Materiais para Construção Mecânica e Tratamento Térmico(EMC114)-Aula 01 1

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<p>PRATICAS DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECANICA E TRATAMENTO TERMICO</p><p>TUTOR: ÍCARO J. R. QUEVEDO</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Nos dias atuais, a produção e transformação de materiais em bens acabados e de alto valor agregado têm relevância importante dentro das economias desenvolvidas, os materiais empregados na indústria aeronáutica e aeroespacial têm sido uma variável hi-tech, como por exemplo a liga de alumínio 7075 e Al-Li (Alumínio e Lítio) de alta resistência e as ligas de Ti de alta temperatura, mais leve e fortes. Neste sentido, a busca por novos materiais avança continuamente nas inúmeras áreas da engenharia. Engenheiros elétricos buscam desenvolver materiais que permitam aos dispositivos eletrônicos operarem mais rapidamente a elevadas temperaturas, enquanto engenheiros químicos procuram por materiais de maior resistência à corrosão. Esses são alguns dos inúmeros exemplos das diferentes pesquisas realizadas por cientistas e engenheiros no processo de aperfeiçoamento e desenvolvimento de novos materiais.</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Os estudos, pesquisas e desenvolvimento de materiais são realizados por um ramo do conhecimento denominado de “Ciência e Engenharia de Materiais”, cujo objetivo é estudar as relações que existem entre a estrutura de um material e suas propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas, químicas e outras.</p><p>PROPRIEDADES MECANICAS</p><p>O conhecimento e a determinação das propriedades mecânicas dos materiais têm importância central na escolha destes tanto na fase de projeto quanto na etapa de fabricação, pois estas propriedades definem o comportamento dos materiais quando estão sujeitos a esforços mecânicos, e a capacidade destes de resistir ou transmitir estes esforços sem se romper ou se deformar de maneira incontrolável. As propriedades são obtidas por meio de experimentos laboratoriais cuidadosamente programados que reproduzem de forma fidedigna as condições de serviço, lembrando que existem inúmeros fatores a serem considerados nos ensaios, os principais são: a natureza da carga aplicada, a duração de aplicação e as condições ambientes.</p><p>TENSAO</p><p>Tensão é definida como sendo a razão entre a força por unidade de área.</p><p>EXERCICIO:</p><p>Considere uma pequena haste de aço cuja seção circular tem o diâmetro de 4 mm sobre a qual atua uma carga de 20,8 N. Determine a tensão.</p><p>DEFORMAÇÃO</p><p>É uma consequência da tensão, podendo ocorrer de duas formas distintas, a saber: a deformação elástica e a plástica. A deformação elástica se caracteriza por ser reversível, ou seja, ela desaparece ao se retirar a tensão, além disso, ela é praticamente proporcional à tensão aplicada.</p><p>PROPRIEDADES TÉRMICAS</p><p>O desenvolvimento de novos materiais está intrinsecamente relacionado à compreensão dos fenômenos de transferência de calor e de suas propriedades. Literaturas clássicas desta área têm como objetivo explicar os mecanismos com que ocorre a transferência de energia na forma de calor, para isso ela se utiliza de ferramentas empíricas e analíticas em seus estudos. A transferência de calor consiste na energia térmica em trânsito, devido a uma diferença de temperatura no espaço.</p><p>PROPRIEDADES QUIMICAS</p><p>O desenvolvimento de novos materiais geralmente está associado a superar desafios relacionados ao desenvolvimento de novos produtos, pois exige materiais com caraterísticas especificas. Mas, a maior parte dos materiais utilizados por engenheiros em suas aplicações são suscetíveis à corrosão, que consiste em um processo de degradação do material pela ação do meio. Este processo, se caracteriza pela troca de elétrons entre um elemento químico do material e os elementos do meio, a corrosão consiste na deterioração gradual do material devido sua reação com o ambiente, podendo ser o material metálico, cerâmico ou polimérico, embora seja mais comum o estudo da corrosão em metais.</p><p>PROPRIEDADES QUIMICAS</p><p>A corrosão química ocorre quando há o contato direto entre o material e o agente corrosivo, se caracterizando por não conter a presença de eletrólito (solução aquosa) e não apresenta a formação de correte elétrica. Como exemplo deste tipo de corrosão, pode-se citar a formação de ferrugem pela reação entre o ferro metálico e oxigênio do ar, que resulta na produção do óxido de ferro. Ademais, tem-se a corrosão do tipo eletroquímica ou galvânica, a qual ocorre na presença de eletrólito (solução aquosa) e envolve a formação de corrente elétrica. O exemplo clássico deste tipo de corrosão são as pilhas galvânicas, que ocorre devido a diferença de potencial entre os diferentes metais, sendo mais reativa quanto maior a diferença de potencial</p><p>CUSTOS</p><p>A seleção de um material para um determinado projeto, não leva em conta apenas questões técnicas, mas também considera questões econômicas, pois materiais de alto custo, por vezes, podem inviabilizar economicamente um produto, pois seu custo final o torna inviável para a comercialização.