Atividade de pesquisa - elemento máquina.

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Elementos de Máquinas
Aluno (a): FILIPE SAMPAIO CÂNDIDO
Data: 20/08/2023
Atividade de Pesquisa 01
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Esta Atividade de pesquisa contém 06 questões, totalizando 10 (dez) pontos.
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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.
R. 
Aços carbono
Esse tipo de aço é formado pela liga de ferro com carbono, onde o teor de carbono
nesse caso é inferior a 2,11%. São chamados de aço carbono todos os produtos
derivados apenas da junção do ferro com o carbono, podendo ter o teor do
elemento variar sem quantidades significativas de outros na composição. Nesse tipo
de aço, normalmente existem elementos residuais, como manganês, fósforo ou silício,
mas as quantidades não são suficientes para alterar suas propriedades. Os aços carbono
são amplamente utilizados em diversas aplicações.
Os aços carbono são os mais produzidos, constituindo cerca de 90% da produção mundial. Podem ser
divididos ainda em:
aço de alto carbono – acima de 0,50% até o limite de 2,11%;
aço de médio carbono – entre 0,20% e 0,49%;
aço de baixo carbono – entre 0,05% e 0,20%;
aço de carbono extra baixo – entre 0,015% e 0,05%;
aço de carbono ultra baixo – abaixo de 0,015%
Aço liga
Já os aços liga contêm, além das ligações entre ferro e carbono, outros elementos em
proporções significativas que podem alterar as propriedades químicas ou mecânicas do
material. Geralmente, os outros elementos adicionados à composição do aço são:
manganês, níquel, cromo, molibdênio, vanádio, tungstênio e silício. Isso vai depender da
propriedade que querem que o aço atinja. Esses elementos normalmente são utilizados para aumentar a dureza e a resistência mecânica ou química do aço ou para conferir-lhe outras propriedades que sejam
interessantes para sua aplicação.
Os aços liga também são divididos de acordo com o teor de elementos em sua
composição:
aço baixa liga – a soma dos teores de todos os elementos liga adicionados
não ultrapassa 5% de todo o material;
aço média liga – a soma dos teores de todos os elementos liga entre 5%
e 12% de todo o material;
aço alta liga – a soma dos teores de todos os elementos liga é no mínimo
12% de todo o material;
aço baixa liga de alta resistência – nesse caso o teor de carbono é menor
que 0,25% e o teor dos outros elementos liga é menor que 2%. Geralmente
os elementos liga mais utilizados para esse tipo de aço são o Nióbio,
Vanádio e Titânio, que ajudam no aumento da resistência do material.
Aços estruturais
São muito importantes na indústria da construção por terem alta resistência mecânica e suportarem
grandes carregamentos. Os aços estruturais normalmente são aços carbono ou com pequenas
quantidades de elementos de liga. Nesse grupo, encontra-se o aço ASTM A36 que é largamente
empregado por muitas construtoras.
A maior utilização desses tipos de aço no Brasil é nas estruturas de concreto armado. Como o concreto
tem alta resistência à compressão, o aço inserido dentro da estrutura atua como boa resistência à tração.
Além de ter boa aderência com o concreto, o aço ainda tem deformações compatíveis com o material.
Os aços estruturais mais utilizados são o CA-50 e o CA-60, cujas resistências de escoamento são 50
kgf/mm² e 60 kgf/mm², respectivamente.
Aços para molas
Os aços utilizados para fabricação de molas têm elevado limite elástico, ou seja, suportam forças e
tensões sem que sua deformação seja permanente. A maioria dos aços para mola são aços carbono,
sendo as ligas necessárias somente em situações especiais.
Aços para fundição
É o material utilizado para produção de peças em aço fundido. Nesse processo, o aço líquido é vazado
em moldes e adquire a forma da cavidade quando se solidifica. Podem ser aço carbono ou aço liga,
contanto que apresentem boa resistência.
Aços para construção mecânica
Esse tipo de aço é usado para construção mecânica, ou seja, são usados para fabricar peças forjadas,
rolamentos, eixos, engrenagens, entre outros. Os aços para construção mecânica são aços carbono ou
com baixo teor de liga e abrangem uma ampla gama de produtos.
Além dessas aplicações, existem diversas classes, como os aços para usinagem, para trilhos, para fins
elétricos e outros.
Aço Galvanizado
O aço galvanizado é o material que passa pelo processo de galvanização que faz com o que o material
atinja resistências maiores. A galvanização consiste na imersão do aço em zinco fundido que garante ao
produto uma resistência à corrosão. O principal uso desse material é na fabricação de canos, vigas de
apoio, entre outras aplicações, dentro da construção civil.
Aço Galvalume
O aço galvalume é um tipo de aço liga composto por zinco, silício e alumínio. Esse tipo de material é
excelente em resistência a corrosão, e tem vida útil quatro vezes maior que o aço galvanizado. Por esse motivo é que o aço galvalume é muito utilizado em atmosferas agressivas, como nas indústrias e na marinha. Tem uma beleza estética maior, e tem grande aplicabilidade na construção civil, como telhas para cobertura metálica.
Aço Inox
Os aços inoxidáveis, ou simplesmente aço inox, é a produção do aço com adição de Cromo e Níquel,
feitos em alto forno a partir do ferro-gusa. O aço inox, além de resistir à corrosão atmosférica, ele é
resistente a diversos outros produtos químicos. Sendo assim, ele tem muita aplicabilidade, tanto na construção civil, como em outros setores. O aço inox mantém o seu brilho atraente por muito tempo, sendo necessária apenas uma simples limpeza. É um tipo de material que suporta altas temperaturas e tem resistência mecânica bastante elevada, podendo ser usado na produção
de fornos, câmaras de combustão, máquinas de diversos tipos, entre outros. Como você pôde perceber, o aço possui inúmeros tipos, geometrias e as mais variadas aplicações. Ele é um dos materiais mais
consumidos em todo o Brasil e no mundo, movimentando a economia e garantindo milhares de
empregos. É importante contar com parceiros e fornecedores que prezam pela qualidade dos itens e
garantem uma boa logística.
