ATPS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECANICA

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FACULDADE ANHANGUERA DE ANÁPOLIS
Engenharia de Produção
Período Letivo: 1º sem/2016s – Serie: 4°/5º - Turma A
Materiais de Construção Mecânica
Prof.ª. Dr.ª: 
ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS
INTRODUÇÃO
Este trabalho apresenta um estudo de propriedades físicas e mecânicas de materiais metálicos, busca compreender a estrutura microscópicas e possíveis imperfeições em sólidos metálicos, observando a importância dos conceitos na aplicação prática e no desenvolvimento de produtos acabados considerando sua resistência e durabilidade e entender o comportamento desses sólidos quando submetidos a mudanças de temperatura.
ETAPA 1 - ESTRUTURA ATÔMICA E LIGAÇÃO INTERATÔMICA.
PRINCIPAIS COMPONENTES DE UM MOTOR A DIESEL.
	COMPONENTE
	IMAGEM
	DESCRIÇÃO
	CASQUILHO
	
	Também conhecido como bronzina, tem a função de elevar a eficiência dos motores e prolongar a vida útil do virabrequim. Normalmente de aço, mas também em liga de bronze. O revestimento, metal anti-atrito, trabalha em contato com os mancais, e é constituído de camadas de alumínio e estanho ou estanho, cobre e chumbo.
	Bloco
	
	É o elemento estrutural do motor onde são usinados os cilindros ou os furos para colocação das camisas. Apresenta alta rigidez e estabilidade de dimensões. Suporta o virabrequim através dos mancais e serve de apoio para peças auxiliares e principais. Na grande maioria dos motores é construído em ferro fundido e usinado para receber a montagem dos componentes
	Cabeçote
	
	É a “tampa” do motor, contra a qual o êmbolo comprime a mistura carburante ou somente ar nos motores Diesel. Suporta válvulas, sedes, guias, eixo dos balancins, balancins, molas e bicos injetores. Feito usualmente de ferro fundido ou liga de alumínio.
	Cárter
	
	É o reservatório de óleo lubrificante utilizado pelo sistema de lubrificação. É construído em ferro fundido, liga de alumínio ou chapa de aço estampada.
	Biela
	
	Braço de ligação entre o êmbolo (pistão) e o virabrequim. Recebe o impulso do êmbolo transmitindo-o ao virabrequim.
	Pistão
	
	É a parte móvel da câmara de combustão. Recebe a força de expansão dos gases queimados, transmitindo-a para a biela por intermédio de um pino de aço (pino do êmbolo). O pistão é fabricado em liga de alumínio de alta resistência (fundida) ou ferro fundido.
	Virabrequim
	
	É o componente do motor que transforma o movimento alternativo do conjunto pistão-biela em movimento rotativo. São construídos de aço forjado de alto teor em ligas.
Quadro 1 – Principais Componentes de um motor a óleo. Fonte: Equipe
LIGAS DE COBRE
O Cobre e suas ligas são o terceiro metal mais utilizado no mundo, perdendo apenas para os aços e para o alumínio e suas ligas. Suas principais características são as elevadas condutividades elétrica e térmica, boa resistência à corrosão e facilidade de fabricação, aliadas a elevadas resistências mecânica e à fadiga. 
LIGAS DE ALUMINIO
O alumínio é o terceiro metal mais abundante na crosta terrestre e por suas excelentes propriedades físico-químicas, entre as quais se destacam o baixo peso específico, a alta condutividade térmica e elétrica e a reciclagem, tornou-se o metal não ferroso mais consumido no mundo. É maleável, dúctil e apto para a mecanização e para a fundição. De acordo com a ABAL (2004), a tecnologia moderna fornece perfeitas condições no que se refere à qualidade do produto, existindo atualmente excelentes ligas de alumínio, as quais proporcionam uma enorme variedade de propriedades para as peças fundidas.
SISTEMAS TRIBOLÓGICOS E ÓLEOS LUBRIFICANTES.
Tribologia; tribos = atrito, logia = estudo. Portanto, o estudo que abrange atrito, desgaste e lubrificação são chamados de Tribologia. Por definição, é a ciência das superfícies interagindo em movimento relativo entre si e assuntos ou práticas a ela relacionadas. 
Os óleos lubrificantes foram introduzidos nos motores a combustão interna e nos sistemas de transmissão visando principalmente diminuir o atrito, que pode provocar a quebra do componente, através da formação de uma película que impede o contato direto entre as peças metálicas em movimento. Além da lubrificação das superfícies metálicas, os lubrificantes também possuem características e funções tais como: refrigerar, limpar e manter limpo, proteger contra a corrosão e vedação da câmara de combustão. Somando a essas funções, os lubrificantes também auxiliam nas partidas em baixas temperaturas dos motores, amortece choques e impactos, auxiliam na economia de combustível, além de possuir ação higroscópica, ou seja, tem a capacidade de incorporar a água que por ventura apareça nos componentes, evitando assim a oxidação.