</p><p>CUSTOS</p><p>Embora o custo não seja uma propriedade inerente do material, ele é um fator decisivo na escolha deste para uma determinada aplicação. Em geral, é comum expressar o custo em valor por quilograma, no entanto, nas aplicações de engenharia, um índice mais significativo é o custo por tempo de vida útil do material. Neste sentido, é sempre necessário avaliar o que é mais economicamente viável, no entanto, é importante ter em mente que materiais cujo tempo de vida útil é maior requerem menores custos de manutenção e substituição.</p><p>PROPRIEDADES DE INTERESSE NA ENGENHARIA</p><p>Nos dias atuais, o domínio das ciências dos materiais e das técnicas de fabricação mecânica têm adquirido relevante importância no desenvolvimento de uma sociedade, pois em todos os países a qualidade de vida e a segurança econômica e militar dependem cada vez mais da capacidade que estas nações têm de desenvolver, processar e integrar novos materiais e tecnologias a processos de manufatura economicamente eficientes e seguros. Sem os novos materiais e seus sistemas produtivos eficientes não existiria no mundo atual os modernos equipamentos de computação, telefonia celular, automóveis, aeronaves produtos estruturais.</p><p>PROPRIEDADES DE INTERESSE NA ENGENHARIA</p><p>O emprego de materiais na forma de produtos acabados envolve inúmeras etapas de processamento, nos quais algumas das suas características essenciais podem ser significativamente alteradas, resultando normalmente em modificações na estrutura interna do material utilizado. Além disso, este processo tem como resultado um número muito grande de materiais alternativos, quando comparados aos materiais que tradicionalmente são utilizados, ocasionando, assim, a substituição do multiuso de um mesmo material para várias aplicações.</p><p>PLASTICOS</p><p>Os plásticos consistem em um grupo de materiais, geralmente no estado sólido à temperatura ambiente, obtidos a partir de um processo químico denominado de polimerização, por esta razão, muitas vezes, são chamados de polímeros, que consistem em moléculas de elevada massa molecular, formadas pela ligação de muitas moléculas menores denominadas de monômeros. A maioria dos polímeros têm origem orgânica e são compostos por átomos de hidrogênio e carbono, unidos por ligações químicas do tipo covalente, sendo denominados por hidrocarbonetos; consiste em exemplos destes polímeros naturais as proteínas, as enzimas e amidos.</p><p>PLASTICOS</p><p>Diferentemente dos polímeros naturais, o desenvolvimento científico permitiu a criação de estruturas de polímeros sintéticas, o que possibilitou um maior controle sobre as propriedades e a redução nos custos de sua produção. Em nosso cotidiano temos inúmeros materiais produzidos por polímeros sintéticos, entre eles destacamos o plástico, as borrachas e algumas fibras.</p><p>PLASTICOS</p><p>Os plásticos podem ser divididos em dois tipos: os termoplásticos e os termorrígidos, também conhecidos como termofixos. Os termoplásticos são chamados de plásticos e constituem a maioria dos polímeros comercializados atualmente. A principal característica dos termoplásticos se refere à capacidade de ser fundido diversas vezes, além de serem dissolvidos por diversos solventes,</p><p>sendo a possibilidade de sua reciclagem uma importante característica nos dias de hoje.</p><p>PLASTICOS</p><p>A estrutura molecular do termoplástico é formada por moléculas dispostas na forma de cordões soltos, mas agregados como um novelo de lã, cujos principais polímeros termoplásticos são: (1) acetais; (2) acrílicos; (3) acetato vinil-etileno (EVA); (4) polietileno Tereftalato (PET); (5) poliamidas; (6) polietileno; (7) policloreto de Vinil (PVC); (8) polipropileno; entre outros.</p><p>PLASTICOS</p><p>Os acetais têm como suas principais caraterísticas alta resistência à ruptura, boa resistência à temperatura e à abrasão e um baixo coeficiente de expansão térmica. Este tipo de plástico tem como suas principais aplicações a fabricação de peças de bombas de água, tubulações e máquinas de lavar.