Resumão Materiais de Constr. Mecânica

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Resumão - Materiais de Construção Mecânica - 2015/2 
- Questionário #1 (dado em sala): 
1) Questão: 
a) Conceitue refratariedade: É a propriedade que um material usualmente não metálico 
possui de resistir a elevadas temperaturas. 
b) Como se define o índice de Basicidade? É a relação dos óxidos básicos para os óxidos 
ácidos, define o índice de basicidade da escória. 
B= 
%𝐶𝑎𝑂+%𝑀𝑔𝑂+%𝐹𝑒𝑂+𝑜𝑢𝑡𝑟𝑜𝑠 ó𝑥𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑜𝑠
%𝑆𝑖𝑂2+𝐴𝑙𝑂3+𝑜𝑢𝑡𝑟𝑜𝑠 ó𝑥𝑖𝑑𝑜𝑠 á𝑐𝑖𝑑𝑜𝑠
 ; Se B>1 = escória básica 
 Se B<1 = escória ácida 
c) Cite 2 óxidos refratários ácidos e 2 óxidos refratários básicos e como podem ser 
identificados estes óxidos: 
Básicos: Reagem com água, formando uma base, e reagem com ácidos, formando sal e água. 
Ex.: MgO + CaO; 2NaOH. 
Ácidos: Reagem com água, formando ácido, e reagem com base, formando sal e água. 
Ex.: H2CrO4; Na2CrO4+H2O 
d) O que é “spalling”? É o deslocamento de camadas superficiais devido ao gradiente de 
pressão, choque térmico. 
e) Como você relacionaria grau de porosidade com resistência ao choque térmico? Em geral, 
granulação mais grosseira e porosa possui maior resistência ao choque térmico. 
2) Questão: 
a) Determine 3 propriedades principais do Cobre: Boa resistência à corrosão; Boa 
usinabilidade; Bom condutor de calor e eletricidade. 
b) Qual liga é formada com metais Cu,Zn? E com metais Cu e Sn? 
Cu + Zn = Latão 
Cu + Sn = Bronze 
 
c) Quais propriedades conferidas ao cobre, quando associado ao cádmio, enxofre, alumínio, 
zinco e arsênio? 
Cádmio - Melhora a resistência a fadiga e ao desgaste; 
Enxofre - Confere alta condutibilidade elétrica e boa usinabilidade; 
Alumínio - Aumenta limite de resistência à tração e resistência à corrosão; 
Zinco - Eleva a conformabilidade à frio e boa resistência mecânica; 
Arsênio - Melhora as propriedades mecânicas a altas temperaturas e resistência à corrosão. 
 
