CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS 4

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Ciência e Tecnologia dos 
Materiais 
Profª. Dr. Kelly Bossardi 
e-mail: kelly.bossardi@prof.uniso.br 
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 
É obrigação dos engenheiros compreender como as 
várias propriedades mecânicas são medidas e o que 
essas propriedades representam. 
 A determinação e/ou conhecimento das propriedades 
mecânicas é muito importante para a escolha do 
material para uma determinada aplicação, bem como 
para o projeto e fabricação do componente. 
 As propriedades mecânicas definem o comportamento 
do material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois 
estas estão relacionadas à capacidade do material de 
resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem 
romper e sem se deformar de forma incontrolável. 
Estudar tais propriedades significa, em um primeiro 
momento, observar criticamente os fenômenos que nos 
cercam e questionar por que ocorrem. As propriedades 
podem ser divididas em: 
•PROPRIEDADES MECÂNICAS; 
•PROPRIEDADES QUÍMICAS – Resistência á corrosão, à 
agentes químicos, etc.; 
•PROPRIEDADES FÍSICAS: 
 
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Você já se perguntou? 
• Por que o produto Silly Putty® se deforma bastante quando 
tracionado lentamente, mas se rompe quando puxado 
rapidamente? 
Porque é possível apoiar um caminhão sobre quatro xícaras 
de cerâmica, mas essas mesmas xícaras quebram 
facilmente ao cair no chão? 
As propriedades mecânicas dos materiais dependem da 
composição química, da natureza das ligações, da 
microestrutura, da estrutura e dos defeitos; 
Outros fatores que afetam as propriedades mecânicas dos 
materiais, como as baixas temperaturas que fragilizam 
vários metais e polímeros: 
Acidentes históricos estiveram associados ao 
comportamento dos materiais: 
1. Baixas temperaturas – contribuíram para aumentar a 
fragilidade do polímero utilizado em anéis de vedação, 
causando o acidente do ônibus espacial Challenger em 
1986; 
2. Baixa temperatura e Composição química do aço 
empregado no Titanic e as tensões residuais associadas 
ao processo de fabricação resultaram num aço pouco 
tenaz para aplicação em águas e baixas temperaturas, 
além de rebites pouco resistentes. 
As propriedades dos materiais são fundamentais em 
muitas tecnologias emergentes e tradicionais: 
•Na produção de aviões, por exemplo, as ligas de alumínio 
ou os compósitos reforçados com carbono usados em 
componentes aeronáuticos devem ser leves, resistentes e 
capazes de suportar cargas mecânicas cíclicas durante 
longos períodos de tempo; 
•Os aços utilizados na construção de estruturas, como 
edifícios e pontes, devem ter resistência adequada, de 
modo que não comprometam a segurança das 
edificações; 
•Os plásticos empregados na fabricação de tubos, válvulas, 
pisos e outros elementos que também devem ter 
resistência mecânica apropriada. 
As principais propriedades mecânicas dos 
materiais: 
•Resistência à tração e à compressão; 
•Elasticidade e Plasticidade; 
•Ductilidade; 
•Fluência; 
•Flexão; 
•Fadiga; 
•Dureza; 
•Tenacidade; 
•Impacto 
 
Cada uma dessas propriedades está 
associada à habilidade do material de 
resistir às forças mecânicas e/ou de 
transmiti-las 
CONCEITOS DE TENSÕES E DEFORMAÇÃO 
 
 Tração 
 Compressão 
 Cisalhamento 
 Torção 
Como determinar as propriedades mecânicas? 
 A determinação das propriedades mecânicas é 
feita através de ensaios mecânicos. 
 Utiliza-se normalmente corpos de prova 
(amostra representativa do material) para o 
ensaio mecânico, já que por razões técnicas e 
econômicas não é praticável realizar o ensaio na 
própria peça, que seria o ideal. 
 Geralmente, usa-se normas técnicas para o 
procedimento das medidas e confecção do corpo 
de prova para garantir que os resultados sejam 
comparáveis. 
É medida submetendo-se o material à uma carga ou força 
de tração, paulatinamente crescente, que promove uma 
deformação progressiva de aumento de comprimento. 
Curvas: força x alongamento 
 tensão x deformação 
 
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO 
• Um material dúctil é aquele que pode ser alongado, flexionado ou 
torcido, sem se romper. Ele admite deformação plástica permanente, 
após a deformação elástica. A deformação plástica em geral é 
acompanhada de encruamento. Na curva tensão deformação destes 
materiais, a região plástica é identificável. O ponto de escoamento 
determina a transição entre as fases elástica e plástica (com ou sem 
patamar na curva). 
 
• Um material frágil rompe-se ainda na fase elástica. Para estes materiais o 
domínio plástico é praticamente inexistente, indicando sua pouca 
capacidade de absorver deformações permanentes. Na curva tensão 
deformação, a ruptura se situa na fase elástica ou imediatamente ao fim 
desta, não havendo fase plástica identificável; alta tensão e pequena 
deformação. 
 
• Um material elástico rompe-se ainda na fase elástica. Para estes materiais 
o domínio plástico é praticamente inexistente, indicando sua pouca 
capacidade de absorver deformações permanentes. Na curva tensão 
deformação, a ruptura se situa na fase elástica ou imediatamente ao fim 
desta, não havendo fase plástica identificável; pequena tensão e grande 
deformação. 
 
