R 1 - MATERIAIS DE CONSTRUCAO MECANICA

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13
 (
UNIVERSIDADE
 ANHANGUERA
ENGENHARIA
 
MECÂNICA
)
 (
NOME
 DO ALUNO
)
 (
Relatório de Aula Prática 
Materiais de Construção Mecânica
)
 (
Cidade/UF
ANO
)
 (
NOME
 DO ALUNO
)
 (
Relatório de Aula Prática 
Materiais de Construção Mecânica
)
 (
Roteiro de Aula Prática apresentado a Universidade 
Anhanguera
 como requisito para obtenção de média para a disciplina de 
Materiais de Construção Mecânica
)
 (
Cidade/UF
ANO
)
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	3
2	DESENVOLVIMENTO	4
2.1	UNIDADE 1 – SEÇÃO 2	4
2.1.1	Atividade 1 – Físico – Ensaio de Tração	4
2.2	UNIDADE 1 – SEÇÃO 3	6
2.2.1	Ensaios de Dureza e Mecanismos de Aumento de Resistência	6
2.2.2	Exigências dos Materiais Utilizados em Engenharia	7
2.2.3	Condutividade Elétrica	8
2.2.3.1	Condutividade Elétrica	8
2.2.3.2	Teste de Dureza	10
2.3	UNIDADE 2- SEÇÃO 3	12
2.3.1	Análise Metalográfica de Amostras de Aço AISI/SAE 1045 e AISI/SAE 4140............................................................................................................................12
2.4	UNIDADE 3 – SEÇÃO 2	16
2.4.1	Tratamentos Térmicos	16
2.4.2	Conformação e Materiais de Construção Mecânica	17
3	CONCLUSÃO	20
REFERÊNCIAS	21
INTRODUÇÃO
A disciplina de Materiais Aplicados à Engenharia Mecânica desempenha um papel crucial na formação dos estudantes nas áreas de engenharia mecânica e afins. As atividades práticas delineadas neste guia têm como objetivo proporcionar aos alunos uma vivência concreta e aplicada dos conceitos teóricos discutidos em sala de aula, permitindo a aplicação direta dos conhecimentos adquiridos.
Durante este curso, os alunos serão guiados por diferentes etapas práticas, cada uma focalizando aspectos específicos dos materiais utilizados na engenharia mecânica. Desde a análise das propriedades mecânicas até a compreensão das microestruturas dos materiais, as atividades propostas visam não apenas reforçar os conceitos teóricos, mas também desenvolver habilidades técnicas e analíticas cruciais para a prática profissional.
A relevância das atividades práticas não está somente na aplicação imediata dos conhecimentos, mas também na preparação dos alunos para os desafios do mercado de trabalho. Ao se depararem com situações reais de análise e ensaio de materiais, os estudantes têm a oportunidade de cultivar competências essenciais para sua futura atuação profissional, como tomada de decisão, resolução de problemas e interpretação de resultados experimentais.
Nesta perspectiva, este guia de atividade prática oferece uma trajetória de aprendizado que não apenas busca aprofundar o entendimento dos conceitos técnicos, mas também estimula o desenvolvimento de uma postura crítica e investigativa, fundamentais para o êxito no campo da engenharia mecânica. Ao completarem estas atividades, os estudantes estarão melhor preparados para enfrentar os desafios e requisitos do mercado, contribuindo de maneira efetiva para o avanço e a inovação na área da engenharia e construção mecânica.
DESENVOLVIMENTO
UNIDADE 1 – SEÇÃO 2
Atividade 1 – Físico – Ensaio de Tração
Gráfico 1 – Material PEAUPM
Fonte: O Autor (2024).
Gráfico 2 – Material PEAD
Fonte: O Autor (2024).
Gráfico 3 – Material PEAD
Fonte: O Autor (2024).
Gráfico 4 – Material PEUBD
Fonte: O Autor (2024).
Considerando os dados apresentados, o material mais apropriado para a prótese seria o PEAUPM, devido ao seu limite de escoamento. Esse limite se relaciona com a tensão máxima que o material pode suportar sem sofrer deformação permanente.
