Revisão de Materiais de Construção Mecânica

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Revisão de Materiais de Construção Mecânica
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AÇOS
1- O que são aços ? Por que o aço carbono é o material mais empregado na maioria dos projetos de engenharia ?
R: Define-se metalurgicamente “aço carbono” como sendo uma liga de ferro e carbono contendo, teoricamente, entre 0,05 e 2,0% de carbono. Entretanto, nos aços usuais, na prática, a quantidade de carbono nunca é superior a 1,5%. Além do ferro e do carbono, esses aços contêm alguma quantidade de manganês, enxofre e fósforo; alguns aços poderão apresentar, ainda, pequena adição de silício, alumínio e cobre. 
A razão desse fato é que o aço-carbono, além de ser um material de boa soldabilidade, de fácil obtenção e encontrável sob todas as formas de apresentação, e o material metálico de menor preço em relação à sua resistência mecânica. Corresponde a mais de 90% da produção mundial somada de todos os materiais metálicos.
2 - Dê os nomes para os seguintes aços seguindo a classificação SAE ?
R:
4140 – Aço Cromo e molibdênio com 0,5 – 0,95%Cr e até 0,30% Mo. e 40% de carbono 
304 – Aço inoxidável Austenítico.
5150 – Aço com Cr e 50% de carbono (Composição na tabela da apostila)
8640 – Aço Ni, com Cr e 40% de carbono. (Composição na tabela da apostila
4720 – Aço Ni-Cr-Mo- (Composição na tabela da apostila
Aço 950 – Aço Alta resistência e baixa liga
Aço 511 – Aços para rolamentos com quatidade de cromo médio
 
Tabela 1 – Tabela de classificação dos aços segundo a norma SAE
3 - Por que aços com teor abaixo de 0,4% de carbono não temperam ?
Porque a Martensita é formada a partir do carbono que fica aprisionado na rede ferrítica, deformando a rede; Porém é necessário uma quantidade mínima de carbono para que ocorra essa deformação na rede. Relembrando como se forma a martensíta.
4- Quais os efeitos dos elementos de liga na temperabilidade dos materiais, como eles agem nas curvas TTT.
À medida que aumenta a quantidade de carbono e outros elementos de liga com exceção do colbato, aumenta também a temperabilidade do aço (possibilidade de formação de martensita com o resfriamento). Todos os elementos de ligas, principalmente o carbono, tende a jogar a Curva TTT à direita (a consequência disso que as demais estruturas, com exceção da martensíta, levarão muito mais tempo para se formar), facilitando a formação da martensita, uma vez que mesmo com resfriamentos muitos lentos ela irá se formar.
5 - Como são as propriedades do aço carbono comum nas seguintes circunstâncias:
a) Resistência mecânica em Altas temperaturas
b)Fluência
C) Corrosão em altas temperaturas
D) Transição dúctil- Frágil
E) Soldagem 
a) Altas temperaturas – redução da resistência mecânica em altas temperaturas. Crescimento do grão e a eliminação de defeitos internos e encruamento, que funcionam como barreiras para o movimento das discordâncias. Além disso, ao aquecermos um aço até altas temperaturas, corremos os risco de durante o resfriamento obtermos a fase martensítica, fase frágil (Não serve para nada). 
Fluência - Baixa resistência à fluência. Tendo efeitos consideráveis a partir dos 370°C.
Corrosão em altas temperaturas- O Aço sofre corrosão relativamente elevada em altas temperaturas. O Oxigênio se torna mais reativo, formando carepas de óxidos que se destacam do material com muita facilidade, sendo responsável assim pelo aumento da corrosão.
d) Transição dúctil-Frágil – O aço pela sua estrutura CCC sofre transição dúctil-Frágil, sendo esse fator afetado principalmente com um teor elevado de carbono. 
e) Soldagem - A soldagem do aço-carbono é fácil, porém quanto maior o teor de carbono e outros elementos de liga, mais difícil é a soldagem, porém o carbono é o que apresenta efeito mais maléfico durante a soldagem, devido ao aumento da possibilidade de formação de martensíta durante o resfriamento.
 
6- Qual a importância dos elementos de liga no aço ?
Alterar as propriedades mecânicas;
Aumentar a usinabilidade;
Aumentar a temperabilidade;
Conferir dureza a quente;
Aumentar a capacidade de corte;
Conferir resistência ao desgaste;
Conferir resistência a corrosão;
Conferir resistência ao calor;
Modificar as características elétricas e magnéticas;
7- Qual a função dos elementos de liga Mn, Si, Cr, Ni, Mo, Cu, S:
Mangânes: Aumentar a resistência mecânica do aço, sem causar tantos efeitos maléficos quanto o carbono. O manganês também é utilizado para prevenir que o ferro presente no aço se associe ao enxofre. 