 
Deformação Elástica: Anelasticidade 
 
Anelasticidade: A maioria dos metais apresenta uma “componente” de 
deformação elástica dependente do tempo, ou seja, após retirada a carga é 
necessário um certo tempo para que haja a recuperação do material (para o 
material retornar ao seu tamanho inicial). 
• Metais: normalmente a componente anelástica é pequena. 
• Para alguns polímeros a componente anelástica é elevada (Comportamento 
Viscoelástico). 
FRATURA FRÁGIL x DÚCTIL 
 
Amorfos e 
Semicristalinos 
Amorfos e Cristalinos 
Cristalinos 
Amorfo muitas ligações cruzadas 
Semicristalino (regiões amorfas sem 
ligações cruzadas) 
Amorfo sem ligações cruzadas 
Amorfo com poucas 
ligações cruzadas 
D Cristalinos 
Possíveis Microestutura - Materiais Amorfos 
Amorfo sem 
ligações 
cruzadas 
Semicristalino 
(regiões 
amorfas sem 
ligações 
cruzadas) 
Amorfo com 
poucas ligações 
cruzadas 
Amorfo muitas 
ligações 
cruzadas 
Material semicristalino – Ensaio Tensão x Deformação 
FADIGA – Solicitações Cíclicas 
É o fenômeno de ruptura progressiva de 
materiais sujeitos a ciclos repetidos de 
tensão (tração e compressão). O estudo do 
fenômeno é de importância para o projeto 
de máquinas e estruturas, uma vez que a 
grande maioria das falhas em serviço são 
causadas pelo processo de fadiga, cerca de 
95%. 
DUREZA 
É a propriedade característica de um material 
sólido, que expressa sua resistência a 
deformações permanentes e está inversamente 
relacionada com a força de ligação dos átomos. 
Basicamente, a dureza pode ser avaliada a partir 
da capacidade de um material "riscar" o outro, 
como na popular escala de Mohs para os 
minerais, que é uma tabela arbitrada de 1 a 10 
na qual figuram alguns desses em escala 
crescente a partir do talco ao diamante. 
 
Outra maneira de avaliar a dureza é a capacidade de um material 
penetrar o outro. Na engenharia e na metalurgia, o 
chamado ensaio de penetração para a medição da dureza. A partir 
de um referencial intermediário, a dureza pode ser expressa em 
diversas unidades. São comuns usar os seguintes processos: 
 
A facilidade de conversão da dureza em um 
escala para outra é algo desejável. No 
entanto, como a dureza não é uma 
propriedade do material muito bem definida 
e, devido às diferenças entre os vários 
métodos, um esquema compreensível de 
conversão não foi totalmente definido. As 
conversõesentre os diversos métodos de 
medição devem ser aplicadas com cautela, 
devido a variações nos resultados, em 
função de possíveis heterogeneidades da 
microestrutura do material. 
Informações úteis para a conversão de dureza 
foram obtidas de modo experimental e podem ser 
vistas na ASTM E140 (Standard Hardness 
Conversion Tables for Metals). 
A conversão de resultados de dureza para valores 
de resistência a tração não é confiável, ocorrendo 
grandes variações em função do tipo de aço e do 
tipo de tratamento térmico ao qual o aço foi 
submetido. Da mesma forma, resultados de dureza 
não levam em consideração possíveis falhas 
microestruturais que, por exemplo, poderiam 
haver fragilizado o aço, resultando em valores 
totalmente fora da tabela. 
 
"USE APENAS 
COMO REFERÊNCIA" 
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 
ESTRUTURA X PROPRIEDADES 
Sólidos iônicos em geral são : 
- duros; 
- isolantes térmicos e elétricos; 
- apresentam altos pontos de fusão e ebulição; 
- baixos coeficientes de expansão térmica; 
- boa resistência química. 
 
Sólidos covalentes podem ser : 
- duros ou frágeis dependendo de suas estruturas de empacotamento e da 
natureza dos átomos envolvido; 
- isolantes térmicos e elétricos; 
- apresentam altos pontos de fusão e ebulição; 
- baixos coeficientes de expansão térmica. 
 
 
Sólidos metálicos: 
- bons condutores elétricos e térmicos devido aos elétrons livres; 
- ruptura dúctil na temperatura, ou seja, a fratura só ocorre após os 
materiais terem sofridos significativos níveis de deformação 
permanente; 
- a ligação pode ser fraca ou forte e consequentemente seus pontos de 
fusão e ebulição; 
- altos coeficientes de expansão térmica; 
- São opacos a luz visível; 
- Aparência lustrosa quando polidos. 
Sólidos Moleculares: formados por ligações secundárias 
- apresentam baixíssimos pontos de fusões e ebulições; 
- por outro lado, muitos polímeros modernos, apesar de serem sólidos 
moleculares podem apresentar pontos de fusões e ebulições mais 
elevados pela presença de das ligações covalentes; 
- podem apresentarem elevadas taxas de deformações elástica e 
permanente. 
 
EXERCÍCIO 1) Tendo em conta os modelos atômicos e os tipos de enlaces 
químicos formados entre os átomos justifique as seguintes propriedades: 
 
sólidos metálicos : ruptura dúctil 
sólidos iônicos: duros e frágeis 
sólidos covalentes: elevado ponto de ebulição 
Sólido molecular: baixíssimo ponto de fusão 
 
PROPRIEDADES X MATERIAIS 
Maior dureza e rigidez quando comparadas aos aços. 
 Maior resistência ao calor e à corrosão que metais e polímeros. 
 São menos densas que a maioria dos metais e suas ligas. 
 Os materiais usados na produção das cerâmicas são abundantes e 
mais baratos.