d) Quais os tratamentos térmicos aplicáveis ao Cobre e quais suas finalidades? 
Homogeneização - O objetivo é eliminar ou reduzir a segregação de lingotes que devam ser 
trabalhados a frio ou a quente. 
Recozimento - Aplicado nas ligas trabalhadas a frio para promover a sua recristalização. 
Alivio de tensões - Aliviar as tensões internas para impedir a ruptura por fissuração. 
Solubilização e endurecimento por precipitação - Objetivo de obter maiores limites de 
resistência à tração (ordem de 150kgf/cm²). 
3) Questão: 
a) Como é constituído o cimento? Mistura de calcário, argila e gesso. 
b) Que tipo de material é classificado o cimento? É classificado como um material cerâmico. 
c) Que entende, associado ao cimento, da correlação: Resistência à compressão com relação 
água/cimento? Quanto menor for a relação água/cimento, maior será a resistência à 
compressão. 
d) Quais tipos de misturas podem formar o cimento? Pasta, argamassa e concreto. 
e) Quais aditivos são associados ao cimento e com que propósito? 
Incorporadores de ar - Diminuem a tensão superficial da água. 
Retardadores - Modificam a solubilidade dos diversos constituintes do cimento e retardam a 
pega. 
Dispersantes - Reduzem a quantidade de água por meio de ação físico-química. 
 - Questionário #2 (dado em sala): 
1) Questão: 
a) Qual material é associado ao “clinquer” com propósito de regular o tempo de início de 
endurecimento do Cimento Portland? Gesso ou gipsita. 
b) As aplicações do cimento são feitas com 3 misturas. 
b1) Diga o nome dessas misturas: Pasta, argamassa e concreto. 
b2) O que compõe cada mistura? 
Pasta - cimento + água 
Argamassa - cimento + água + agregado miúdo (areia) 
Concreto - cimento + água + agregado miúdo (areia) + agregado graúdo (pedregulho ou pedra 
britada) 
c) Quanto ao cimento aluminoso, responda: 
c1) Como é sua pega? Sua pega é lenta. 
c2) Como é sua hidratação e resistência à compressão em relação ao cimento Portland 
comum? É mais resistente à compressão que o Portland comum. Exige, para sua hidratação, 
cerca do dobro da água que o cimento Portland comum. 
d) Voltado para análise do concreto, responda: 
d1) Que se entende por traço 1:2:4? Uma mistura de uma parte de cimento, duas partes de 
agregado miúdo e quatro partes de agregado graúdo. 
d2) Qual a relação existente entre relação água/cimento e porosidade no concreto? Quanto 
menor for a relação água/cimento, tanto mais difícil a formação de poros, visto que a água 
excedente àquela necessária para as reações de hidratação, se distribui na massa e cria os 
poros que prejudicam a impermeabilidade do concreto. 
2) Questão: 
a) Classifique os polímeros em relação ao calor: 
a1) PVC e Poliester: Termoplásticos. 
a2) Epóxi, Silicone e Poliuretano: Termofixos. 
b) Quais os tipos de aditivos usados na fabricação dos polímeros? Estabilizadores, Materiais 
de Enchimento e Plastificantes. 
c) Como se classificam as estruturas dos polímeros quanto ao “Grau de Simetria”? 
Isotáticas - Elevado grau de simetria 
Sindiotáticas - Razoável grau de simetria 
Atáticas - Simetria molecular a esmo. 
d) Qual a estrutura polimérica apresenta maior resistência e maior ponto de fusão? 
Estrutura atática. 
3) Questão: 
a) A que se atribui a maior performance da alumina sinterizada, quando usada como 
filamento de lâmpada, comparada ao wolfrâmio? É atribuída a sua microestrutura com 
granulação refinada e homogênea e porosidade < 0,3%. 
b) Qual a principal característica das ligas biocompatíveis? Sua principal característica é a 
ausência de reação com os fluidos corpóreos. 
4) Questão: 
a) Explique as aplicações do Estanho/Chumbo em mancais: A medida em que se aumenta o 
teor de estanho, aumentam a dureza e as propriedades relacionadas com a resistência 
mecânica, sem queda da ductilidade. Adiciona-se chumbo para melhorar as propriedades 
lubrificantes ou de antifricção das ligas, além da usinabilidade. 
b) Correlacione as propriedades abaixo para um Cobre no Estado Recozido e Encruado: 
Resistência à tração, dureza, fadiga e alongamento - Resistência à tração, dureza e fadiga são 
maiores no estado encruado, enquanto o alongamento será maior no estado recozido. 
 
 
c) Explique 3 aplicações do alumínio relacionadas ao seu grau de pureza: 
Pureza de 99,9% - Refletores 
Pureza de 99,5% - Cabos elétricos armados com aço; Indústria química 
Pureza de 99% - Artigos domésticos 
 
Anotações das Apostilas - 2015/2 
Materiais poliméricos - Orgânicos (natural=proteínas, sintético=borrachas, plásticos) 
 Inorgânicos (natural=argilas, areia, sintético=silicones) 
Principais características: Baixo custo, Baixa densidade, Baixa reatividade, Alta resistência 
elétrica, Baixa condutividade elétrica. 
- De onde vêm os polímeros? Petróleo -> Nafta -> Polímeros. (São necessárias ≈ 30 ton de 
petróleo para se produzir ≈ 1 ton de PP ou PE. 
- O que é um polímero? É formado pela combinação de um grande número de unidades de 
repetição (monômeros), são constituídos de C, H, O, N. 
- Classificação dos polímeros quanto ao calor: 
TERMOPLÁSTICOS - Materiais que podem ser amolecidos sob ação de calor, deformam-se sob 
ação de tensões e apos o resfriamento recuperam a natureza sólida. Processo pode ser 
repetido. Ex.: PE, PP, PVC. 
TERMOFIXOS: Materiais que podem ser amolecidos sob ação de calor, deformam-se sob a 
ação de tensões e após o resfriamento recuperam a natureza sólida. Processo não pode ser 
repetido. Ex.: Silicones, Poliuretano, Epóxi. 
BORRACHAS OU ELASTÔMEROS: Naturais ou sintéticas. Existem elasticidade em longas faias 
de deformação na temperatura ambiente após o processo de vulcanização. 
- Estrutura: 
Ponto fundamental da estrutura polimérica: 
- Formação de longascadeias de átomos com ligações covalentes; 
- Combinação de estrutura quase que ilimitada, o que permite obter inúmeros materiais 
distintos. 
EXISTEM DOIS TIPOS DE CADEIAS: CARBÔNICAS E HETEROGÊNEAS. 
- Configuração Física: 
Cadeias poliméricas podem ser: Lineares, Ramificadas ou Reticulada (com ligações cruzadas). 
 
