ATPS Materiais de Construção Mecânica 2016

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ANHANGUERA – UNIBAN ABC
Materiais de Construção Mecânica
Estruturas Cristalinas. Imperfeições em Sólidos
Propriedades Mecânicas dos Metais. Falha
Profº Alaor
Engenharia de Produção – 5º semestre – Noturno 
Adriano Queiroz da Silva R.A 8976208068
Paulo Eduardo Souza Leite R.A 1299247272
Diego Dias Calian R.A 8096908395
Fabio Mariano Milagres R.A 8489213544
Samuel Vicente da Silva R.A 8222809491
Caio César Pereira R.A 8206954949
Campinas, 08 de abril de 2016.
ETAPA 1 – Estrutura do Vasilhame
CLASSIFICAÇÃO DOS PRINCIPAIS MATERIAIS SÓLIDOS E CARACTERÍSTICAS
A maioria dos materiais é classificada em três classes principais: Materiais Metálicos, Materiais Poliméricos (Plásticos) e Materiais Cerâmicos.
Metais: Os metais (grupo 1e 2 da Tabela Periódica) podem ser definidos como aglomerados de átomos com caráter metálico em que os elétrons com a camada de valência fluem livremente.
Características:	
Maleabilidade: Capacidade que os metais tem de produzir lâminas e chapas muito finas.
Ductilidade: Se aplicarmos uma pressão adequada em regiões específicas na superfície de um metal, esse pode se transformar em fios e lâminas.
Condutibilidade: Os metais são excelentes condutores de corrente elétrica e de calor.
Brilhos: Os elétrons livres localizados na superfície dos objetos de metal absorvem e irradiam a luz, por isso os objetos metálicos, quando polidos, apresentam um brilho característico. A maioria dos metais é quimicamente estável, com a exceção notável dos metais alcalinos e alcalino-terrosos, encontrados nas duas primeiras colunas à esquerda da tabela periódica. Alguns elementos antes classificados como metalóides, hoje são considerados metais, são esses o Germânio, Antimônio e Polônio, o resto são considerados ametais.
Polímeros: Os polímeros são compostos químicos de elevada massa molecular relativa, resultantes de reações químicas de polimerização. Estes contêm os mesmos elementos nas mesmas proporções relativas, mas em maior quantidade absoluta. Os polímeros são macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monômeros). O número de unidades estruturais repetidas numa macromolécula é chamado grau de polimerização. A polimerização é uma reação em que as moléculas menores (monômeros) se combinam quimicamente (por valências principais) para formar moléculas longas, mais ou menos ramificadas com a mesma composição centesimal. Estes podem formar-se por reação em cadeia ou por meio de reações de poliadição ou policondensação. A polimerização pode ser reversível ou não e pode ser espontânea ou provocada (por calor ou reagentes). Características: As principais e mais importantes características dos polímeros são as mecânicas. Segundo ela os polímeros podem ser divididos em termoplásticos, termorrígidos (termofixos) e elastômeros (borrachas). Termoplásticos: é um dos tipos de plásticos mais encontrados no mercado. Podem ser fundidos diversas vezes, alguns podem até dissolver-se em vários solventes. Logo, sua reciclagem é possível, característica bastante desejável atualmente. Termorrígidos (Termofixos): São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura. Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado promove decomposição do material antes de sua fusão, tornando sua
reciclagem complicada. Elastômeros (Borrachas): Classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos: não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termofixos. Reciclagem complicada pela incapacidade de fusão. Cerâmicas: A cerâmica é a atividade ou a arte de produção de artefatos cerâmicos. Qualquer classe de material sólido inorgânico, não-metálico (não confundir com termo ametal) que seja submetido a altas temperaturas (aproximadamente 540°C) na manufatura. Geralmente uma cerâmica é um óxido metálico, boreto, carbeto, nitreto, ou uma mistura que pode incluir ânions. As cerâmicas são comumente dividas em dois grandes grupos: Cerâmica Tradicional: Inclui cerâmica de revestimentos, como ladrilhos, azulejos e também potes, vasos, tijolos e outros objetos que não tem requisitos tão elevados se comparados ao grupo seguinte. Cerâmica "Avançada" criatura, ou de engenharia: Geralmente são materiais com solicitações maiores e obtidos a partir de matéria prima mais pura. São abstratos motivo, ferramentas de corte para usinagem, tijolos refratários para fornos. Classificação: Os materiais cerâmicos podem ser classificados de diversas formas, o mais usual é classificação por aplicação. Outras formas de classificação mais aprimoradas são: Composição química: Óxidos, Carbetos, Nitretos e Oxinitretos. Origem Mineralógica: Quartzo, bauxita, mulita, apatita, zircônia, entre outros. Método de moldagem: Compressão isostática, colagem por barbotina (slip casting), extrusão e moldagem por injeção, calandragem entre outros.
TABELA 1 Estrutura Cristalina Cúbica Simples Átomos por células unitárias 1 átomo Parâmetro de rede Comprimento dos lados da célula unitária Fator de empacotamento 0,52 Exemplo de Metais Não há exemplos de metais puros, fator de empacotamento muito baixo Fe (acima de 912º C) Al,Cu,Pb,Ni, Ag,Au,Pd,Pt,etc... Al, Fe, Cu, Pb, Ag, Ni..
Cúbica de Corpo Centrado
2 átomos
Cúbica de Face Centrada
4 átomos
Os átomos se cruzam na diagonal do cubo. (4r=a√3 ) a=2√2r
0,68
0,74
ESTRUTURA DO VASILHAME O material escolhido foi Alumínio (Al) e a bebida armazenada é a cerveja. Neste contexto, pode-se tomar como exemplo o túnel de pasteurização de cerveja, que é
utilizado na indústria de bebidas. Este equipamento é utilizado para realizar a pasteurização da cerveja já em sua embalagem final (lata), visando aumentar o seu prazo de validade. 