No decorrer dos anos, os óleos lubrificantes veem sofrendo melhorias em suas composições para serem mais eficientes, proporcionando o bom funcionamento das maquinas e longa vida. Para isso, a adição de elementos que melhorem suas características é cada vez mais comum e importante para garantir a qualidade dos óleos. Os principais aditivos são: detergentes e dispersantes, antioxidantes, antiespumantes, extrema pressão, melhorador dos índices de viscosidade, antiferrugem, aditivo de alcalinidade, antidesgate e corantes.
Os principais tipos de óleos lubrificantes são:
Os minerais: feitos diretamente a partir do refino do petróleo. São os mais baratos e comuns no mercado;
Os sintéticos: criados em laboratório, a partir de outros elementos químicos não presentes no petróleo. Esses óleos possuem uma curva de viscosidade mais constante, independente da temperatura de funcionamento do motor, evitando a carbonização do mesmo. Indicado principalmente em motores de alta performance;
Os Semissintéticos: Já o semissintético é uma mistura de lubrificante mineral com sintético, com desempenho (e preço) intermediário entre um e outro. Esses lubrificantes são recomendados para motores mais potentes que os motores que usam óleos minerais, e que atingem um nível de rotação acima da média;
LIGAÇÃO IONICA ENTRE ALUMÍNIO E OXIGÊNIO
Ligação iônica entre alumínio e oxigênio
Cada átomo de alumínio perde 3 e–, cada átomo de oxigênio ganha 2 e– e, então, para que o total de e–perdidos seja igual ao total de e– ganhos, 2 alumínios (perda de 6 e–) se ligam a 3 oxigênios (ganho de 6 e–). Os compostos iônicos (compostos que apresentam ligação iônica) são eletricamente neutros, ou seja, a soma total das cargas positivas é igual à soma total das cargas negativas.
As ligações iônicas ocorrem, como regra geral, entre os elementos que tendem a perder elétrons e que possuem 1, 2 ou 3 elétrons na última camada (metais) e os elementos que tendem a ganhar elétrons e que possuem 5, 6 ou 7 elétrons na última camada (ametais).
Características dos Compostos Iônicos: Estado físico: em condições ambientes, são sólidos, cristalinos, duros e quebradiços. Apresentam elevados pontos de fusão e ebulição. Condução de eletricidade: como sólidos, não conduzem eletricidade, pois os íons encontram-se presos ao retículo cristalino. Quando fundidos (estado líquido) tornam-se bons condutores, já que os íons ficam livres para se moverem. Em solução aquosa, também são bons condutores, pois a água separa os íons do retículo cristalino.
LIGAÇÃO COVALENTE NA AGUA
Ligação covalente na agua.
Os compostos covalentes, também denominados compostos moleculares, são aqueles que possuem exclusivamente ligações covalentes. Algumas características e propriedades desses compostos são explanadas abaixo:
Os compostos covalentes podem ser encontrados nos três estados físicos à temperatura ambiente. Porém, em razão de suas moléculas se atraírem menos intensamente, os compostos covalentes são, em geral, gases ou líquidos. 
Existem compostos covalentes tanto polares como apolares. O que irá determinar sua polaridade será a diferença de eletronegatividade entre os átomos envolvidos na ligação covalente. Se houver diferença de eletronegatividade, significa que o composto será polar; mas se não houver diferençade eletronegatividade entre os átomos, não haverá deslocamento de carga na molécula e esse composto será apolar.
Pelo fato de apresentarem baixa atração entre suas moléculas, à energia necessária para separá-las e fazê-las mudar de estado de agregação é pequena, por isso seus pontos de ebulição e de fusão são inferiores aos das substâncias iônicas. Esse fato também varia proporcionalmente com a massa molar e as forças de intermoleculares dos compostos, ou seja, com o aumento da massa molar e da intensidade das forças intermoleculares, os pontos de fusão e de ebulição aumentam e vice-versa. Na sua forma pura, a maioria das substâncias covalentes não conduz corrente elétrica, isto é, comporta-se como isolante. Uma exceção é a grafita, que conduz corrente elétrica por possuir ressonância nos elétrons de sua ligação dupla.
LIGAÇÃO METALICA GERAL
Ligação metálica geral
Os metais são bons condutores de corrente elétrica. Sendo assim, possuem em suas estruturas elétrons livres para se movimentar. Este é uma das evidências que levaram à elaboração do modelo da ligação metálica. Os metais não exercem uma atração muito alta sobre os elétrons da última camada e por isso possuem tendência a perder elétrons. Assim, um metal sólido é constituído por átomos metálicos em posições ordenadas com seus elétrons de valência livres para se movimentar por todo o metal. Temos então, um amontoado organizado de íons metálicos positivos mergulhados numa "mar de elétrons" livres.
Propriedades e características dos metais: Brilho metálico, condutividade térmica, onde os elétrons livres permitem um fluxo rápido de calor e eletricidade através dos metais. Alto ponto de fusão e de ebulição, Resistência à tração, onde às forças que tendem a alongar uma barra metálica, Maleabilidade, que é nada mais que a propriedade de se deixar reduzir a chapas e lâminas bastante finas, ductilidade, propriedade de se deixar reduzir a fios.