 
Refratários - Material usualmente não metálico usado para resistir a altas temperaturas. 
- Principais Mecanismos de Destruição: 
Químicos - Corrosão, Dissolução, Reação, Penetração. 
Mecânicos - Estáticos, Dinâmicos, Intermitentes. 
Termo-mecânicos - Térmico, Estrutural, Mecânico. 
- Classificação Geral: 
Forma física; Processo de fabricação; Processo de conformação; Grau de porosidade; Natureza 
química. 
- A temperatura de deformação é determinada em 3 níveis: 
Temperatura de amolecimento; Temperatura de deformação; Temperatura de ruptura. 
- A porosidade influencia sobre: Condutibilidade térmica; 
 Permeabilidade aos gases e vapores; 
 Resistência ao ataque químico de escórias. 
- Em geral, granulação mais grosseira e porosa possui maior resistência ao choque térmico. 
- Produtos mais leves e com maior capacidade de isolamento são feitos com a introdução de 
materiais orgânicos que queimam e formam vazios. 
 
Materiais cerâmicos - De um modo geral, os principais caraterísticos dos materiais cerâmicos 
são os seguintes: 
- São constituídos de elementos metálicos e não-metálicos; 
- Alto ponto de fusão; 
- Condutibilidade elétrica nula ou muito pequena; 
- Duros e frágeis; 
- Resistentes ao ataque químico. 
- Principais etapas de fabricação: 
a) preparação dos ingredientes para conformação; 
b) conformação; 
c) secagem e recozimento. 
A secagem deve ser muito cuidadosa, porque excessiva secagem pode resultar em rápida 
contração que leva a empenamento e mesmo fissuração. 
Na secagem ocorre perda de massa e retração pela remoção gradativa de umidade. 
- A temperatura máxima do processo de Cozimento ou Sinterização é chamada de 
“temperatura de amadurecimento”. 
- As ligações obtidas em refratários de alta qualidade são de natureza cristalina, em vez de 
vidrosa. 
- Os principais materiais cerâmicos são: 
Materiais cerâmicos tradicionais; 
Vidros e vitro-cerâmicas; 
Abrasivos; 
Cimentos; 
Cerâmicas “avançadas”. 
- Cerâmicas de alta tecnologia - Aplicações: elétricas, térmicas, químicas, magnéticas, ópticas, 
biológicas. 
- Aplicações químicas - Sensores de gases. 
- Métodos de Conformação de materiais cerâmicos: 
Prensagem simples; 
Prensagem isostática; 
Extrusão; 
Injeção; 
Colagem de barbotina; 
Torneamento. 
- Óxidos - O mais importante, porque o mais utilizado é o óxido de alumínio - alumina. Custo 
relativamente baixo e propriedades mecânicas idênticas ou melhores do que a maioria dos 
outros óxidos. Possui ainda excelente resistividade elétrica e dielétrica e é resistente a ação de 
muitas substâncias químicas, do ar, vapor de água e atmosferas sulfurosas. 
O óxido de tório - tória - é o óxido cerâmico mais estável e possui o mais elevado ponto de 
fusão dentre os óxidos cerâmicos - 3.315ºC. 
- Vidro - Em resumo, ao contrário de outros materiais cerâmicos, o vidro é uma substância 
não-cristalina. 
- A produção de produtos de vidros compreende quatro etapas: fusão e refino 
 conformação 
 tratamento térmico 
 acabamento. 
Os métodos de conformação incluem: Sopragem ou insuflação; Compressão; Estiramento; 
Fundição. 
O tratamento térmico consiste em duas operações: recozimento e têmpera. O recozimento 
tem por objetivo eliminar as tensões que se desenvolvem no resfriamento do vidro. A 
têmpera, no caso dos produtos de vidro, consiste no seu aquecimento a uma temperatura 
em torno do ponto de amolecimento, seguido do resfriamento rápido com jatos de ar ou 
mergulhando as peças em óleo. 
- Temperatura de transição vítrea = Sólido -> Líquido. 
- Principal tipo de vidro: Vidro de sílica. Muito comum na vida cotidiana, exemplo, 
embalagens, janelas, lentes. 
Cobre e suas ligas - O cobre é um metal vermelho-marrom, que apresenta ponto de fusão 
1.083ºC, sendo após a prata, o melhor condutor de calor e de eletricidade. Apresenta ainda 
excelente deformabilidade. Boa resistência a corrosão. 
- Os valores (limite de escoamento, alongamento, dureza, etc) dependem do estado em que 
se encontra o metal, se recozido ou encruado. O grau de encruamento ou recozimento é 
designado pela expressão “têmpera”, a qual não tem nada a ver com o tratamento térmico 
de têmpera, aplicado nas ligas ferro-carbono. 
- Latões (Cu+Zn): 
Latões contendo até cerca de 37% de zinco: latões alfa; 
entre 37 e 45%: latões alfa-beta; 
entre 45 e 50%: latões beta. 
À medida que o teor de zinco aumenta, ocorre também uma diminuição da resistência à 
corrosão em certos meios agressivos, levando à “dezinficação”, ou seja, corrosão preferencial 
do zinco. 
- Bronzes (Cu+Sn): 
Como se vê, nos bronzes comerciais o teor de estanho varia de 2 a 10%, podendo chegar a 
11% nas ligas para fundição. 
- À medida que aumenta o teor de estanho, aumentam a dureza e as propriedades 
relacionadas com a resistência mecânica, em queda da ductilidade. 
- Tipo 90-10 - Liga mais empregada. 
- Ligas cobre-níquel-zinco - Também conhecidas com o nome de alpacas. 
- Ligas cobre-alumínio - Todas as ligas desse tipo possuem boa resistência à corrosão. 
- Ligas cobre-berílio - São ligas que podem ser tratadas termicamente por endurecimento por 
precipitação. 
 