Silicio - Elemento comumente utilizado para desoxidar o aço. O Ferro gusa durante o seu processo de transformação em aço tem oxigênio injetado para remover o alto teor de carbono e outras impurezas. Transformando em aço. Porém o aço no estado líquido possui maior reatividade ao oxigênio. O oxigênio borbulha no aço, promovendo vazios, poros que podem ser iniciadores de trincas e reduz a resistência do material. 
Cromo – Forma uma camada protetora contra a corrosão. Para mais de 11% de cromo temos os aços inoxidáveis.
Níquel- Estabiliza a austenita a temperatura ambiente. Desloca a transição dúctil-frágil para temperaturas menores.
Molibdênio - O molibdênio aumenta consideravelmente à resistência a fluência e a resistência a altas temperaturas.
Cobre – Melhora a resistência a corrosão do material.
Enxofre – Elemento indesejado. Dificulta a soldagem, fragilização a quente do material, formação de sulfeto de ferro que apresenta ponto de fusão muito baixo, causando graves problemas durante a soldagem e a fusão do material. Porém em casos isolados, pode ser usado para usinagem do material.
8- O que são aços estruturais ?
São aços empregados em grandes estruturas e que precisam suportar grandes cargas, principalmente em construção civil, em equipamentos de transporte: veículos em geral, equipamentos rodoviário, ferroviário, naval etc.
Requisitos fundamentais:
Baixo custo;
Resistência mecânica
Deformabilidade
Soldabilitade
Relação adequada resistência/peso
9 - Onde são utilizados os aços com alto teor de carbono ?
R: Os aços com alto teor de carbono, que possuem normalmente teores de carbono entre 0,60 e 1,4% de C, são os mais duros e os mais resistentes, e portanto, os menos dúcteis dos aços-carbono. Eles são usados quase sempre em uma condição endurecida e revenida e, como tal, são especialmente resistentes aos desgaste e capazes de manter um fio de corte afiado. Os aços-ferramentas e os utilizados em matrizes são ligas com alto teor de carbono, contendo geralmente cromo, vanádio, tungstênio e o molibdênio. Esses elementos de liga combina-se com o carbono para formar carbetos muitos duros e resistentes ao desgaste.
10 - O que são aços ARBL, como são formados ?
R: São aços com resistência mecânica extremamente elevada devido aos seus grãos que tem tamanho muito pequeno, com unidades micrométricas. Devido aos seus grãos pequenos, esses aços apresentam uma grande resistência mecânica sem comprometer suas propriedades mecânicas de ductilidade e etc. Para conseguir esse tamanho de grão tão pequeno são utilizadas técnicas de Laminação controlada. Onde a laminação e elementos de liga servem de núcleos para que durante a recristalização surjam grão de tamanhos muitos pequenos. 
AÇOS INOXIDÁVEIS
1- Para que haja a corrosão é necessário diferença de potencial entre metais? Sabendo que o aço e outros metais não estão em contato com nenhum outro metal diferente, Por que ocorre a corrosão nos aços comuns ?
Todo material apresenta irregularidades microscópicas. Essas irregularidades são as diferenças que sempre existem entre os grãos de que são constituídos todos esses materiais. Nesse caso, as “pilhas de corrosão” serão formadas por grãos vizinhos entre os quais existam diferenças de natureza, de estrutura cristalina, de composição química, de tamanho, de orientação e etc. Bem como a existência de inclusões, segregações, bolhas e trincas. 
2 - Porque os aços inoxidáveis são altamente resistentes a corrosão, qual é o principal elemento presente nesses aços ?
O Cromo é o
elemento de liga básico nos aços inoxidáveis, cuja passivação é conseguida pela presença de oxigênio, formando de uma película de óxidos e hidróxidos de cromo na superfície do metal, com alta aderência A película passivadora de óxidos e hidróxidos de Cromo, que é resistente e uniforme, tem excelente aderência e plasticidade, baixa porosidade e volatilidade e solubilidade e praticamente nulas. Essa película apassivadora tem uma alta resistência a corrosão.
3 – Quais são os principais tipos de aços inoxidáveis ?
Aços inoxidáveis austeníticos: em geral são ligas de aços Fe-Cr- Ni, com composição típica de Composição típica de 18% Cr e 8% de Ni. Não temperáveis (apresentam melhores propriedades mecânicas que os demais); 
 
Aços inoxidáveis ferríticos: Fe-Cr, não temperáveis (15 a 20% Cr sem Ni e com muito pouco teor de carbono);
 
Aços inoxidáveis martensíticos : Fe-Cr, temperáveis. Máximo de 18% Cr sem Ni, teor de C maior que nos ferríticos.