ETAPA 2 – ESTRUTURAS DOS METAIS E IMPERFEIÇOES NOS SOLIDOS
MATERIAIS CRISTALINOS E AMORFOS
Os materiais sólidos podem ser classificados de acordo com a regularidade na qual os átomos ou íons se dispõem em relação a seus “vizinhos”.
Material cristalino é aquele no qual os átomos encontram-se ordenados sobre longas distâncias atômicas formando uma estrutura tridimensional que se chama de rede cristalina. São todos os metais, muitas cerâmicas e alguns polímeros formam estruturas cristalinas sob condições normais de solidificação.
Estrutura cristalina é maneira segundo o qual os átomos, íons ou moléculas estão arranjados.
Nos materiais não cristalinos ou amorfos não existe ordem de longo alcance na disposição dos átomos. 
As propriedades dos materiais sólidos cristalinos dependem das estruturas cristalinas, ou seja, da maneira na qual os átomos, moléculas ou íons estão espacialmente dispostos. 
CÉLULAS UNITÁRIAS
Consiste num pequeno grupo de átomos que formam um modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional (analogia com elos da corrente). A célula unitária e escolhida para representar a simetria da estrutura cristalina.
ALOTROPIA E POLIMORFISMO
Polimorfismo é o fenômeno no qual um sólido (metálico ou não metálico) pode apresentar mais de uma estrutura cristalina, dependendo da temperatura e da pressão, por exemplo, a sílica, SiO2 como quartzo, cristobalita e tridimita.
Alotropia é polimorfismo em elementos puros.
O diamante e o grafite são constituídos por átomos de carbono arranjados em diferentes estruturas cristalinas.
GRAFITE
DIAMANTE
SISTEMAS CRISTALINOS
Estes sistemas incluem todas as possíveis geometrias de divisão do espaço por superfícies planas continuas. Só existem 7 tipos de células unitárias que preenchem totalmente o espaço.
TÉCNICA DE RAIOS-X
Raios X é uma forma de radiação eletromagnética que possui altas energias e pequenos comprimentos de onda comprimentos de onda da ordem de grandeza do espaçamento atômicos para sólidos. Quando um feixe de raios X impinge num material sólido, uma porção deste feixe será espalhada em todas as direções pelos elétrons associados com cada átomo ou íon que fica no caminho do feixe. 
A determinação de estruturas cristalinas por difração de raios-X é uma técnica conhecida desde o início do século, mas com limitações práticas que foram sendo superadas a partir da década de 50, quando o problema teórico da obtenção das fases a partir da radiação espalhada por um cristal começou a ser compreendida pelos cristalógrafos. Descrever uma estrutura cristalina significa basicamente fornecer as dimensões da cela unitária, descrever as simetrias existentes, definir as coordenadas dos átomos que constituem um determinado composto, detalhar as distâncias interatômica, ângulos de Valência, empacotamento cristalino, etc.
No princípio tentou-se realizar a difração em um anteparo de chumbo com um orifício central, no entanto nada ocorreu então se chegou a conclusão que como o raios-X apresentava um comprimento de onda muito pequeno seria muito difícil construir um obstáculo artificial. Foi a partir daí que começou a se usar os cristais para realizar a difração dos raios X. Graças ao processo de difração foi possível determinar o comprimento de onda dos raios-X e concluiu-se que era menor que o comprimento de onda do raio ultravioleta e da mesma ordem que o tamanho do átomo. Hoje em dia, raios X de comprimento de onda bem determinados produzidos por um tubo de raios X e selecionados por difração são usados em análises de cristais.
O fenômeno de difração ocorre quando uma onda encontra uma série de obstáculos espaçados regularmente, que: (1) são capazes de espalhar a onda e (2) o espaçamento entre eles é comparável em magnitude ao comprimento de onda.
Interferência construtiva
Interferência destrutiva
LEI DE BRAGG
Difratograma esquemático de um sólido cristalino.
A figura mostra abaixo um padrão de difração (Difratograma) de raios X para o chumbo, obtido usando radiação monocromática com comprimento de onda de 0,1542nm, cada pico de difração no Difratograma foi identificado.
DEFEITOS CRISTALINOS DOS METAIS
O que é um defeito?
É uma imperfeição ou um "erro" no arranjo periódico regular dos átomos em um cristal. Podem envolver uma irregularidade.
Na posição dos átomos;
No tipo de átomos;
O tipo e o número de defeitos dependem do material, do meio ambiente, e das circunstâncias sob as quais o cristal é processado.
DEFEITOS PONTUAIS – LACUNAS E AUTO-INTERSTICIAIS
Lacunas ou Vazios
Envolve a falta de um átomo. São formados durante a solidificação do cristal ou como resultado das vibrações atômicas (os átomos deslocam-se de suas posições normais). Todos os sólidos cristalinos possuem lacunas.
 
Auto-intersticiais
Envolve um átomo extra no interstício (do próprio cristal). Produz uma distorção no reticulado, já que o átomo geralmente é maior que o espaço do interstício. A formação de um defeito intersticial implica na criação de um vazio, por isso este defeito é menos provável que um vazio.
