Materiais para Construção Mecânica e Tratamento Térmico(EMC114)-Aula 02 1

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<p>PRATICAS DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECANICA E TRATAMENTO TERMICO</p><p>TUTOR: ÍCARO J. R. QUEVEDO</p><p>PROCESSO POR INJEÇÃO</p><p>A modelagem por injeção consiste no principal processo de fabricação de peças plásticas, pois viabiliza a produção destas em larga escala. Está técnica é definida por Ribeiro (2009) como sendo um processo cíclico de transformação de termoplásticos e termofixos, em que as várias etapas do processo são executadas em uma ordem bem definida e que se repetem a cada ciclo, produzindo assim uma ou mais peças por vez.</p><p>PROCESSO POR INJEÇÃO</p><p>O processo de injeção pode ser descrito segundo a Associação Brasileira da Indústria do Plástico (ABIPLAST, 2014) através dos seguintes passos produtivos:</p><p>1. Inicialmente, o material é depositado no recipiente de alimentação da injetora, sendo então empurrado para dentro do funil como mostra a Figura.</p><p>2. Estando no funil, o material é então direcionado para o interior do cilindro que contém uma rosca que o empurra promovendo seu cisalhamento e homogeneização, contribuindo assim para sua plastificação. Neste momento, resistências acopladas ao cilindro aquecem o material ocasionando a fusão deste.</p><p>PROCESSO POR INJEÇÃO</p><p>3. O material então percorre o cilindro até a extremidade que se encontra o bico de injeção, que faz a conexão entre o molde e o cilindro, neste momento o material totalmente fundido é forçado ao molde, ocupando assim todos os espaços vazios.</p><p>4. Após alguns instantes, o molde se abre e libera a peça já fria e pronta. O tempo de espera no molde depende da espessura de parede, eficiência do resfriamento e da velocidade da injetora.</p><p>PROCESSO POR INJEÇÃO</p><p>PROCESSO POR INJEÇÃO</p><p>Essencialmente, estes são os passos do processo de produção por injeção, caso seja necessária a incorporação de componentes adicionais na peça a ser injetada, tais como porcas, parafusos e outros, estes deverão ser introduzidos antes da injeção.</p><p>PROCESSO DE EXTRUSÃO</p><p>O processo de extrusão de plásticos consiste em forçar de maneira controlada a passagem do material granulado pelo interior da extrusora, mostra a Figura, que pode ser descrita como sendo um cilindro aquecido cujo interior gira uma rosca sem fim responsável por transportar, misturar, compactar e retirar os gases do material plástico. Após este estágio, o material é então encaminhado para a saída do cilindro sendo então comprimido contra uma matriz de perfil desejado, a qual dá formato ao produto, sendo este depois calibrado, resfriado, cortado ou enrolado.</p><p>PROCESSO DE EXTRUSÃO</p><p>MODELAGEM POR TERMOFORMAÇÃO A VÁCUO</p><p>A termoformagem consiste em um processo de fabricação de peças a partir polímeros termoplásticos, ou seja, plásticos que após serem submetidos a elevadas temperaturas podem ser modelados e permanecerem nesta forma após o seu resfriamento. O processo de termoformagem pode ser descrito por meio dos seguintes passos: inicialmente, o produto plástico, chapa ou filme é aquecido até que este atinja a temperatura de formagem, neste estágio, o calor é transferido ao material por meio de resistências de contato, convecção ou outro meio de transferência de calor. A forma desejada do produto é obtida com o auxílio de uma ferramenta termoformadora (plug), depois deste estágio o material passa para a fase de resfriamento, na qual ocorre a estabilização do componente plástico. Por fim o produto é extraído do molde completamente estabilizado.</p><p>MODELAGEM POR TERMOFORMAÇÃO A VÁCUO</p><p>O processo de termoformagem pode ser realizado a vácuo, com molde negativo ou positivo, sendo ambos procedimentos semelhantes, descreveremos aqui apenas o primeiro. No processo a vácuo com molde negativo, ilustrado na Figura , se inicia com a fixação da chapa em uma estrutura que é colocada sobre o molde, ficando assim vedado. É neste momento que se inicia o aquecimento fazendo com que a chapa comece a estirar, sendo conduzida a geometria do molde. Este processo é facilitado com o auxílio do vácuo e da pressão atmosférica fazendo com que a chapa copie a forma do molde. Após adquirir a forma desejada a peça é então resfriada para que possa ser retirada.