ETAPA 2 – Propriedades Mecânicas do Vasilhame CONCEITO DE TENSÃO E DEFORMAÇÃO Se uma carga é estática ou se ela se altera de uma maneira relativamente lenta ao longo do tempo e é aplicada uniformemente sobre uma seção reta ou superfície de um corpo, o comportamento mecânico pode ser verificado mediante um simples ensaio de tensão x deformação. Existem três maneiras principais em que uma carga pode ser aplicada: tração, compressão e cisalhamento. Inicialmente, observa-se a existência de materiais como aço e o alumínio, que apresentam grandes deformações antes da ruptura; outros, porém, como o vidro, o ferro fundido ou o concreto, rompem sem que o material apresente grandes deformações. Nessas condições, pode-se afirmar que nos materiais dúcteis a ruptura se faz anunciar por intermédio de grandes deformações e nos frágeis não há grandes deformações (ferro fundido, concreto). DIAGRAMA TENSÃO X DEFORMAÇÃO DO ALUMÍNIO E SUAS LIGAS Na Etapa 1, foi escolhido o Alumínio (Al) como material de estudo e aplicável no vasilhame. Abaixo segue seu diagrama Tensão x Deformação e suas propriedades mecânicas: Diagrama tensão-deformação para uma liga típica de alumínio – que de um modo geral, apresenta características de materiais dúcteis, onde: 1. Tensão Limite de resistência ou Tensão última, ou seja, tensão limite onde a liga metálica sai do regime plástico uniforme e entra em regime plástico não uniforme. 2. Limite de escoamento, ou seja, tensão máxima resistida pela liga metálica antes de entrar em regime de deformação plástica. 3. Tensão Limite de proporcionalidade, ou seja, a relação tensão x deformação ocorre de forma linear. 4. Tensão de ruptura, ou seja, quando o material rompe em função da tensão. 5. Deformação residual, ou seja, a capacidade do material de reduzir a deformação quando este entra em regime de deformação plástica.
PROPRIEDADES MECÂNICAS DO ALUMÍNIO LIMITE DE ESCOAMENTO Consiste na tensão em que o material começa a deformar-se plasticamente e que para o alumínio é de 0,2% do comprimento original medido em um corpo-de-prova normal. É importante definir este grau de deformação permanente porque as ligas de alumínio não possuem limite de escoamento tão pronunciado como a maioria dos aços. O limite do alumínio puroé de aproximadamente 12,7 Mpa (1,3 kg/mm2). LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (TENSÃO DE RUPTURA) É a máxima tensão que o material resiste antes de haver sua ruptura. Calcula-se dividindo a carga máxima (em quilogramas) aplicada durante o ensaio, pela seção transversal em milímetros quadrados do corpo-de-prova. Para o alumínio puro recozido, essa razão é de aproximadamente 48MPa (4,9 kg/mm2). O valor aumenta em função da liga, do trabalho a frio e do tratamento térmico (quando possível). ALONGAMENTO (DEFORMAÇÃO) O alongamento é expresso em porcentagem relativamente ao comprimento original medido em um corpo-de-prova normal e é calculado pela diferença entre os pontos de referência, antes e depois do ensaio de tração. Esse alongamento indica a ductilidade do metal ou da liga. Quanto mais fino o corpo-de-prova, menor será o alongamento e vice-versa. MÓDULO DE ELASTICIDADE O módulo de elasticidade do alumínio do alumínio é de 7030 kg/mm2. A adição de outros materiais nas ligas não altera esse valor consideravelmente, que pode chegar a até 7500 kg/mm2. Portanto, o índice do alumínio representa um terço do módulo de elasticidade do aço. 
Essa propriedade dá ao alumínio a vantagem de dar às estruturas de alumínio uma elevada capacidade de amortecer golpes e reduzir as tensões produzidas pela variação da temperatura. 
DUREZA Define-se como a medida da resistência de um metal à penetração. Existem várias maneiras de se determinar a dureza de um material. Para os metais, os mais comuns são os métodos de Brinell, Vickers e Rockwell. Não existe uma relação direta entre o valor da dureza e as propriedades mecânicas das várias ligas de alumínio. Os elementos de liga aumentam em muito sua resistência com o alumínio, assim como o tratamento térmico e o endurecimento pelo trabalho a frio. Entretanto a dureza é significativamente mais baixa do que a maioria dos aços. Geralmente o valor está próximo de 17HB a 20HB (Dureza Brinell).
REFERÊNCIAS Site: www.abal.org.br, em “Propriedades mecânicas”. Acesso em: 05 de abril de 2016. Site: www.spectru.com.br, em “Metalurgia”. Acesso em 07 de abril de 2016. Site: www.cesec.ufpr.br, “Metálica”. Acesso em 07 de abril 2016. Site: www.lami.pucpr.br/cursos/estruturas/Parte03/Mod23/Curso1Mod23-03.htm. Acesso em 07 de abril de 2016. Site: pt.wikipedia.org/wiki/Cerâmica http://pt.wikipedia.org/wiki/Metal Site: pt.wikipedia.org/wiki/Polímero. Acesso em 07 de abril de 2016. Site: www.alunosonline.com.br, em “Quimica”. Acesso em 07 de abril de 2016. Site: www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/polimeros/polimeros-1.php. Acesso em 07 de abril de 2016. Site: www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=13&top=240. Acesso em 07 de abril de 2016.