DEFEITO DE LINHA
Discordâncias - É um defeito linear ou unidimensional em torno do qual alguns dos átomos estão desalinhados. As discordâncias estão associadas com a cristalização e a deformação (origem: térmica, mecânica e supersaturação de defeitos pontuais). A presença deste defeito é a responsável pela deformação, falha e ruptura dos materiais. 
DEFEITOS INTERFACIAIS
Os defeitos interfaciais são contornos que possuem duas dimensões e normalmente separam as regiões dos materiais que possuem diferentes estruturas cristalinas e/ou orientações cristalográficas. Essas imperfeições incluem as superfícies externas, os contornos de grão, contornos de macia, falhas de empilhamento e os contornos de fases.
Uma micrografia eletrônica de transmissão de uma liga de titânio na qual as linhas escuras são discordâncias 
DEFEITOS VOLUMÉTRICOS OU DE MASSA
Existem outros tipos de defeitos presentes em todos os materiais sólidos que são muito maiores do que todosaqueles que foram discutidos até agora. Estes incluem poros, trincas, inclusões exógenas e outras fases. São normalmente introduzidos durante as etapas de processamento e fabricação. Alguns desses defeitos e seus efeitos sobre as propriedades dos materiais serão discutidos nos capítulos subsequentes.
ETAPA 3 – PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS METAIS
A densidade de um sólido pode ser determinada pesando-o cuidadosamente e em seguida determinando seu volume. Se o sólido apresentar uma forma irregular (o que torna impossível medir suas dimensões), o volume poderá ser determinado utilizando um método de deslocamento.
Basicamente, determina-se a massa de uma amostra do sólido e então se transfere quantitativamente essa massa para um instrumento volumétrico graduado apropriado (ex: proveta ou bureta), parcialmente cheio com água (ou em algum líquido no qual o sólido não flutue). O sólido deslocará um volume de líquido igual ao seu volume. Assim, ao anotar a posição do menisco antes e depois da adição do sólido, o volume poderá ser deduzido.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Medidas da densidade de sólidos
Neste experimento trabalharemos com diferentes metais os quais apresentarão diferentes formas. O objetivo é determinar a densidade de cada amostra (utilizando proveta) e que posteriormente faremos uma comparação entre os resultados obtidos e uma tabela de densidades conhecidas.
Utilizando a proveta
Pese aproximadamente 5,000g de algum metal e anote sua massa. Com o auxílio de uma pisseta, coloque água destilada na proveta até aproximadamente a metade de sua capacidade total. Ajuste o menisco e anote o volume.
Introduza o metal na proveta (sugestão: incline a proveta num ângulo de aproximadamente 30º ao introduzir a amostra, para evitar o impacto entre a amostra e o fundo da proveta e para impedir que parte da água destilada espirre para fora)
Anote o novo volume. (Sugestão: anote o novo volume após bater levemente na lateral da proveta algumas vezes para eliminar bolhas de ar que eventualmente tenham ficado retidas na superfície da amostra).
Meça a diferença entre o volume inicial e o volume final, esta medida fornecerá o volume da amostra.
Com os resultados obtidos acima, calcule a densidade da amostra.
Compare a densidade calculada para o metal com a Tabela abaixo:
	SUBSTANCIA
	DENSIDADE (g/m3)
	SUBSTANCIA
	DENSIDADE (g/m3)
	COBRE
	8,9
	Porcelana
	2,4
	Alumínio
	2,7
	Prata
	10,5
	Latão
	8,4
	Agua
	1,0
	Vidro
	2,6
	Estanho
	7,26
	Ouro
	19,3
	Álcool
	0,79
	Ferro
	7,9
	Mercúrio
	13,6
	Níquel
	8,9
	Platina
	21,4
Fonte: A DETERMINAÇÃO DE SOLIDOS E LIQUIDOS. CESAR, Janaira et al, 2004.
A operação pode ser repetida para as demais amostras (aparas de alumínio, latão e fios de cobre), anotando os valores encontrados para cada uma delas.
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS E ENSAIOS MECÂNICOS
Tensão é definida genericamente como a resistência interna de uma força externa aplicada sobre um corpo, por unidade de área.
Deformação é definida como a variação de uma dimensão qualquer desse corpo, por unidade da mesma dimensão, quando submetido a um esforço qualquer.
COMPORTAMENTO DA TENSÃO - DEFORMAÇÃO DE MATERIAIS DÚCTEIS E FRÁGEIS
Materiais Dúcteis – Qualquer Material que possa ser submetido a grandes deformações antes da ruptura é chamado de material dúctil. O aço doce é um exemplo. Os engenheiros escolhem materiais dúcteis para o projeto por que são capazes de absorver choque ou energia e, quando sobrecarregados, exibem, em geral, grande deformação antes de falhar.
Materiais Frágeis – São materiais que possuem pouco, ou nenhum escoamento. Exemplo: Concreto.