</p><p>MODELAGEM POR TERMOFORMAÇÃO A VÁCUO</p><p>MODELAGEM ROTACIONAL</p><p>O processo de modelagem rotacional se caracteriza por ser altamente versátil o que permite inúmeras possibilidades de projetos com baixos custos e produção em pequena escala. Neste processo, ilustrado na FIGURA, o material plástico a ser modelado, deve ser carregado no molde aquecido na forma de pó, de modo a facilitar a fusão, este molde é então movimentado no interior de uma estufa a fim de que o material fundido adquira a forma do molde; após está etapa ele é então resfriado e a peça desmontada.</p><p>MODELAGEM ROTACIONAL</p><p>CERAMICAS</p><p>O termo ‘cerâmica’ vem da palavra grega keramikos, que significa ‘matéria-prima queimada’, indicando que as propriedades desejáveis desses materiais são normalmente atingidas através de um processo de tratamento térmico a alta temperatura conhecido por ignição.</p><p>As cerâmicas são mais antigas do que os próprios metais e já foram encontradas em sítios arqueológicos de milhares de anos. Geralmente são incluídos nesta categoria de materiais os óxidos, carbetos e nitretos. Cimento, refratários, pisos, porcelanas e vidros são exemplos de materiais cerâmicos presentes em nosso dia a dia.</p><p>CERAMICAS</p><p>Como características gerais, é possível citar que esses materiais são isolantes térmicos e elétricos (apesar de existirem materiais semicondutores, condutores e supercondutores – estes a uma faixa específica de temperatura) e apresentam comportamento duro e frágil, além de resistir a condições ambientais mais severas, por exemplo, temperaturas mais elevadas, se comparadas com metais e polímeros.</p><p>CERAMICAS</p><p>Nos últimos anos, houve um relevante progresso no ramo dos materiais cerâmica, tornando mais profundo o entendimento de suas estruturas e de suas propriedades, o que possibilita o desenvolvimento de novos materiais, mais elaborados, sofisticados e de tecnologia mais elaborada, criando-se o ramo das cerâmicas avançadas, com aplicações eletroeletrônicas, biomédicas, espaciais e químicas. Em virtude disso, é comum dividir os estudos de materiais cerâmicos em: materiais cerâmicos tradicionais; materiais cerâmicos de alta tecnologia (ou “Cerâmica Avançada”) e vidros.</p><p>ESTRUTURAS CERAMICAS</p><p>Materiais cerâmicos são compostos por pelos menos dois elementos químicos (geralmente por mais elementos) e apresentam estruturas cristalinas de complexidade maior do que as estruturas cristalinas dos materiais metálicos. As ligações interatômicas de um material cerâmico são, se não total e predominantemente de natureza iônica. A variação do caráter iônico das ligações entre os íons presentes nas estruturas dos materiais depende da eletronegatividade dessas espécies.</p><p>DEFINIÇÃO</p><p>Define-se como material cerâmico o conjunto de materiais inorgânicos, excetuando-se os materiais metálicos, com emprego em engenharia (como em materiais de construção, por exemplo), assim como os produtos químicos inorgânicos, novamente excetuando-se os metálicos, utilizáveis após tratamento térmico, geralmente em temperaturas elevadas.</p><p>DEFINIÇÃO</p><p>Pode-se dividir os materiais cerâmicos nos seguintes tipos:</p><p>• Materiais cerâmicos tradicionais: também chamado de cerâmica convencional ou clássica, a cerâmica tradicional é utilizada pelo homem há muito tempo, sendo inclusive mais antiga que a metalurgia. Seus produtos geralmente possuem baixo valor agregado. Seus processos de fabricação incluem processos tradicionais e relativamente, simples, como a prensagem, a colagem e a extrusão. Todavia, tais processos podem ser optimizados e automatizados, podendo- se obter alta eficiência em sua produção. A cerâmica tradicional pode ser classificada nos seguintes tipos: cerâmica vermelha e cerâmica branca.</p><p>DEFINIÇÃO</p><p>• Vidros e vitrocerâmicas: define-se vidro como sólido não cristalino que apresenta ordenação atômica de curto alcance. O principal tipo de vidro, do ponto de vista comercial, entre todos os sistemas com tendência a vitrificar, é vidro de sílica</p><p>(SiO2), também chamados de vidros silicatos.</p><p>CERAMICAS AVANÇADAS</p><p>As aplicações e os processos de fabricação dos materiais cerâmicos avançados podem ser muito diferentes dos utilizados na cerâmica tradicional. Além disso, os produtos possuem alto valor agregado. As matérias-primas são mais caras e sua qualidade é submetida a um controle mais rigoroso do que nas cerâmicas tradicionais, já que o nível de impurezas é um fator crítico, que influencia as propriedades e nas aplicações de tais materiais.