</p><p>PLASTICOS</p><p>Os acrílicos se destacam por sua transparência e são geralmente utilizados na forma de chapas, barras e tubos além de terem como principais aplicações a fabricação de lentes, coberturas transparentes, refletores, entre outras.</p><p>PLASTICOS</p><p>O acetato vinil-etileno (EVA) consiste em uma poliolefina utilizada, principalmente, em filmes para embalagens, sendo a sua flexibilidade, tenacidade, elasticidade e transparência os atributos encontrados neste material. Além disso, as propriedades mecânicas, térmicas e de barreira do EVA podem ser melhoradas através da incorporação de cargas inorgânicas.</p><p>PLASTICOS</p><p>O polietileno tereftalato (PET) tem como sua principal característica a excelente resistência a deformações e a ataques químicos, além de possuírem baixo nível de absorção de umidade e baixo custo de produção, o que faz dele um dos poliésteres de maior consumo no Brasil, sendo utilizado principalmente na fabricação de garrafas.</p><p>PLASTICOS</p><p>As poliamidas consistem em uma família de termoplásticos, sendo os plásticos mais dúcteis na engenharia e, desta forma, possuem uma alta capacidade de absorção de vibrações, resistência à abrasão e uma capacidade de carga para rolamentos de alta rotação.</p><p>PLASTICOS</p><p>O polietileno tem como suas principais características “baixo custo de produção, boa resistência química, baixo coeficiente de atrito, baixa permeabilidade a água, atóxico e inodoro”.</p><p>PLASTICOS</p><p>O Policloreto de Vinil (PVC) é obtido a partir monômero cloreto de vinila, as características principais deste material são: elevada resistência química, boas qualidades mecânicas e elétricas, e mau comportamento ao calor. As principais aplicações deste material são na produção de pisos, e na fabricação de peças moldadas como tubos para a condução de água e esgoto em residências.</p><p>PLASTICOS</p><p>O polipropileno é um termoplástico derivado do propeno, cujas principais características são: elevadas qualidades mecânicas, resistência mecânica e ao desgaste, baixa densidade e resistência a temperaturas superiores a 100 °C. Este material é extensamente utilizado na fabricação de cadeiras, seringas e embalagens em geral.</p><p>PLASTICOS</p><p>Os epóxis são resinas amplamente utilizadas como plásticos de engenharia, podendo ser processadas a frio sem pressão ou a quente. Além disso, adições inertes, plastificantes e expansores produzem uma vasta gama de propriedades desse material. Um aspecto importante desse tipo de plástico se refere ao fato de que, durante sua cura, ele praticamente não apresenta retração, sendo esta uma de suas principais vantagens.</p><p>PLASTICOS</p><p>Os poliésteres são resinas produzidas a partir de uma reação de biálcool e um aldeído, sendo os ácidos mais utilizados na sua produção o ácido maleico e seu isômero, e entre os glicóis tem-se o etileno glicol e o propileno glicol. Uma das principais aplicações deste tipo de material é a fabricação de fibra de vidro para piscinas.</p><p>PROPRIEDADES DOS PLASTICOS</p><p>Os materiais plásticos possuem inúmeras aplicações dentro da engenharia e nos processos de fabricação mecânica, oferecendo uma ampla gama de benefícios, entre eles, substituir de forma eficiente em algumas aplicações os materiais metálicos e cerâmicos. Além disso, os plásticos de aplicações em engenharia consistem numa das poucas ou se não a única alternativa quando se está diante de implementação de aplicações de técnicas incomuns, o que tem motivado a sua denominação em percursor de inovação nos diversos ramos da indústria.</p><p>PROPRIEDADES DOS PLASTICOS</p><p>Segundo artigo no site Ensinger, os plásticos voltados para aplicações em engenharia são empregados quando existem requisitos mais elevados de resistência mecânica ou térmica, mas há de se lembrar que não são tão caros e sofisticados quanto os plásticos de alta temperatura (PLÁSTICOS, 2019). Ademais, as misturas de matérias e suas modificações permitem que as caraterísticas deste produto sejam otimizadas de forma a atender a inúmeras aplicações.</p><p>ADITIVOS PLASTICOS</p><p>Os aditivos plásticos são substâncias adicionadas aos plásticos de modo a atingirem objetivos específicos, entre eles prevenir o envelhecimento, a oxidação, o efeito do calor excessivo e da luz, fraturas por reflexão e fraturas por ação atmosférica prolongada. Apesar dos aditivos conferirem as características desejadas a este tipo de material, o uso deles não é irrestrito, pois a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) impõe restrições para as embalagens plásticas de alimentos, as quais devem ser avaliadas por meio de ensaios físicos realizados por laboratório credenciado para verificar se os requisitos estabelecidos pela agência são atendidos.</p>