ENSAIO DE TRAÇÃO
Um dos ensaios mecânicos de tensão-deformação mais usados é executado sobre carga de tração. O ensaio de tração consiste na aplicação gradativa de carga de tração uniaxial nas extremidades de um corpo de prova especificado.
ENSAIO DE COMPRESSÃO
O ensaio de compressão é a aplicação de carga compressiva uniaxial em um corpo de prova. A deformação linear obtida pela medida da distância entre as placas que comprimem o corpo versus a carga de compressão consiste no resultado do teste. As propriedades mecânicas obtidas são as mesmas do ensaio de tração.
ENSAIOS DE CISALHAMENTO E DE TORÇÃO
O Ensaio de torção consiste na aplicação de carga rotativa em um corpo de prova geralmente de geometria cilíndrica.
A torção é uma variação do cisalhamento puro, onde um membro estrutural é torcido. As forças torcionais produzem um movimento de rotação em torno do eixo longitudinal de uma das extremidades do membro em relação à outra extremidade. São encontrados exemplos de torção nos eixos de máquinas e eixos de acionamentos, e também em brocas helicoidais. Os ensaios de torção são executados, em geral, com eixos sólidos cilíndricos ou com tubos. Uma tensão cisalhante é uma função do torque aplicado, enquanto a deformação de cisalhamento está relacionada ao ângulo de torção.
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
Deformação não é permanente, o que significa que quando a carga é liberada, a peça retorna à sua forma original. Processo no qual tensão e deformação são proporcionais. A deformação elástica é resultado de um pequeno alongamento ou contração da célula cristalina na direção da tensão (tração ou compressão) aplicada.
DEFORMAÇÃO ANELÁSTICA
A maioria dos metais apresenta uma “componente” de deformação elástica dependente do tempo, ou seja, depois de retirada a carga é necessário um certo tempo para que haja a recuperação do material (para o material retornar ao seu tamanho inicial).
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
Para a maioria dos materiais metálicos, o regime elástico persiste apenas até deformações de aproximadamente 0,005. À medida que o material é deformado além, desse ponto, a tensão não é mais proporcional à deformação (lei de Hooke) e ocorre uma deformação permanente não recuperável, a deformação plástica. A deformação plástica corresponde à quebra de ligações com os átomos vizinhos originais e em seguida formação de novas ligações.
Em um ensaio de tração, obtém-se o gráfico tensão-deformação, na qual é possível analisar o comportamento do material ao longo do ensaio. Do início do ensaio, até a ruptura, os materiais geralmente passam pelas deformações elásticas e plásticas.
MÓDULO DE ELASTICIDADE
*Módulo de elasticidade: rigidez ou uma resistência do material à deformação elástica.
Quanto maior o módulo, mais rígido será o material ou menor será a deformação elástica. O módulo do aço é cerca de três vezes maior que o correspondente para as ligas de alumínio, ou seja, quanto maior o módulo de elasticidade, menor a deformação elástica resultante. O módulo de elasticidade é dependente da temperatura, com o aumento da temperatura, o módulo de elasticidade tende a diminuir.
COEFICIENTE DE POISSON
É o coeficiente que mede a rigidez do material na direção perpendicular à direção da carga de tração uniaxial aplicada. No ensaio de tração é o quociente entre a deformação lateral e a deformação na direção da tensão para materiais isotrópicos.
O sinal negativo está incluído na fórmula porque as deformações transversais e longitudinais possuem sinais opostos. Materiais convencionais têm coeficiente de Poisson positivo, ou seja, contraem-se transversalmente quando esticados longitudinalmente e se expandem transversalmente quando comprimidos longitudinalmente. Já aqueles materiais que possuem coeficiente de Poisson negativo, expandem-se transversalmente quando tracionados e são denominados auxéticos (ou anti-borrachas).
Para muitos metais e outras ligas, os valores do Coeficiente de Poisson (ν) variam na faixa entre 0,25 e 0,35. Conforme mostra a tabela.
	MATERIAL
	COEFICIENTE DE POISSON
	Cobre
	0,34
	Alumínio
	0,33
	Titânio
	0,34
	Magnésio
	0,29
	Níquel
	0,31
	Aço
	0,30
Fonte: HIBBELER, R.C.Resistência dos Materiais. 5 º ed. São Paulo 
LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
O limite de resistência à tração é a tensão no ponto máximo da curva tensão-deformação. É a máxima tensão que pode ser sustentada por uma estrutura que se encontra sob tração. Após o escoamento, a tensão necessária para continuar a deformação plástica aumenta até um valor máximo (ponto M) e então diminui até a fratura do material. Para um material de alta capacidade de deformação plástica, o diâmetro do corpo de prova decresce rapidamente ao ultrapassar o ponto M e assim a carga necessária para continuar a deformação, diminui até a ruptura final.
PROPRIEDADES MECANICAS
	PROPRIEDADES
	RESUMO E DEFINIÇOES
	Ductilidade
	A ductilidade é uma propriedade mecânica importante. Ela representa uma medida do grau de deformação plástica que foi suportado quando da fatura. A ductilidade pode ser expressa quantitativamente tanto como alongamento percentual como redução área percentual. O alongamento percentual é a porcentagem da deformação plástica quando do momento da fratura, onde temos Lf , que representa o comprimento no momento da fratura e L0 o comprimento útil original.