</p><p>CERAMICAS AVANÇADAS</p><p>Suas aplicações são baseadas em propriedades mais específicas, como as elétricas (sensores de temperatura, ferroelétricos – capacitores, piezoelétricos, varistores – resistores não lineares, dielétricos (isolantes), térmicas, químicas – sensores de gases e vapores, magnéticas, ópticas e biológicas.</p><p>MATERIAIS CERAMICOS DIELÉTRICOS</p><p>Materiais dielétricos são isolantes elétricos não metálicos que apresenta uma separação entre as cargas elétricas positivas e negativas em um nível atômico ou molecular. Quando uma diferença de potencial (ddp) é aplicada em um capacitor, uma das placas torna-se positivamente carregada, enquanto a outra se carrega negativamente. Há um campo elétrico com sentido da placa positiva para a negativa. A capacitância (C) relaciona as cargas armazenadas em cada placa (Q) e a ddp aplicada entre as placas (U).</p><p>SEMICONDUTORES CERAMICOS</p><p>Semicondutores apresentam condutividade elétrica menor que a condutividade apresentada por metais, por exemplo, sendo essa característica útil para algumas aplicações, de acordo com o tipo de semicondutor e de seu comportamento característico.</p><p>MATERIAIS CERAMICOS MAGNETICOS</p><p>Forças eletromagnéticas são geradas pelo movimento de cargas elétricas, sendo representadas por linhas de campo.</p><p>SUPERCONDUTIVIDADE</p><p>Supercondutividade é um fenômeno elétrico, no qual um material cerâmico, em uma faixa de temperatura muito baixa consegue apresentar resistividade próxima de zero. Há, porém, características magnéticas associadas a esse estado. Materiais supercondutores, inclusive são utilizados com ímãs com capacidade de gerar campos muito intensos.</p><p>SUPERCONDUTIVIDADE</p><p>A temperatura em que o material atinge o estado de supercondução é chamada de temperatura crítica, sendo que cada supercondutor pode apresentar uma temperatura crítica característica, variando entre 1 K e 20 K para ligas metálicas. Algumas cerâmicas, compostas por óxidos complexos, possuem temperatura crítica próxima dos 100 K. Os fatores que fazem do material um semicondutor, são:</p><p>SUPERCONDUTIVIDADE</p><p>• Temperatura: como já dito, temperaturas baixas ajudam a baixar a resistividade de certos materiais, chegando a valores praticamente nulos em algumas cerâmicas avançadas.</p><p>• Campo magnético: em temperaturas abaixo da temperatura crítica, a aplicação de um campo magnético sobre o material pode impedir o estado de supercondutor. O campo magnético mínimo para que isso ocorra é chamado de campo magnético crítico ou Hc. Ou seja, abaixo da Hc o material é supercondutor.</p><p>• Densidade de corrente (J): trata-se da razão entre corrente e a área da secção transversal do material, por onde a corrente passará. Sua unidade de medida é A. m². Há uma densidade de corrente aplicada ao material abaixo da qual ele apresentará o estado de supercondutividade, chamada de densidade crítica, ou Jc.</p><p>COMPORTAMENTO MECANICO DAS CERAMICAS</p><p>Os materiais cerâmicos apresentam propriedades mecânicas limitadas, se comparadas aos metais, por exemplo. Sua principal característica é o comportamento frágil que apresenta. Em condições ambientes, cerâmicas sempre fraturam antes de haver deformação plástica, quando submetidas às tensões. O principal mecanismo de fratura é a fratura frágil, que consiste na formação e propagação de trincas perpendiculares à direção da aplicação de tensão no material.</p><p>COMPORTAMENTO MECANICO DAS CERAMICAS</p><p>A resistência à fratura apresentada pelos materiais cerâmicos é bem inferior ao valor teórico da resistência à fratura prevista pelas teorias de interação interatômicas, o que se deve à presença de defeitos na estrutura do material. Avaliando-se a relação tensão-deformação nos materiais cerâmicos, nota-se que, enquanto se tem deformação elástica, o módulo de elasticidade dos materiais cerâmicos é ligeiramente maior que o módulo de elasticidade dos materiais metálicos, atingindo valores que vão desde 70 até 500 GPa.</p><p>COMPORTAMENTO MECANICO DAS CERAMICAS</p><p>A deformação plástica, embora muitas vezes não apareça em materiais cerâmicos submetidos à tensão em temperaturas ambientes, é possível. Além disso, há diferenças entre possíveis deformações plásticas em materiais cerâmicos cristalinos e possíveis deformações em materiais cerâmicos não-cristalinos.</p><p>No caso de cerâmicas cristalinas, a deformação plástica, quando ocorre, se dá por meio de movimento de discordâncias – distorções na malha cristalina causadas por átomos desalinhados.</p><p>image1.emf</p><p>image2.emf</p><p>image3.emf</p><p>image4.emf</p><p>image5.emf</p><p>image6.emf</p>