerais dos materiais cerâmicos são a alta dureza, as boas características de isolamento elétrico e térmico, a estabilidade química e os altos pontos de fusão. Os materiais cerâmicos são classificados em três tipos básicos: cerâmicas tradicionais, cerâmicas avançadas e vidros.</p><p>POLÍMEROS</p><p>Os polímeros usualmente são divididos em plásticos e borrachas. A maioria dos polímeros são sintéticos e são obtidos através de reações (polimerizações) de moléculas simples (monômeros) fabricados comercialmente. Do ponto de vista técnico, costuma-se apresentar os polímeros em três classes que são: termoplásticos, termofixos e elastômeros.</p><p>COMPÓSITOS</p><p>Os materiais compósitos são a união de dois materiais diferentes, multifásico, apresentando uma significativa proporção de fases de ambos os materiais que o constituem. Essa combinação de materiais confere aos materiais compósitos propriedades combinadas de modo a obter melhorias mecânicas desejadas, “tais como tração, flexão, dureza, impacto, resistência térmica e ao meio ambiente”.</p><p>EXERCICIO</p><p>Costuma-se apresentar os polímeros em três classes, cite quais são? Termoplásticos, termofixos e elastômeros.</p><p>Por qual motivo o ferro fundido não é considerado uma liga binária? Porque é uma liga ternária ( Fe-C-Si )</p>