	Resiliência
	A resiliência é a capacidade de um material absorver energia quando ele é deformado elasticamente e depois, com o descarregamento, tiver essa energia recuperada.
	Tenacidade
	A tenacidade é um termo mecânico que é usado em vários contextos; ela representa uma medida da habilidade de um material em absorver energia até a sua fratura. A geometria do corpo de prova bem como a maneira como a carga é aplicada, são fatores importantes na determinação de tenacidade. Para que um material seja tenaz, ele deve apresentar tanto a resistência como ductilidade; e frequentemente materiais dúcteis são mais tenazes do que materiais frágeis.
Fonte: CALLISTER JR., 2006, p89-91.
TENSAO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRA
A partir da figura abaixo, a diminuição na tensão necessária para continuar a deformação após o ponto máximo, ponto M, parece indicar que o material está se tornando mais fraco. Isto está longe de ser o caso, na realidade, ele está aumentando em resistência. Contudo, a área da seção reta está diminuindo rapidamente na região do pescoço, onde a deformação está ocorrendo. Isso resulta em uma redução na capacidade do corpo de prova em suportar carga. A tensão é dada com base na área da seção reta original antes de qualquer deformação e não leva em consideração essa diminuição de área na região do pescoço.
A tensão verdadeira é definida como sendo uma cara dividida pela área da seção reta instantânea , sobre a qual a deformação está ocorrendo.
Ademais ocasionalmente é mais conveniente representar a deformação como uma deformação verdadeira, definida pela expressão:
Se não ocorrer alteração no volume durante a deformação, isto é, se:
As tensões e deformações verdadeiras e de engenharia estão relacionadas de acordo com as expressões
		(1)
		(2)
As equações acima são validas somente até o surgimento do pescoço; além deste ponto, a tensão e a deformação verdadeiras devem ser calculadas a partir de medições da carga, da área da seção reta e do comprimento útil real.
Esquematicamente podemos comparar tensão-deformação de engenharia e verdadeira na figura abaixo. Vale observar que a tensão verdadeira necessária para manter uma deformação crescente continua a aumentar após o limite de resistência a tração M’.
O empescoçamento tem início no ponto M da curva de engenharia que corresponde ao ponto M’ na curva verdadeira. A curva tensão-deformação verdadeira “corrigida” leva em consideração o estado de tensão complexo no interior da região do pescoço.
METAIS MACIOS E DUROS
Os metais duros (carboneto de tungstênio mais cobalto) são materiais de alta dureza, com resistência ao desgaste, estabilidade térmica, resistência à compressão e pouca flexibilidade, além de um ponto de fusão bem alto. São usados para fazer caldeiras e peças de corte. 
Os metais macios possuem ligas leves e flexíveis, por isso são mais fáceis de trabalhar as demais propriedades variam de metal para metal, mas em geral são menos corrosivos e possuem ponto de fusão alto. São bastante usados para fabricação de panelas, alguns como o alumínio é usado para fazer folhas (papel alumínio). A diferença na dureza dos metais se deve ao tipo de retículo cristalino que os átomos metálicos assumem ao formar o sólido, e à natureza do metal.
Quando os átomos metálicos possuem subníveis de semipreenchidos - o que é o caso de alguns metais de transição - e estão bastante próximos dentro do retículo, os átomos metálicos são capazes de formar ligações secundárias, semelhantes a ligações covalentes entre si, o que torna o metal mais duro. Também é preciso analisar as diferenças entre o raio atômico (metade do diâmetro do átomo) e o parâmetro de rede (medida do lado da cela unitária do retículo cristalino). Quanto menor o raio atômico dos átomos mais próximos fica uns dos outros aumentando a força que os uni, o que é confirmado pelo parâmetro de rede.
DUREZA
O conceito de dureza é bastante extensivo e pode abranger várias propriedades como medidas da resistência dos materiais, resistência à penetração, deformação plástica e etc. Ter conhecimento dessas informações permite aos Engenheiros e profissionais da área uma melhor escolha dos materiais para aplicações diversas. 
Escalas de dureza de RockwellExistem vários tipos de escala para medir dureza, e vários instrumentos de medição, como vimos em laboratório, a maior parte deles tem seus valores estipulados pela resistência à penetração. As tabelas abaixo trazem a correlação entre as escalas e os diferentes materiais nelas.
Escalas de dureza de Rockwell Superficial
A figura abaixo faz uma comparação entre várias escalas de dureza.