UNIDADE 1 – SEÇÃO 3
Ensaios de Dureza e Mecanismos de Aumento de Resistência
Neste ensaio, realizou-se uma análise comparativa das características de diversos materiais (cerâmica, metal e compósito natural), avaliando sua dureza, condutividade térmica e condutividade elétrica. Esses atributos desempenham um papel crucial na escolha de materiais para aplicações na engenharia mecânica, impactando diretamente a durabilidade, resistência e eficácia dos componentes.
Metodologia:
 A avaliação das propriedades dos materiais foi conduzida seguindo as etapas abaixo:
Preparação e utilização dos Equipamentos de Proteção Individual (EPIs) necessários para o experimento, como jaleco branco, óculos, luvas de procedimento e máscara.
Posicionamento e deslocamento dos corpos de prova para as respectivas estações de medição.
Utilização do alicate amperímetro para medir a condutividade elétrica.
Avaliação da condutividade térmica ao expor os corpos de prova a uma fonte de calor controlada (bico de Bunsen) e medir as temperaturas nas extremidades aquecida e oposta.
Repetição dos procedimentos para todos os corpos de prova disponíveis.
Resultados:
Os dados coletados englobam as medições de dureza, condutividade térmica e condutividade elétrica para cada material examinado. Essas informações são cruciais para analisar a resistência, capacidade de dispersão de calor e transmissão de corrente elétrica dos materiais.
Tabela 01- Resultados de Medidas de dureza
	Material
	1 leitura
	2 Leitura
	3 Leitura
	4 Leitura
	Aço Carbono Comum Recozido
	55 º
	55 º
	50 cal/ºC
	52 cal/ºC
	Aço Carbono Comum Temperado
	57º
	57º
	65 cal/ºC
	65cal/ºC
	Liga de Alumínio
	72°
	72°
	102cal/ºC
	101,9cal/ºC
	Ferro Fundido
	77°
	77°
	107cal/ºC
	107 cal/ºC
Fonte: O autor (2024).
 A interpretação dos resultados desempenha um papel crucial na compreensão das características de cada material. Por exemplo, uma alta dureza sugere uma maior resistência a deformações e desgastes, tornando o material apropriado para aplicações onde a durabilidade é fundamental, como em engrenagens e ferramentas. Uma elevada condutividade térmica é desejável em materiais utilizados em dissipadores de calor ou trocadores de calor, enquanto uma alta condutividade elétrica é essencial em materiais condutores empregados em fios elétricos e componentes eletrônicos. Este experimento proporcionou uma análise abrangente das propriedades de diferentes materiais, ressaltando a importância da seleção adequada para garantir o desempenho e a eficiência dos componentes mecânicos. Através da medição da dureza, condutividade térmica e condutividade elétrica, foi possível identificar as características distintivas de cada material, auxiliando na escolha adequada para diversas aplicações industriais.
Exigências dos Materiais Utilizados em Engenharia
Condutividade Elétrica
Esta etapa consiste em posicionar os corpos de prova 01, 02, 03, 04 no gerador de DDP, e realizar a medição com o alicate amperímetro.
Imagem 1- Medição Condutividade – Corpo de Prova 1
Fonte: elaborado pelo aluno no laboratório ALGETEC (2024)
Tabela 1. Resultados da Medição
	Corpo de Prova
	Material
	Condutividade
	1
	Ferro
	0,42ª
	2
	Madeira
	0
	3
	Cerâmica
	0
	4
	Polímero
	0
Fonte: elaborado pelo autor, (2024)
A análise dos resultados da medição revela que somente o corpo de prova 1 demonstrou condutividade elétrica. Esses resultados podem ser explicados pela composição do corpo de prova 1, que consiste em uma liga metálica (ferro), tornando-o condutor de eletricidade. Em contraste, os outros materiais são isolantes elétricos, o que explica a ausência de condutividade elétrica nesses casos.
Condutividade Elétrica
Nesta fase da atividade, é solicitado o posicionamento dos corpos de prova 01, 03 e 04 no suporte isolante térmico, seguido pelo acendimento do bico de Bunsen. Para realizar a medição no experimento, é preciso aguardar o aquecimento das peças, utilizando o cronômetro para acompanhar o processo.
