Mecânica e Resistência dos Materiais

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Mecânica e Resistência dos Materiais
Gelson Cerqueira Jr
Resistência dos Materiais é um ramo da mecânica que estuda as relações entre cargas externas aplicadas a um corpo deformável e a intensidade das forças internas que atuam dentro do corpo.
Os materiais estão tão presentes no nosso dia a dia que as vezes não notamos sua importância
INTRODUÇÃO
Historicamente, o desenvolvimento e o avanço das sociedades têm estado intimamente ligados às habilidades dos seus membros em produzir e manipular os materiais para satisfazer as suas necessidades. De fato, as civilizações antigas foram designadas de acordo com o seu nível de desenvolvimento em relação aos materiais (Idade da Pedra, idade do ferro e idade do Bronze)
HISTÓRICO
Os primeiros seres humanos tiveram acesso a apenas um número limitado de materiais, aqueles presentes na natureza: pedra, madeira, argila, peles, e assim por diante. Com o tempo, esses primeiros seres humanos descobriram técnicas para a produção de materiais com propriedades superiores àquelas dos materiais naturais; esses novos materiais incluíram as cerâmicas e vários metais. 
HISTÓRICO
Além disso, foi descoberto que as propriedades de um material podiam ser alteradas por meio de tratamentos térmicos e pela adição de outras substâncias. Naquele ponto, a utilização dos materiais era um processo totalmente seletivo, isto é, consistia em decidir dentre um conjunto específico e relativamente limitado de materiais aquele que mais se adequava a uma dada aplicação, em virtude de suas características. 
HISTÓRICO
Foi observado que apenas com tais conhecimentos haveria a possibilidade de gerar regras, padrões e procedimentos para determinar quais dimensões seriam seguras para atuar como elementos em dispositivos e estruturas.
Os egípcios inegavelmente já possuíam grandes conhecimentos desta área, pois sem eles seria impossível terem construído as pirâmides do Egito
HISTÓRICO
os gregos trariam mais um avanço na construção, criando e utilizando princípios de estática, a qual corresponde a base da resistência dos materiais.
Arquimedes (287-212 a.C.) deu uma enorme prova a respeito de condições de equilíbrio, ao utilizar uma alavanca, esboçando métodos de verificação de centro de gravidade dos corpos. Aplicou também sua teoria na construção de grandes dispositivos, tais como guinchos e guindastes.
HISTÓRICO
os romanos. Eram grandes construtores, pois além de elaborarem monumentos e templos, muitas de suas estradas, pontes e fortes estão mantidas até os dias atuais. Um de seus principais trunfos nas construções foram os arcos
Durante a Idade Média, grande parte do que foi estudado e descoberto fora perdido, sendo recuperado apenas com a chegada do Renascimento.
HISTÓRICO
Renascimento: Durante este período, o interesse pela ciência voltava à tona, surgindo grandes talentos artísticos no ramo da engenharia e arquitetura como Leonardo da Vinci, que apresentou grandes contribuições principalmente no estudo de vigas.
HISTÓRICO
Apenas no século XVII aconteceriam as primeiras tentativas de encontrar dimensões seguras de elementos de estruturas, de forma analítica.
O famoso livro “A Nova Ciência”, de Galileu Galilei, apresenta o esforço do mesmo em organizar métodos aplicáveis as análises de esforços em seqüências lógicas.
Assim, tem o início da resistência dos materiais como ciência.
HISTÓRICO
Muitos profissionais ficam expostos a problemas práticos de projetos ligados escolha dos materiais
Estimam-se mais de 50 mil tipos
Condições de serviço
Possível deterioração
Fatores econômicos
As peculiaridades do projeto definem as propriedades necessárias
As propriedades definem a categoria do material
NA ENGENHARIA
As categorias são determinadas em função da resposta dos materiais a estímulos específicos e são classificados em:
Mecânica
Térmica
Elétrica
Magnética
Ótica 
Deteriorativa
NA ENGENHARIA
Esta classificação é baseada na estrutura atômica e nas ligações químicas predominantes em cada grupo.