ETAPA 4 – PRECESSAMENTO TÉRMICO DE METAIS E LIGAS METÁLICAS
PROCEDIMENTOS TÉRMICOS DE METAIS E LIGAS METÁLICAS
E certo que toda substância quando aquecida, ligeiramente se expande, e quando esfriada se contraem. A expansão térmica dos sólidos resulta em uma variação nas dimensões lineares de qualquer corpo. Quando se aumenta o calor (energia) a um sólido, está energia é repartida entre os átomos. Abaixo, se tem alguns dos metais, que ocorrem essas expansões: 
Latão: O latão é uma liga metálica de cobre e zinco com porcentagens deste último entre 5% e 45%, dependendo do tipo de latão. Outros metais podem ser adicionados, e variando a quantidade e a proporção destes metais, alteram-se as propriedades da liga. Ocasionalmente se adicionam pequenas quantidades de alumínio, estanho, chumbo e arsênio para potencializar algumas das características dessa ligação, dependendo de como e onde a liga será utilizada. É bastante maleável (mais que o cobre ou o zinco separadamente), dúctil, resistente a impactos e um bom condutor de energia térmica e energia elétrica. Possui um ponto de fusão relativamente baixo e pode ser fundido facilmente em pequenos fornos especializados. Este ponto de fusão não é fixo, pois dependerá da quantidade e da proporção dos metais que foram utilizados em sua composição. No geral, o ponto de fusão do latão situa-se entre 900ºc -940ºc. Por estas características o latão pode ser forjado, fundido, laminado e estirado a frio de maneira mais fácil do que os próprios metais que o compõem. Esta liga apresenta densidade maior que a dos aços, mas menor que as ligas de cobre, sendo de aproximadamente 8600 kg/m³. Tem uma cor amarelada semelhante à do ouro e é consideravelmente resistente a manchas. As utilizações do latão são vastas e compreendem uma série de segmentos industriais. 
Cobre: O cobre é um elemento químico de símbolo Cu (do latim cuprum), número atômico 29 (29 prótons e 29 elétrons) e de massa atómica 63,6 u. À temperatura ambiente o cobre encontra-se no estado sólido. Classificado como metal de transição, pertence ao grupo 11 (1B) da Classificação Periódica dos Elementos. É um dos metaismais importantes industrialmente, de coloração avermelhada, dúctil, maleável e bom condutor de eletricidade. Conhecido desde a pré-história, o cobre é utilizado atualmente, para a produção de materiais condutores de eletricidade (fios e cabos), e em ligas metálicas como latão e bronze. 
Alumínio: O alumínio é um elemento químico de símbolo Al e número atômico 13 (treze prótons e treze elétrons) com massa 27 u. Na temperatura ambiente é sólido, sendo o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, especialmente nas soluções de engenharia aeronáutica. Entretanto, mesmo com o baixo custo para a sua reciclagem, o que aumenta sua vida útil e a estabilidade do seu valor, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduzem sobremaneira o seu campo de aplicação, além das implicações ecológicas negativas no rejeito dos subprodutos do processo de reciclagem, ou mesmo de produção do alumínio primário. 
As  consequências  habituais  de variações  na  temperatura de  uma  substância  são alterações em suas dimensões  e mudanças  de  sua  fase.  Consideremos as  dilatações  que  ocorrem sem mudanças de fase. A Figura 1 apresenta o modelo simples de uma rede cristalina onde os átomos são mantidos juntos, em uma disposição regular, por forças intermoleculares. Tais forças são semelhantes às que seriam exercidas por um conjunto de molas que ligassem os átomos. Estes átomos apresentam vibração,  com amplitude da ordem de 10 9 cm e frequência  de 10 13Hz. Quando a temperatura  é elevada, a amplitude de vibração aumenta assim como a  distância  média entre  os  átomos, o que  acarreta  uma dilatação do corpo.  A variação de  qualquer dimensão linear do sólido, como o comprimento, largura ou espessura, denomina-se  dilatação linear.  Seja  um sólido com comprimento inicial L0,  sujeito a  uma  variação de  temperatura DT que causa variação no comprimento. Esta variação é proporcional à variação da temperatura e ao comprimento inicial, isto é:
A dilatação linear de uma haste fina de comprimento inicial l0 a temperatura T0. Variando a temperatura desta haste para T, verifica-se que se comprimento muda de valor, para l. 
A experiência que se verá a seguir mostra que a dilatação sofrida pela haste , é proporcional ao seu comprimento inicial e a variação de temperatura . Deste modo é obtido: 
Considerando a expansão linear do cobre, do latão, do aço, do alumínio temos os coeficientes abaixo:
	MATERIAL
	COEFICIENTE
	Cobre
	
	Latão
	
	Aço
	
	Alumínio
	
PROCESSOS DE RECOZIMENTO
O termo recozimento se refere a um tratamento térmico no qual um material é exposto a uma temperatura elevada por um período de tempo prolongado, sendo ele então resfriado lentamente. Normalmente, o recozimento é realizado com os objetivos de:
Aliviar tensões; 
Tornar o material mais mole, dúctil e tenaz;
Produzir uma microestrutura específica.
É possível realizar diferentes tratamentos térmicos de recozimento; eles são caracterizados pelas mudanças que são induzidas, as quais muitas vezes são microestruturais, e que são responsáveis pela alteração das propriedades mecânicas.
Qualquer processo de recozimento consiste em três estágios, quais sejam:
Aquecimento até a temperatura desejada,
Manutenção ou "encharcamento" naquela temperatura,
Resfriamento, geralmente até a temperatura ambiente.