Imagem 5 - Medição Temperatura – Corpo de Prova 1
Fonte: elaborado pelo aluno no laboratório ALGETEC (2024)
Imagem 5 - Medição Temperatura – Corpo de Prova 3
Fonte: elaborado pelo aluno no laboratório ALGETEC (2024)
Tabela 2. Resultados da Medição
	Corpo de Prova
	Material
	Temperatura
	1
	Ferro
	55ºC
	2
	Madeira
	N/A
	3
	Cerâmica
	173ºC
	4
	Polímero
	N/A
Fonte: elaborado pelo autor, (2024)
Os corpos de prova 2 e 4 não puderam ser empregados neste experimento devido à sua natureza combustível,que resultaria em sua degradação quando expostos ao aquecimento.
Teste de Dureza
Imagem 5 - Dureza – Corpo de Prova 1
Fonte: elaborado pelo autor, (2024)
Imagem 6 - Dureza – Corpo de Prova 2
Fonte: elaborado pelo autor, (2024)
Imagem 7 - Dureza – Corpo de Prova 3
Fonte: elaborado pelo autor, (2024)
Imagem 8 - Dureza – Corpo de Prova 4
Fonte: elaborado pelo autor, (2024)
Tabela 3. Resultados da Medição
	Corpo de Prova
	Material
	Dureza Brinell
	1
	Ferro
	80 HB
	2
	Madeira
	20 HB
	3
	Cerâmica
	62 HB
	4
	Polímero
	28 HB
Fonte: elaborado pelo autor, (2024)
UNIDADE 2- SEÇÃO 3
Análise Metalográfica de Amostras de Aço AISI/SAE 1045 e AISI/SAE 4140
A metalografia é uma técnica empregada para examinar a microestrutura dos materiais, fornecendo dados sobre sua composição e características. No contexto deste experimento, foram conduzidas análises metalográficas nas amostras de aço AISI/SAE 1045 e AISI/SAE 4140, visando entender suas estruturas e propriedades.
Metodologia:
Os passos realizados para a execução da análise metalográfica foram os seguintes:
As amostras foram cortadas em discos abrasivos para metalografia, garantindo dimensões adequadas para facilitar o manuseio.
Em seguida, as amostras foram embutidas em molduras plásticas de baquelite para eliminar cantos agudos e facilitar o manuseio.
As amostras foram lixadas utilizando uma sequência de lixas de granulometria crescente (180, 220, 360, 400, 600), resultando em uma superfície lisa e sem rebarbas.
Posteriormente, as amostras foram lavadas para remover quaisquer resíduos das lixas.
As amostras foram polidas em politrizes utilizando pastas abrasivas de diamante com diferentes granulometrias (9, 6, 3 e 1 mícron), proporcionando um acabamento espelhado na superfície.
Após a polimento, as amostras foram lavadas e secas utilizando álcool e algodão umedecido em álcool, evitando a formação de novos riscos na superfície.
As amostras foram submetidas a um ataque químico metalográfico em uma solução ácida diluída por alguns segundos para revelar a microestrutura do material.
Por fim, a microestrutura revelada foi observada sob um microscópio óptico, ajustando.
Resultados:
Imagem 9 – AÇO 1040
Fonte: elaborado pelo autor, (2024)
Aço 1040: Através da observação da amostra sob um microscópio metalográfico, é possível identificar a presença de grãos de ferrita e perlita, que formam a matriz microestrutural do aço 1040. A ferrita, notavelmente mais clara, apresenta uma estrutura cúbica de faces centradas, enquanto a perlita, com uma tonalidade mais escura, é composta por lamelas alternadas de ferrita e cementita. A distribuição e o tamanho desses grãos oferecem insights significativos sobre as propriedades mecânicas e a usinabilidade do aço. Além disso, é possível avaliar a presença de inclusões, defeitos ou segregações, o que pode influenciar diretamente na qualidade final do material.
Imagem 10 – AÇO 1045
Fonte: elaborado pelo autor, (2023)
Aço 1045: A estrutura microscópica do aço 1045 é composta por uma mistura de ferrita e perlita, similar ao aço 1040, porém com um teor de carbono mais elevado. Essa composição leva a grãos mais refinados e, frequentemente, a uma maior dureza. Em áreas submetidas a tratamento térmico, também é possível observar a presença de martensita, proporcionando ao aço 1045 propriedades mecânicas aprimoradas.