Materiais metálicos
Materiais cerâmicos
Materiais poliméricos
Materiais compósitos
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
MATERIAIS METÁLICOS
Substâncias inorgânicas compostas por elementos metálicos, mas que podem apresentar materiais não metálicos em sua estrutura
Arranjo espacial bem definido e ordenado
Boa resistência mecânica, condutibilidade elétrica e térmica
MATERIAIS METÁLICOS
MATERIAIS METÁLICOS
Aço carbono:
Fe:98,5%
C: 0,5-1,7%
Si, S, P: Traços
Aço inox:
Aço: 78%
Cr: 18%
Ni: 8%
Amalgama odontológico:
Hg: 43,1%
Ag: 29,9%
Sn: 7,33%
Cu: 4,55%
Zn: 0,39%
Latão:
Cu: 67%
Zn: 33%
Ouro 18:
Au: 75%
Ag: 13%
Cu: 12%
Pode apresentar arranjo ordenado ou desordenado
Metalicos+não metálicos
Alta resistência a calor
Alta resistência elétrica
Alta dureza
Alta fragilidade (quebradiço)
Muito desenvolvido nas ultimas décadas
Fácil controle no processo produtivo
MATERIAIS CERÂMICOS
Naturais ou sintéticos
Desenvolveu-se na década de 20
Química do Carbono
Cadeias moleculares de grande extensão lineares ou ramificadas
O tipo de arranjo controla as propriedades
Não condutores
Baixa estabilidade térmica
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Materiais conjugados
Junção de dois ou mais diferentes tipos de materiais
Não são solúveis entre eles
Limites bem definidos entre os materiais
Junção das propriedades
Tradicionais e avançados
MATERIAIS COMPÓSITOS
As propriedades mecânicas dos materiais ferrosos são definidas principalmente pelas estruturas cristalinas
Acima de 1534º C o Ferro é amorfo
Sua cristalização se da em cubos
Dependendo da disposição dos átomos em seu interior teremos:
O Ferro alfa (α), gama (γ) e delta (δ)
Estrutura cristalina do Ferro puro
Temperaturas criogênicas até 912º C
Ferro alfa, ferro CCC ou ferrita
Sua estrutura é cúbica de corpo centrado
A célula unitária contem 2 átomos de Ferro
Ferro alfa (α)
Espaços vazios
Fator de empacotamento atômico (FEA)
Do Ferro é 68%
Ferro alfa (α)
912ºC<x<1394ºC
Ferro CFC ou Austenita
Cúbica de face centrada (CFC)
A célula unitária contem 4 átomos
Seu FEA é 74%
Ferro gama (γ)
Ferrita ou Ferrita delta
Possui a mesma disposição do Ferro alfa
CCC
FEA 68%
1394ºC<x<1536ºC
Ferro delta (δ)
5 estados
3 sólidos (alfa, gama e delta)
Líquido (1536ºC<x)
Gasoso (2860ºC<x)
Transformações polimórficas do Ferro
Vazios
Defeito pontual
Ocasionado pelo aquecimento
Aceitável até um determinado valor (1/100.000)
Defeitos Cristalinos
Átomo intersticial
Defeito pontual
Também causado pelo aquecimento
Causa pouco impacto nas propriedades
Aceitável na ocorrência de 1/100.000
Defeitos Cristalinos
Contornos de grãos
Defeito grave
Gerado pela solidificação em núcleos
Tratamentos térmicos podem amenizar ou contornar (diminuição do grão)
Defeitos Cristalinos
Discordâncias
Um dos mais importantes defeitos em metais
Caracterizado por uma fileira extra na rede cristalina
Comanda o mecanismo de deformação do material
Defeitos Cristalinos
Caféliq + açúcarsol
Curva de solubilidade
Solução monofásica
Concentração abaixo da curva
Solução difásica (bifásica)
Concentração acima da curva
Solução sólida
