Aula 08 Seleção de Materiais Parte 2

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CURSO DE 
ENGENHARIA MECÂNICA 
Campus Buritis 
PROJETOS DE SISTEMAS MECÂNICOS 
AULA 08 
SELEÇÃO DE MATERIAIS 
Prof. Luiz Brant 
LINHA DO TEMPO 
DOS MATERIAIS 
LINHA DO TEMPO DOS MATERIAIS 
LINHA DO TEMPO DOS MATERIAIS 
LINHA DO TEMPO DOS MATERIAIS 
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
1. DESENVOLVER UMA INDICAÇÃO DA ESPECIFICAÇÃO 
Usando os requisitos impostos pelas restrições operacionais ou funcionais, 
modos de falha conhecidos, fatores de mercado e/ou diretrizes gerenciais, 
estabelecer um relatório de especificação conciso. Se a informação sobre a 
aplicação for superficial, de tal forma que o relatório de especificação não possa 
ser executado, é sugerido que o aço 1020 seja experimentalmente selecionado 
como o “melhor” material devido a sua excelente combinação de resistência, 
rigidez, ductilidade, tenacidade, disponibilidade, custo e usinabilidade. 
EXEMPLO: Deseja-se selecionar o material para o projeto proposto de um eixo de manivela a ser 
utilizado em um novo compressor de ar, compacto, de um único cilindro. O eixo de manivelas deve ser 
suportado por dois mancais principais que separam o mancal de conexão da biela. As análises 
preliminares indicam que os modos mais prováveis de falha a considerar são fadiga, desgaste e 
escoamento. O volume de produção projetado é elevado o suficiente, de modo que o custo é uma 
consideração importante. Selecione o material preliminar para esta aplicação. 
 