4- Por que os aços inoxidáveis austeníticos não podem ser submetidos ao exame de partículas magnéticas.
O exame de partículas magnéticas tem como objetivo básico a detecção de descontinuidades superficiais em materiais ferromagnéticos. O ensaio consiste na aplicação de um campo magnético no interior da peça. Este campo, quando na presença de descontinuidades, sofre desvios e se desloca para a superfície da peça, gerando campos de fuga. Porém o aço inox austenítico não é magnético.
5 – Por que os aços inoxidáveis austeníticos apresentam melhores propriedades mecânicas em relação a soldagem, fluência, fadiga, transição dúctil frágil ?
A explicação mais simples, a estrutura CFC é mais dúctil que a estrutura CCC, e no caso do aço inoxidável austenítico não ocorre mudança de fase, estando presente a fase austenítica para qualquer temperatura, o que evita a possibilidade de formação da fase martensítica. Se a estrutura é mais dúctil ela irá responder melhor o processo de soldagem porque irá responder bem aos esforços de dilatação e contração promovida pelo aquecimento e resfriamento e não haverá chance de formação de martensita A estrutura CFC também apresenta maior resistência a fluência e praticamente não apresentam transição dúctil frágil.
6- Quando é recomendável a utilização do aço inoxidável ferrítico e martensítico, uma vez que os mesmos apresentam piores propriedades em relação à corrosão e soldagem do material ?
O aço inoxidável ferríticos e martensítico apresentam um custo mais barato que os austeníticos e propriedades inferiores, em relação a resistência a corrosão, fadiga, fluência e principalmente com relação a soldagem. Emprega-se o aço inoxidável ferríticos em situações em que a estrutura em questão não estará submetido a um ambiente onde a corrosão é agressiva e nem submetidos a grandes esforços. E submetidos a cloretos.
7 – Quais são os principais problemas dos aços inoxidáveis ?
Durante a Soldagem
Os principais problemas são a formação de fases frágeis;
sendo a formação da fase sigma a mais comum. 
Além disso, para as fases ferríticas e austeníticas que não apresentam transformação de fases os grãos podem crescer, 
Reduzir a resistência do material e a sensitização (formação de carbonetos de cromo no interior dos contornos dos grãos). 
8 – Qual o maior problema enfrentado pelos aços inoxidáveis ferríticos durante a soldagem ?
9 - O 	que é fase sigma, como ela é formado, como precaver a sua formação ?
Em todos os aços com mais de 17% de cromo, pode haver a formação de um composto intermetálico ferro-cromo, denominado “fase sigma”, quando aquecidos por longo tempo entre 560°C e 900°C. 
Para se evitar a formação da fase sigma deve-se realizar um resfriamento rápido evitando o aquecimento prolongado na fase de formação da fase sigma. (560°C e 900°C)
10 - O que é sensitização, como ocorre a mesma, e como precaver a formação dela ?
Chama-se de “sensitização” dos aços inoxidáveis à formação de carbonetos complexos de cromo, devido à combinação do cromo do carbono livre). Em geral, quando essas temperaturas entre 450 e 850°C, sendo máximas a 650°C. Os carbonetos de cromo depositam nos contornos de grãos da estrutura metalúrgica
O aço quando sensitizado fica sujeito a um tipo de corrosão, chamada de corrosão intergranular, caracterizada pelo aparecimento de trincas nos contornos de grãos, porque a região periférica dos grãos ficando com menor conteúdo de cromo, passa a ser anódica, em relação a região vizinhas.
Para evitar a sensitização deve-se evitar que o carbono se associe com o cromo, ou removendo o carbono do aço inox, ou acrescentando elementos estabilizanes (Ti, Ta, Nb) que irão se associar o carbono, evitando que o mesmo se associe ao cromo 
11 – Quais os compostos químicos capazes de perfurar a camada protetora do aço inoxidável austenítico ?
Os Compostos Halogêneos, sendo o mas comum os cloretos.
1- Se os ferros fundidos apresentam propriedades muito inferiores ao aço, porque ele ainda é bastante utilizado?
Porque é o material mais barato que existe. O Ferro fundido é obtido durante o processo intermediário de fabricação do aço. Sendo o mesmo obtido a partir do ferro gusa produzido no alto forno e que é utilizado como matéria prima para a produção do aço.
2 - Qual a função do silício na cementita e da taxa de resfriamento ? 