O tempo é um parâmetro importante nesses procedimentos. Durante o aquecimento e o resfriamento, existem gradientes de temperatura entre as partes de fora e de dentro da peça; as suas magnitudes dependem do tamanho e da geometria da peça. Se a taxa de variação de temperatura for muito grande, podem ser induzidos gradientes de temperatura e tensões internas que podem levar ao empenamento ou até mesmo ao trincamento.
RECOZIMENTO INTERMEDIÁRIO
O recozimento intermediário consiste em um tratamento térmico usado para anular os efeitos da deformação plástica a frio, isto é, para amolecer e aumentar a ductilidade de um metal que tenha sido previamente submetido a um processo de encruamento. Ele é utilizado geralmente durante procedimentos de fabricação que exigem uma extensa deformação plástica, de modo a permitir uma continuidade da deformação sem haver ocorrência de fratura ou um excessivo consumo de energia.
RECOZIMENTO DE LIGAS FERROSAS
Diversos procedimentos de recozimento diferentes são empregados para melhorar as propriedades de ligas de aço.
Normalização
Aços que foram deformados plasticamente mediante, por exemplo, uma operação de laminação, é composta por grãos de perlita (e, muito provavelmente, uma fase proeutetóide), que possuem um formato irregular e que são relativamente grandes, mas que variam substancialmente em tamanho. Um tratamento térmico de recozimento conhecido por normalização é usado para refinar os grãos (isto é, para diminuir o tamanho médio do grão) e produzir uma distribuição de tamanhos mais uniforme e desejável; aços perlíticos com grãos finos são mais tenazes do que aços perlíticos com grãos mais grosseiros. A normalização é obtida mediante o aquecimento a uma temperatura de aproximadamente 55 a 85°C (100 a 150°F) acima da temperatura crítica superior, que é, obviamente, dependente da composição.
ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO
A resistência e a dureza de algumas ligas metálicas podem ser melhoradas pela formação de partículas extremamente pequenas e uniformemente dispersas de uma segunda fase no interior da matriz da fase original; isso deve ser obtido mediante tratamentos térmicos apropriados. O processo é conhecido por endurecimento por precipitação, pois as pequenas partículas da nova fase são conhecidas por "precipitados".
O endurecimento por precipitação e o tratamento de aços para formar martensita revenida são fenômenos totalmente diferentes, embora os procedimentos do tratamento térmico sejam semelhantes. Dessa forma, os processos não devem ser confundidos. A principal diferença está nos mecanismos segundo os quais o endurecimento e o aumento de resistência é obtido. Esses devem ficar evidentes à medida que o endurecimento por precipitação for sendo explicado.
LIGAS DE COBRE E REVESTIMENTOS DE CASQUILHOS DE MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA (BROZINAS)
A função principal de uma bronzina é reduzir o atrito entre uma parte móvel de um motor e a parte estática a ela ligada. Além disso, ela deve suportar a parte móvel. Esta última função exige que a bronzina resista a cargas muito altas, particularmente, cargas de alto impacto causado pela combustão que ocorre no motor.
A capacidade de uma bronzina de reduzir o atrito está baseada no fenômeno de que dois materiais não similares, deslizando um contra o outro, apresentam atrito e desgaste menores, quando comparados ao caso de materiais similares (materiais com dureza da mesma ordem de grandeza). Portanto, ligas de alguns metais, tal como o cobre, apresenta um melhor desempenho ao suportar uma parte móvel de aço, do que aquele apresentado por um alojamento de aço ou ferro fundido.
Adicionalmente, é sabido que um mesmo material, dotado de uma estrutura metalúrgica mais refinada, isto é, uma estrutura cristalina com um tamanho de grão menor e/ou uma dureza mais elevada resulta em aumento da sua resistência à fadiga.
Tal fenômeno não é distinto para as ligas de bronze ou de Alumínio aplicadas em bronzinas, sendo, portanto certo que quanto mais refinada a sua estrutura da liga ou maior a sua dureza, maior será sua resistência à fadiga e, por consequência, maior será a sua capacidade de carga durante a operação em um motor a combustão interna.
PROPRIEDADES FISICAS E MECÂNICAS DE MATERIAIS PARA REVESTIMENTO DE CASQUILHOS DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA
As propriedades dos materiais de bronzina são as seguintes:
Resistência à fadiga;
Conformabilidade;
Incrustabilidade;
Deslizamento (ação de superfície);
Resistência à corrosão;
Resistência a altas temperaturas;Condutividade térmica.
CONCLUSÃO
Como estudado até agora, o cobre é um dos metais mais importantes industrialmente, dúctil, maleável e que apresenta alta condutibilidade térmica. A adição de outros elementos ao cobre o fortalece, formando ligas que incluem o latão, o bronze fosforoso e o cobre-níquel. Entre as suas propriedades mecânicas destacam-se sua excepcional capacidade de deformação e ductilidade, o que o torna um material excelente para revestimento de casquilho de motores de combustão interna.
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