Metais e suas ligas 
- Aços - Ligas Fe-C que podem conter outros elementos. 
 
%C < 0,25% = baixo carbono 
0,25% < %C < 0,60% = médio carbono 
0,60% < %C < 1,4% = alto carbono 
 
- Aços Inox: 
Impureza predominante - Cr> 11p% (pode incluir Ni e Mo) 
Três classes em função da microestrutura: 
 martensítico = tratável termicamente, magnético 
 ferrítico = não tratável termicamente, magnético 
 austenítico = mais resistente à corrosão, não magnético 
Resistentes a corrosão a temperaturas de até 1000ºC. 
- Ferros Fundidos: 
 São ligas Fe-C-Si com concentração acima de 2,1p%C (tipicamente entre 3 e 4,5%). 
Temperatura de fusão mais baixa do que os aços, o que facilita a fundição e moldagem. 
- Ferro cinzento: 
 p%C entre 2,5 e 4,0. p%Si entre 1,0 e 3,0. 
Grafite em forma de veios cercados por ferrita/perlita. 
O nome vem da cor típica de uma superfície de fratura. 
Fraco e quebradiço sob tração. 
Mais resistente e dúctil sob compressão; ótimo amortecedor de vibrações. 
Mais barato de todos os materiais metálicos. 
- Ferro Dúctil ou Nodular: 
A adição de Magnésio ou Cério ao Ferro cinza faz com que o grafite se forme em nódulos 
esféricos e não em veios. 
Esta microestrutura leva a muito maior ductilidade e resistência, se aproximando das 
propriedades dos aços. 
Usado em válvulas, corpos de bombas, engrenagens... 
- Ferro Branco e Ferro Maleável: 
Para concentrações de Si abaixo de 1% e taxas rápidas de resfriamento a maior parte do 
carbono se mantém na forma de Cementita. 
A superfície de fratura neste caso é branca. 
Muito duro e frágil, sendo praticamente intratável termicamente. 
- Por que utilizar ligas não-ferrosas? Apesar da diversidade de propriedades das ligas ferrosas, 
facilidade de produção e baixo custo, elas ainda apresentam limitações: alta densidade, baixa 
condutividade elétrica, corrosão... 
Cimento e Concreto 
- “Pega” - Tempo de início de endurecimento. 
- Aglomerante “hidráulico” - aglomerante que pode ser empregado em água. 
- Calcário + argila = CLINQUER. 
- Responsáveis pelo endurecimento do cimento - Silicatos e aluminatos. 
- Os principais característicosdo cimento Portland e que são objeto de métodos de ensaio 
são: finura, pega, expansibilidade e resistência à compressão. 
- Cimento Portland Comum - Também chamado de “pega lenta”. 
- “Concreto Armado” - Barras de aço associadas ao concreto simples, que absorvem partes dos 
esforços de tração. 
- “Traço”- A indicação das quantidades relativas de cimento e agregado, em peso ou volume, 
se chama traço. (Quant. de cimento : Quant. de agregado miúdo : Quant. de agregado graúdo). 
- Propriedades do Concreto - A propriedade básica do concreto é a resistência mecânica e 
também a “impermeabilidade”. 
- Aditivos utilizados! 
Incorporadores de ar; Retardadores; Dispersantes. 
Clinquer - O clinquer pode ser definido como cimento numa fase básica de fabrico, a partir do 
qual se fabrica o cimento Portland, com a adição de sulfato de cálcio, calcário e/ou escória 
siderúrgica.