3 - Porque os únicos processos utilizados para a produção de ferros fundidos são a fundição e usinagem, sendo proibitivo o seu uso para conformação mecânica ?
Porque o ferro fundido é muito frágil não sendo possível conforma-lo mecanicamente, além disso, devido ao seu alto teor de carbono, há uma grande facilidade de formação de martensita mesmo para resfriamento lentos o que impossibilitaria o trabalho a quente do mesmo.
 
4 - Como atua a grafita na melhoria da resistência mecânica do aço em relação a cementita, relacione com o movimento de discordâncias ou espaços vazios ?
Estruturalmente, os veios de grafita atuam como espaço vazios, pois a grafita apresenta uma resistência mecânica muito baixa para conter o movimento das discordâncias, esses espaços vazios reduzem a resistência mecânica.
Além disso, ao formar grafita (principalmente dando um tempo muito prolongado para a sua formação) em um resfriamento muito lento. Esta grafita poderá crescer, sugando todo o carbono presente na estrutura e formando matriz (ferritica, perlitica e etc.). Conforme suga o carbono do aço.
5 - Explique porque as vantagens da grafite em relação a usinagem e para equipamentos submetidos a vibração ?
A grafita facilita a usinagem, pois a mesma atua quase como um vazio devido a sua baixa resistência mecânica. O que facilita o corte do material. Pelo mesmo motivo, da grafita atuar como um espaço vazio na estrutura a mesma é um bom absorvedor de vibrações. Uma vez que a vibração acontece devido a agitação cinética de um átomo que transmite parte de sua energia para um átomo a sua agitação para outro átomo. 
6 - Como a velocidade de resfriamento mais elevados e maiores teores de sílicios atuam nas alterações da matriz da estrutura dos ferros fundidos (podendo ser ferríticos, perlitico, bainitico)?
 Conforme explicado anteriormente, quanto mais lento o resfriamento maior o tempo dado para a formação da grafita, a grafita retira carbono da estrutura, de tal modo que para tempos muito prolongados (resfriamento lento) ou altos teores de silício, maior será a fração de cementita do aço que irá se decompor para grafita, o ferro fundido que perdeu muito carbono na formação da grafita irá se comportar como um aço com uma menor quantidade de carbono, tendo a estrutura da fase matriz dependente do tipo de resfriamento. (bainita, perlita e até ferrita). 
 
7- Como é formado o ferro fundido branco ? Quais são suas principais características ?
O ferro fundido branco se forma quando o ferro fundido apresenta uma quantidade muito pequena de silício ou para resfriamentos muitos rápidos. O resultado será uma estrutura em que todo o carbono estará na estrutura na forma
de cementita. As principais características desses ferros fundidos são a estrutura extremamente frágil, possibilitando seu uso apenas para situações em que deve ser extremamente resistente ao desgaste. 
8- O que é ferro fundido Nodular, como ele é formado, porque ele apresenta melhores propriedades mecânicas em relação aos demais ferros fundidos ?
R: Ao adicionar Mg ou Ce durante o ferro fundido líquido o mesmo irá atuar como o inibidor da formação do grafite (ira desacelerar a reação), dando um tempo maior para que o mesmo assuma uma forma esferoidal. Essa forma esferoidal da grafita apresenta melhores propriedades mecânicas que o ferro fundido na forma de veios, uma vez que a grafita atua basicamente como um espaço vazio, a forma esferoidal apresenta menor concentrador de tensão que a forma de veios.
9- Como é formado o ferro fundido maleável a partir do ferro fundido branco ?
R:O ferro fundido branco ao ser fundido a uma temperatura entre temperaturas entre 800 e 900°C poderá ser resfriado lentamente transformando a cementita presente na estrutura em rosetas de grafita. (lembre-se, os formadores da grafita são o resfriamento lento e o silício).
Polímeros
1- O que são materiais poliméricos ?
O polímero do grego, poli “Muitos” e meros (partes). Consiste em uma repetição gigantesca de um composto químico (mero). Formando uma macro-molécula a partir do processo de polimerização. Essa macromolécula terá as suas propriedades principais influenciadas a partir desse mero e de como a estrutura está ligada. 
2 - Quais são as principais vantagens e desvantagens dos materiais poliméricos 
 
Pouco peso (densidade variando entre 0,9 e 2,2 g/cm3) contra 7,9 g/cm3 do aço;
Alta resistência à corrosão;
Custo muito menor, em relação a outros materiais com resistência á corrosão. Só perdendo para os aços;
Baixa condutividade térmica, tornando esses materiais auto isolantes e dispensando, quase sempre o isolamento térmico;
Elementos de vedação;
Facilidade de fabricação e de manuseio, podendo, inclusive, ser facilmente cortados com serrote e perfurados com brocas para madeira;
Pequena quantidade de energia necessária para a sua transformação de grânulos em produtos acabados, tornando, assim, a sua produção economicamente vantajosa quando comparada a de outros materiais
Possibilidade econômica de reciclagem por reprocessamento dos plásticos termoplásticos, ou por despolimerização dos demais materiais poliméricos; (Alguns plásticos podem ser reaquecidos e utilizados em outra coisa).