As análises metalográficas revelaram as seguintes características nas amostras de aço AISI/SAE 1045 e AISI/SAE 4140:
Aço AISI/SAE 1045: apresentou uma microestrutura ferrítica ou perlítica, com grãos finos e distribuição uniforme de ferrita e perlita.
Aço AISI/SAE 4140: demonstrou uma microestrutura mais complexa, podendo apresentar ferrita, perlita, martensita e/ou bainita, dependendo das condições de tratamento térmico.
Discussão:
A análise das estruturas microscópicas dos aços AISI/SAE 1045 e AISI/SAE 4140 fornece insights sobre suas propriedades mecânicas e desempenho em serviço. A presença de ferrita e perlita indica uma estrutura mais flexível e resistente, enquanto a presença de martensita ou bainita sugere uma estrutura mais rígida e resiliente. A formação das estruturas microscópicas nos aços é influenciada por fatores como composição química, tratamento térmico e velocidade de resfriamento, sendo fundamental levar em conta esses aspectos na escolha e aplicação dos materiais.
Conclusão:
A análise metalográfica das amostras de aço AISI/SAE 1045 e AISI/SAE 4140 permitiu uma compreensão minuciosa de suas microestruturas e características. Esses dados são essenciais para uma escolha apropriada dos materiais e para compreender como eles se comportam em diversas aplicações industriais.
UNIDADE 3 – SEÇÃO 2
Tratamentos Térmicos
A têmpera é um processo de tratamento térmico utilizado em metais para aumentar sua dureza e resistência, alterando sua estrutura microscópica. Neste experimento, foram conduzidos testes de têmpera nos metais AISI/SAE 1045 e AISI/SAE 4140, com o propósito de examinar e contrastar suas durezas antes e depois do tratamento térmico.
Metodologia:
Os procedimentos adotados para a realização da atividade foram os seguintes:
Primeiramente, foi feita a medição da dureza dos metais em suas condições iniciais, ou seja, antes do tratamento térmico.
Em seguida, foram cortadas amostras dos metais AISI/SAE 1045 e AISI/SAE 4140 com 25 mm de altura.
As amostras cortadas foram então colocadas na mufla, que estava pré-aquecida a 820 °C, para o processo de austenitização.
As amostras permaneceram na temperatura de austenitização por 20 minutos.
Posteriormente, as amostras foram retiradas da mufla e imediatamente mergulhadas em óleo para a têmpera.
Durante todo o processo, as amostras foram movimentadas continuamente para assegurar um resfriamento uniforme.
Após a têmpera, as amostras foram limpas e a dureza foi medida novamente.
Resultados:
Antes de passarem pelo tratamento térmico, os metais exibiam durezas de 175HB (no caso do AISI/SAE 1045) e 25 (para o AISI/SAE 4140).
Após o processo de têmpera, foi notada uma notável elevação na dureza dos metais, registrando valores de 190 (para o AISI/SAE 1045) e 37 (no caso do AISI/SAE 4140).
Discussão:
A têmpera é um procedimento de tratamento térmico projetado para aumentar a dureza dos metais por meio da criação de uma estrutura martensítica durante o resfriamento rápido. O aumento da dureza após a têmpera decorre da transformação na estrutura cristalina do metal, tornando-o mais resistente à deformação e ao desgaste.
A análise das microestruturas dos metais após a têmpera pode revelar a presença de martensita, uma estrutura cristalina metaestável típica desse tipo de tratamento térmico. A presença e a distribuição da martensita têm um impacto direto na dureza final do metal.
Conclusão:
Este estudo possibilitou a análise e comparação das durezas dos metais AISI/SAE 1045 e AISI/SAE 4140 antes e após o processo de têmpera no tratamento térmico. Os resultados evidenciaram um aumento considerável na dureza dos metais após a têmpera, tornando-os mais adequados para aplicações que exigem maior resistência mecânica. Além disso, a avaliação microestrutural pode oferecer informações suplementares sobre as mudanças ocorridas durante o tratamento térmico.
UNIDADE 4 – SEÇÃO 
Conformação e Materiais de Construção Mecânica
INTRODUÇÃO 
Os ferros fundidos são compostos por ligas de ferro que incluem carbono e outros elementos em proporções diversas, conferindo características específicas a esses materiais. Neste estudo, foram examinados quatro tipos distintos de ferros fundidos: nodular, cinzento, branco e vermicular, com o objetivo de compreender suas estruturas microscópicas e estabelecer conexões com suas propriedades mecânicas.