Cobre + Estanho = Bronze
Aquecimento>Fusão>Solidificação
Solução sólida intersticial
Aço carbono
Solução sólida substitucional
Aço inox
Solução sólida
Resistência mecânica
Elasticidade
Ductilidade (plasticidade)
Dureza
Tenacidade
Propriedade mecânicas dos materiais
Resistência mecânica: Capacidade do material a resistir a esforços mecânicos sem se romper
Tração*
Compressão
Cisalhamento
Torção
Flexão
Propriedade mecânicas dos materiais
Elasticidade: Capacidade do material voltar às suas dimensões originais após submetido a esforços mecânicos tendo suas dimensões alteradas
Propriedade mecânicas dos materiais
Ductilidade (plasticidade): Capacidade do material de se deformar de maneira permanente antes da sua ruptura 
Propriedade
mecânicas dos materiais
Dureza: São várias as definições, as principais são:
Resistência a ser riscado
Resistência a deformação plástica superficial
Propriedade mecânicas dos materiais
Tenacidade: Capacidade de absorver energia antes da sua ruptura. Esta propriedade está associada com a resistência a impactos.
Propriedade mecânicas dos materiais
Usinabilidade
Conformabilidade
Temperabilidade
Soldabilidade
Propriedades Tecnológicas dos materiais
Usinabilidade
Facilidade de um material em ser usinado, de ser usado para a fabricação de uma peça qualquer através da remoção de suas partes
Propriedades Tecnológicas dos materiais
Conformabilidade
Capacidade do material de ser deformado plasticamente até o formato desejado
Propriedades Tecnológicas dos materiais
Temperabilidade
Capacidade de um determinado material de ser endurecido após passar por um tratamento térmico de têmpera. Esta capacidade está associada à profundidade a que o tratamento irá atingir.
Propriedades Tecnológicas dos materiais
Soldabilidade
Capacidade de um material de ser ligado a outro pelo processo de soldagem tendo como objetivo a continuidade das suas propriedades físicas, químicas e mecânicas
Propriedades Tecnológicas dos materiais
Aços e Ferros Fundidos
Aços e Ferros Fundidos
	Ligas metálicas ferrosas
Fe + C + X
97,891%<Fe<99,998%
0,008%<C<2,11%
X0
Temperatura de fusão: 1250-1450º C
Boa resistência mecânica
Muito tenazes
Boa soldabilidade, temperabilidade, usinabilidade e conformabilidade
Densidade: 7,9 g.cm-3
Aços e Ferros Fundidos
	Aços
Aços carbono
X0
Aços baixa liga
X<5%
ABNT: Y1Y2XX
Y1: Classe
Y2: Número de liga
XX: % de carbono
Aços alta liga
X>5%
Aços e Ferros Fundidos
	Aços
Aços baixos
0,008<%C<0,3
Aços médios
0,3<%C<0,5
Aços altos
0,5<%C<2,11
Manganês, Silício, Enxofre e Fósforo
Alta dureza e resistência a tração
Redução na ductilidade e tenacidade
Aços e Ferros Fundidos
	Aço-carbono
Microestruturas
Forma como os constituintes estão organizados no material
Impressão digital
Aços e Ferros Fundidos
	Aço-carbono
Contorno de grãos
Fronteiras
Grãos claros
Ferrita isolada
Única fase (Ferro α + Carbono)
C<0,008%
Grãos escuros
Perlita
Duas fases (Ferro α + Cementita)
Cementita = Fe3C
C~6,67%
Aços e Ferros Fundidos
	Aço-carbono
Mais Carbono>Mais grãos escuros>Mais perlita>Maior dureza>Maior resistência a tração
Aços e Ferros Fundidos
	Aço-carbono