2 – O que é Ductilidade? Cite um exemplo.
Ductilidade é a propriedade que indica o grau de deformação que o material consegue
suportar(chamada deformação plástica) até seu total rompimento. De maneira simplificada, o conceito
define a maleabilidade da peça.
Os materiais em geral possuem alta ductilidade, já que sua estrutura possibilita que seus átomos
deslizam uns sobre os outros com mais facilidade. Além disso, os metais possuem uma outra
propriedade chamada tenacidade que indica a quantidade de energia máxima que podem absorver antes
de se romperem. Por isso, podem sofrer grande deformação-seja por laminação ou ao serem
transformados em fios.
3 – O que é uma FADIGA? Comente sobre o ensaio de fadiga mais frequentemente utilizado.
R. Fadiga é a ruptura de componentes, sob uma carga máxima suportada pelo material devido às solicitações cíclicas repetidas. Fadiga é uma ruptura de componentes sob uma carga bem inferior à carga máxima suportada pelo material, devido a solicitações cíclicas repetidas. A ruptura por fadiga começa a partir de uma trinca (nucleação) ou pequena falha superficial que se propaga ampliando seu tamanho, devido às solicitações cíclicas. Quando a trinca aumenta de tamanho, o suficiente para que o restante do material não suporte mais o esforço que está sendo aplicado, a peça se rompe repetidamente. A fratura por fadiga é típica: geralmente apresenta- se fibrosa na região da
propagação da trinca e cristalina na região da ruptura repentina.
Você pode observar o que acontece na fadiga, dobrando repetidamente um pedaço de arame de aço.
Após dobrar algumas vezes, se você observar atentamente, notaráalgumas pequenas trincas. Se
continuar dobrando observará que a trinca aumenta de tamanho até ocorrer a ruptura do arame. O
estudo da fadiga é importante porque a grande maioria das falhas de componentes de máquinas, em
serviço se deve a fadiga. E a ruptura por fadiga, ocorre sem nenhum aviso prévio, ou seja, num dado momento a máquina está funcionando perfeitamente no instante seguinte ela falha.
4 – O processo de falha por fadiga é caracterizado por três etapas distintas. Cite e comente.
R. 
1 - Iniciação da trinca – onde a trinca se forma em algum ponto de concentração de tensões.
2 - Propagação – propagação gradual da trinca a cada ciclo de tensões.
3 - Fratura final – separação ou ruptura após a trinca ter alcançado um tamanho crítico.
As trincas são normalmente iniciadas na superfície ou em pontos de concentração de tensões como:
ranhuras, rasgos de chavetas, filetes de rosca e similares. A ciclagem pode levar também ocorrências de
micro - deformações resultando em irregularidades superficiais (formação de área de intrusão extrusão)
pelo deslizamento de discordância, gerando pontos de concentração de tensões, portanto tornando-se
sítios nucleadores de trincas. Uma trinca iniciada de modo estável se propaga lentamente. No caso de
metais policristalinos isto ocorre ao longo de planos cristalográficos de elevada tensão de cisalhamento
(Estágio I). Este estágio pode ser a maior parte da vida em fadiga dependendo do nível de tensões
aplicada e de natureza do material.
A superfície de fadiga no estágio I possui uma aparência plana. No estágio II a velocidade de
propagação aumenta significativamente. Há uma mudança na direção de propagação que tende a ser
perpendicular ao carregamento. A trinca cresce em um mecanismo repetitivo de abertura e fechamento
correspondendo a um ciclo deformação da ponta da trinca (arredondamento) e aguçamento. Este padrão
de propagação produz uma superfície característica que é denominada de marcas de praia (benchmarks)
quando são dimensões microscópicas (observadas por microscopia eletrônicas)
5 – O que é Fotoelasticidade dos Materiais? 
R. É uma técnica experimental que utiliza modelos de materiais transparentes (polímeros, vidros, semi
condutores, etc) ao tipo de luz empregada (branca, amarela infravermelho, monocromática) e que
apresentam anisotropia ótica ou birrefringência (diferentes índices de retratação nos diversos planos
que passa por um ponto de modelo) quando deformados e são observados através de luz polarizada
plana ou circular num instrumento chamado de polariscópio.
É muito utilizada no laboratório (geralmente método de transmissão) e no campo (geralmente método de reflexão).
É uma técnica de campo global que fornece indicações dos pontos mais sobrecarregados, valores de
tensões cisalhantes máximas, direção principal e podem ser aplicadas em problemas 2D e 3D estáticos.
Existem extensões de aplicação denominadas fotoelasticidade, fotoelasticidade dinâmica, etc.
Fotoelasticidade.
A fotoelasticidade é utilizada para a:
Determinação precisa de fatores de concentração de tensões em problemas biaxiais e triaxiais.
Determinação de tensões residuais em protótipos ou de vidros para inspeção e controle de produção
(CDs, lâmpadas, parabrisas,...).
6 – O que é Fratura e quais os tipos?
R. Fratura dos materiais é a separação de um corpo de um material em duas ou mais partes quando este é submetido a um esforço mecânico como a tensão. As fraturas podem ser definidas primariamente em
dúcteis e frágeis. Na literatura a fratura dúctil é tratada também como “colapso plástico”.
Atividade de Pesquisa 01: Elementos de Máquinas
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