“O eixo de manivela para essa aplicação deve ser curto, compacto, relativamente rígido, 
resistente à fadiga, resistente ao desgaste nas sedes dos mancais e capaz de ser 
produzido com baixo custo.” 
 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
2. TRADUZIR A INDICAÇÃO DA ESPECIFICAÇÃO EM REQUISITOS DO MATERIAL 
Baseado na informação do 
passo 1 e do relatório de 
especificação, identificar 
todas as necessidades 
especiais para a aplicação, 
escrevendo a resposta 
sim, não ou talvez no 
espaço correspondente a 
cada item da tabela a 
seguir. 
Requisitos em Potencial para a Aplicação Necessidade 
Especial? 
1. Razão Resistência / Volume 
2. Razão Resistência / Peso 
3. Resistência em Temperatura Elevada 
4. Estabilidade Dimensional de longo termo temperatura elevada 
5. Estabilidade dimensional sob variação de temperatura 
6. Rigidez 
7. Ductilidade 
8. Capacidade de Armazenar Energia Elasticamente 
9. Capacidade de Dissipar Energia Plasticamente 
10. Resistência ao Desgaste 
11. Resistência à ambiente Quimicamente Reativo 
12. Resistência à Ambiente com Radiação Nuclear 
13. Interesse de Utilizar Processo de Fabricação Específico 
14. Restrições de Custo 
15. Restrições no Tempo de Obtenção 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
2. TRADUZIR A INDICAÇÃO DA ESPECIFICAÇÃO EM REQUISITOS DO MATERIAL 
EXEMPLO: Requisitos em Potencial para a Aplicação Necessidade 
Especial? 
1. Razão Resistência / Volume Sim 
2. Razão Resistência / Peso Não 
3. Resistência em Temperatura Elevada Não 
4. Estabilidade Dimensional de longo termo temperatura elevada Não 
5. Estabilidade dimensional sob variação de temperatura Não 
6. Rigidez Sim 
7. Ductilidade Não 
8. Capacidade de Armazenar Energia Elasticamente Não 
9. Capacidade de Dissipar Energia Plasticamente Não 
10. Resistência ao Desgaste Sim 
11. Resistência à ambiente Quimicamente Reativo Não 
12. Resistência à Ambiente com Radiação Nuclear Não 
13. Interesse de Utilizar Processo de Fabricação Específico Não 
14. Restrições de Custo Sim 
15. Restrições no Tempo de Obtenção Não 
Requisitos em Potencial para a Aplicação Característica Requerida do Material Adequado 
1. Razão Resistência / Volume Limite de Escoamento ou de Resistência 
2. Razão Resistência / Peso Limite de Escoamento ou de Resistência / Densidade 
3. Resistência ao Calor Perda de Resistência / Grau de Temperatura 
4. Resistência à Fluência Taxa de Influência na Temperatura de Operação 
5. Expansão Térmica Deformação / Grau de Variação de Temperatura 
6. Rigidez Módulo de Elasticidade 
7. Ductilidade Alongamento Percentual 
8. Resiliência Energia / Unidade de Volume no Escoamento 
9. Tenacidade Energia / Unidade de Volume na Ruptura 
10. Resistência ao Desgaste Perda Dimensional na Condição de Operação ou Dureza 
11. Resistência à Corrosão Perda Dimensional no Meio de Operação 
12. Susceptibilidade a danos por radiação Mudança na Resistência ou Ductilidade no Meio Operac. 
13. Manufaturabilidade Adequação para Processo Específico 
14. Custo Custo / Unidade de Peso; Também Usinabilidade 
15. Disponibilidade Tempo e Esforço para Obtenção 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
3. MONTAR LISTA DE MATERIAIS ADEQUADOS 
3.1 Para cada item 
que recebeu a 
resposta sim ou 
talvez, ir para a 
tabela ao lado para 
identificar o índice 
de avaliação de 
performance 
correspondente. 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
EXEMPLO: 
3. MONTAR LISTA DE MATERIAIS ADEQUADOS 
Requisitos em Potencial para a Aplicação Característica Requerida do Material Adequado 
1. Razão Resistência / Volume Limite de Escoamento ou de Resistência 
6. Rigidez Módulo de Elasticidade 
10. Resistência ao Desgaste Dureza 
14. Custo Custo / Unidade de Peso; Também Usinabilidade 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
3. MONTAR LISTA DE MATERIAIS ADEQUADOS 
3.2 Consultar as tabelas ordenadas 
para materiais candidatos em 
potencial (ou informações 
similares de outras fontes para 
dados específicos de materiais). 
Utilizando essas fontes de dados, 
elaborar uma pequena lista dos 
materiais candidatos mais 
qualificados correspondendo a 
cada necessidade especial 
identificada. 
Propriedade de Resistência dos Materiais 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
3. MONTAR LISTA DE MATERIAIS ADEQUADOS 
Razão Resistência / Peso 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
3. MONTAR LISTA DE MATERIAIS ADEQUADOS 
Coeficientes de Expansão Térmica 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
3. MONTAR LISTA DE MATERIAIS ADEQUADOS 
Módulo de Resiliência 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
3. MONTAR LISTA DE MATERIAIS ADEQUADOS 
Dureza 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
3. MONTAR LISTA DE MATERIAIS ADEQUADOS 
EXEMPLO 
Para elevada Resistência / Volume 
Aço de ultra-alta resistência Aço Médio Carbono 
Aço Inoxidável (por precipitação) Aço Inoxidável (austenítico) 
Aço de Alto Carbono Latão Amarelo 
Compósito Grafite-Epóxi Bronze comercial 
Titânio Aço Baixo Carbono 
Cerâmica Bronze Fosforoso 
Liga de Níquel Ferro Fundido Cinzento 
Para elevada Rigidez 
Carbeto de Tungstênio Aço 
Carbeto de Titânio Aço Inoxidável 
Molibdênio Ferro Fundido 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
3. MONTAR LISTA DE MATERIAIS ADEQUADOS 
EXEMPLO 
Para elevada Dureza 
Diamante Aço Baixo Carbono Cementado 
Safira Aço de Ultra-Alta Resistência 
Carbeto de Tungstênio Titânio 
Carbeto de Titânio Ferro Fundido Cinzento 
Para baixo Custo 
Ferro Fundido Cinzento Acrílico 
Aço Baixo Carbono Bronze comercial 
Aço de Ultra-Alta Resistência Aço Inoxidável 
Ligas de Zinco 
Para boa Usinabilidade 
Ligas de Magnésio Aço Médio Carbono 
Ligas de Alumínio Aço de Ultra-Alta Resistência 
Aço de Usinagem fácil Ligas de Aço Inoxidável 
Aço Baixo Carbono Ferro Fundido Cinzento 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
4. COMBINAR AS LISTAS DE MATERIAIS ADEQUADOS A FIM DE SELECIONAR 
OS MELHORES 
Comparando todas as listas de dados ordenados escritas no passo 3, determine os 
dois ou três melhores materiais candidatos, considerando aqueles próximos ao 
topo de todas as listas. Se um único candidato aparece no topo de todas as listas, 
este seria a escolha óbvia. Na prática, ajustes são quase sempre necessários para 
se identificaros dois ou três melhores candidatos. 
EXEMPLO 
Aço de Ultra-Alta Resistência 
Aço Baixo Carbono (cementado) 
Ferro Fundido Cinzento 
ETAPAS NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
5. SELEÇÃO DO MATERIAL 
A partir dos dois ou três melhores materiais candidatos, faça uma tentativa de 
seleção para o material a ser usado. Isto pode requerer dados adicionais, pacotes 
de softwares para seleção de materiais, técnicas de otimização que sejam mais 
quantitativas, discussão com especialistas em materiais ou cálculos adicionais de 
projeto a fim de confirmar a adequação da seleção. 
EXEMPLO 
Índice de Avaliação Aço Ultra-Alta 
Resistência 
Aço Baixo Carbono 
(Cementado) 
Ferro Fundido 
Cinzento 
Limite de Resistência, Su, psi 287.000 61.000 50.000 
Limite de Escoamento, Sy , psi 270.000 51.000 - 
Módulo de Elasticidade , E, psi 30x106 30x106 13-24x106 
Dureza, HB 560 650 262 
Custo dólar/lb 0,65 0,50 0,30 
Usinabilidade 50 65 40 
MAPAS OU DIAGRAMAS DE ASHBY 
São gráficos (mapas) onde se representa uma propriedade ou 
característica contra a outra. 
 
 Muito úteis na seleção de materiais. 
 São construídos a partir da compilação de dados tabelados e 
apresentados na literatura, na forma gráfica, facilitando a 
visualização e a identificação do material (ou classe) mais 
adequado(a). 
 Baseiam-se na concepção original do Prof. Michael F. Ashby 
publicada nos anos 80-90. 
MAPAS OU DIAGRAMAS DE ASHBY 
As etapas de seleção são muito semelhantes àquelas já 
apresentadas, porém, os requisitos de performance são 
trabalhados por uma equação da forma seguinte a fim de definir 
qual gráfico deverá ser utilizado. 
     MfGfAfp
M
materialdo
espropriedad
G
sgeométrico
requisitos
A
aplicação
derequisitos
p
321
,,










































EXEMPLO: 
 

E
Mf 3
MAPAS OU DIAGRAMAS DE ASHBY 
 

E
Mf 3
MAPAS OU DIAGRAMAS DE ASHBY