Dispensa da pintura, pelo fato de não haver corrosão atmosférica
Alguns plásticos podem ser transparentes ou translúcidos,
Absorção de vibrações, de choques e de ruídos.
DESVANTAGENS
Baixa resistência à temperatura. Essa é a maior desvantagem desses materiais.
Baixa resistência mecânica
São inflamáveis e podem produzir gases tóxicos
Se dilatam
3 - Como são obtidos os principais “meros” responsáveis pela constituição do polímero ? 
Os meros são obtidos a partir da destilação fracionada do petróleo. (o aquecimento do petróleo de modo a separar a todos os seus constituintes, pois cada um apresenta um ponto de fusão diferente, e em cada seção da torre de destilação este constituinte é resfriado e separado). A fração mais leve, geralmente os gases que apresentam dupla ligação (Cloreto de Polivinila, poliuretano, polipropileno, Poliamiada, poliestireno) são utilizados para a produção de polímeros. Mais frações dessas moléculas podem ser obtidas a partir do petróleo pela quebra de grandes moléculas em moléculas menores (Craqueamento). 
4 - Como se dá o processo de polimerização ?
Iniciação
Na Iniciação a molécula mero é ativada a partir da instabilização da dupla ligação de um monômero (através de calor ou raios ultravioletas). 
Propagação
A molécula tem as suas duplas ligações quebradas ficando instável. Imediatamente ela ataca uma outra molécula que apresenta dupla ligação, rompendo a dupla ligação desta molécula se ligando a ela, mas deixando a mesma também instável
Término
A interrupção do crescimento da cadeia se dá através do desaparecimento do centro ativo, que pode ocorrer de várias maneiras, dependendo do tipo de monômeros e condições de polimerização. (Muitas vezes já ligando a uma outra cadeia que esteja crescendo )
 5 - Porque alguns polímeros apresentam mais resistência mecânica e porque outros apresentam maior elasticidade ?
A relação da resistência mecânica do polímero está relacionada diretamente a sua estrutura. Quando mais entrelaçada a estrutura, quanto mais cruzada às ligações, maior será a rigidez do polímero e menor será a sua elasticidade, uma vez que os polímeros terão menos amarras, menos conexões para quebrar para promover o distanciamento entre os átomos das cadeias.
6 - Quais são as principais classes de polímeros?
R: Materiais plásticos termoplásticos;
Para esses materiais, o aquecimento causa um amolecimento progressivo até a fusão, porque provoca uma diminuição gradual nas forças de atração inter-moleculares. O material chega, entretanto, até a fusão sem que ocorram modificações expressivas em todas suas propriedades. O plástico pode, assim, ser amolecido, fundido e reaproveitado repetidas vezes, 
Materiais termorrígidos;
São polímeros para os quais o endurecimento é consequência de reações químicas irreversíveis, que produzem um grande numero de ligações cruzadas entre as moléculas. Por esse motivo esses materiais são insolúveis e não podem ser amolecidos e moldados pelo calor, porque o aquecimento causará primeiro a quebra nas ligações moleculares ramificadas, e assim, a degradação completa no material. Devido as ligações cruzadas, os termorígidos têm, em relação aos termoplásticos, maior resistência à temperatura e melhor estabilidade dimensional; são, também, em geral ,materiais de preço mais alto.
Elastomeros (borrachas) : Os elastómeros também apresentam ligações cruzadas como os termofixos, impossibilitando aa sua reciclagem, a diferença é que ao se aplicar uma tensão essa molécula se distorce na direção da força aplicada. Promovendo uma grande elasticidade do material.
7- Como se fabrica o plástico?
Para que o polímero se transforme em plástico é necessária à iniciação da polimerização que costuma ser inicializada a partir do aquecimento de pellets (um pozinho) ou um líquido e sob a aplicação combinada de pressão e temperatura que força o polímero adquirir a forma do molde. Por esse motivo a conformação mecânica do plástico é a técnica mais utilizada. 
Todo polímero tem um tempo de cura, por causa disso leva um determinado tempo para que o polímero vire plástico. O tipo de polímero também deve ser levado em consideração durante a fabricação. Sendo que o termoplástico não pode ser reciclado.