Metodologia:
Uso dos Equipamentos de Proteção Individual (EPIs) providos no "Armário de EPIs".
Escolha de uma amostra de ferro fundido para análise.
Preparação da amostra: corte na máquina apropriada, embutimento em baquelite, processo de lixamento e polimento na politriz utilizando lixas e alumina de diferentesgranulometrias.
Resultados:
Foram examinados os seguintes tipos de materiais:
Ferro fundido nodular: exibe uma estrutura composta por matriz de ferrita ou perlita com nódulos de grafita esferoidais distribuídos uniformemente.
Ferro fundido cinzento: apresenta uma matriz de ferrita, perlita ou ledeburita com partículas de grafita lamelar dispersas.
Ferro fundido branco: é caracterizado por uma matriz de perlita ou ledeburita, sem a presença de grafita livre devido ao rápido resfriamento.
Ferro fundido vermicular: possui uma microestrutura que combina características do ferro nodular e do ferro cinzento, com nódulos de grafita de formato vermicular.
Discussão:
Cada tipo de ferro fundido possui propriedades mecânicas únicas devido à sua estrutura microscópica:
O ferro nodular é reconhecido por sua alta resistência e ductilidade devido à presença de nódulos de grafita, sendo apropriado para aplicações que exigem resistência ao impacto e fadiga.
O ferro cinzento oferece boa usinabilidade e capacidade de absorção de vibrações devido à grafita lamelar, sendo frequentemente usado em peças com baixa resistência mecânica.
O ferro branco é extremamente rígido e resistente ao desgaste graças à sua estrutura perlítica ou ledeburítica, sendo indicado para componentes sujeitos a abrasão severa.
O ferro vermicular combina características do ferro nodular e do ferro cinzento, proporcionando uma combinação equilibrada de resistência e ductilidade.
Conclusão:
Este estudo possibilitou a compreensão das variações microestruturais entre os distintos tipos de ferros fundidos e como essas variações influenciam as propriedades mecânicas. A seleção do material mais apropriado para uma determinada aplicação será baseada nas características específicas necessárias, tais como resistência, ductilidade, usinabilidade e resistência ao desgaste.
CONCLUSÃO
Durante este roteiro de aula prática, os alunos participaram de uma variedade de atividades que buscaram não só a aplicação prática dos conceitos teóricos de materiais de construção mecânica, mas também o desenvolvimento de habilidades técnicas e analíticas cruciais para sua formação profissional. Desde a análise das propriedades mecânicas até a compreensão das microestruturas dos materiais, os alunos foram desafiados a explorar diferentes aspectos dos materiais empregados na construção mecânica.
Ao longo das atividades práticas, os alunos experimentaram situações reais de análise e ensaio de materiais, enfrentando desafios e tomando decisões com base nos resultados obtidos. Ademais, eles ampliaram sua compreensão das inter-relações entre estrutura, propriedades e processamento dos materiais, contribuindo para uma visão mais holística e integrada do tema.
É relevante destacar que as habilidades desenvolvidas durante este roteiro de aula prática extrapolam o ambiente acadêmico, sendo diretamente aplicáveis no mercado de trabalho. A capacidade de analisar, interpretar e aplicar conhecimentos sobre materiais de construção mecânica é essencial para engenheiros e profissionais de áreas afins, possibilitando o desenvolvimento de projetos inovadores e a resolução eficiente de desafios complexos.
REFERÊNCIAS
LEITE, Sueli Souza et al. Ensaio de tração mecânica e análise metalográfica do aço SAE 1045. Revista Engenharia em Ação UniToledo, v. 2, n. 1, 2017.
ROHDE, Regis Almir. Metalografia preparação de amostras. Laboratório de ensaios mecânicos. Universidade Regional Integrada do alto Uruguai e Missões, 3ª Edição, Rio Grande do Sul, 2010.
VIEIRA, António Manuel Rincon de Aguiar et al. Aspectos termo-mecânicos na maquinagem por abrasão de materiais de construção mecânica. 2004.
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