Seleção de materiais

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Materiais Metálicos
Seleção de Materiais
• Desenvolvimento de um novo produto, componente ou 
planta industrial;
• Melhoria de um produto ou equipamento já existente;
• Solução de uma situação problema (peça defeituosa, 
processo com muito refugo, etc).
1. Seleção de Materiais: objetivo
• Para inovar é preciso conhecer materiais e processos de 
fabricação;
• Projeto e processamento são paralelos até teste final de 
protótipos;
• A seleção do material quando não determina o 
processo de fabricação do produto, pelo menos vai 
limitar a sua escolha.
1. Seleção de Materiais: objetivo
Processo de Seleção
POLÍMEROS
COMPÓSITOS
PEAD
PEBD
PVC
PET
ABS
HIPS
PA6
SBS
PP
PMMA
PRFV
Aço C
PP+CaCO3
AL2O3
INOX
COBRE / LIGAS
AL/LIGAS
FFBAIXA LIGA
AÇO FERRAMENTA
Mg/LIGAS
WC
SiC/Al2O3
TiC
CaO
CaCO3
ZrO2
MgO
EPOXY
B
VIDRO
DIAMANTE
PU
EVA
BORRACHA NATURAL
MADEIRA
2. Seleção de Materiais: introdução
• Em raras ocasiões um material reúne COMBINAÇÃO 
IDEAL DE PROPRIEDADES, ou seja, muitas vezes é 
necessário reduzir uma em benefício da outra;
• Exemplo: resistência X ductilidade (geralmente um 
material de alta resistência apresenta ductilidade 
limitada); 
• Este tipo de circunstância exige que se estabeleça um 
compromisso razoável entre duas ou mais 
propriedades;
2. Seleção de Materiais: introdução
Os critérios para a seleção de um material são:
- Condições de Operação: temperatura de trabalho, agentes 
corrosivos (ataque químico), desgaste, radiações;
- Propriedades requeridas (limitações e restrições de uso);
- Disponibilidade de matéria-prima e viabilidade técnica de 
transformação;
- Impacto ambiental / reciclabilidade pós uso;
- Custo (beneficiamento, transformação, fabricação, 
descarte, etc).
2. Seleção de Materiais: introdução
A ciência dos materiais está presente em todos setores:
• Elétrico: materiais elétricos / dielétricos;
• Civil: estruturas, estética, resistência às intempéries;
• Químico: processos, corrosão, ambiente e reciclagem;
• Automotivo: leveza, resistência mecânica, durabilidade; 
• Metalúrgico: aços e ligas;
• Mecânico: componentes, motores, energia;
• Materiais: melhor desempenho, menor custo;
• Aeroespacial: densidade/resistência mecânica, alta temperatura.
2. Seleção de Materiais: introdução
• Ampliar os conhecimentos dos materiais disponíveis: 
ESTRUTURA X PROPRIEDADES;
• Entender seu comportamento (perante trabalho 
mecânica e vida útil);
• Reconhecer efeitos do meio e condições de serviço 
(corrosão, composição química);
• Fornecer subsídios para a seleção de materiais 
(equipamentos para ensaios mecânicos).
2. Seleção de Materiais: introdução
Resistência ao calor, 
Resistência à corrosão, 
Propriedades físicas, 
Composição química
Condições do meio:
-Temperatura
- Pressão
- Composição do meio 
reacional
Traz diferencial competitivo;
Concorrência externa;
Tamanho do mercado;
2. Seleção de Materiais: introdução
2. Seleção de Materiais: introdução
2. Seleção de Materiais: introdução
2. Seleção de Materiais: introdução
• Metálicos: cobre, ferros fundidos, ligas de aço;
• Materiais metálicos são geralmente uma combinação de 
elementos metálicos;
• Os elétrons não estão ligados a nenhum átomo em particular 
e por isso são bons condutores de calor e eletricidade;
• Não são transparentes à luz visível;
• Têm aparência brilhosa quando polidos
• Geralmente são resistentes e dúcteis
• São muito utilizados para aplicações estruturais
3. Classificação dos materiais
O número de materiais cresceu muito nas últimas 
décadas e a tendência é de se proliferarem mais 
num futuro próximo. 
• Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos 
de extração de materiais da natureza;
• Modificação de materiais naturais;
• Combinação de materiais conhecidos para a 
formação de novos materiais;
4. Relação entre Estrutura -Processamento -
Propriedades
Processo de Fabricação
PropriedadesEstrutura
Processo de Fabricação
PropriedadesEstrutura
SELAÇÃO 
DE MATERIAIS
4. Relação entre Estrutura -Processamento -
Propriedades
Divisão da ESTRUTURA nos Materiais 
m
Propriedades dos Materiais
• Mecânicas
• Resistência a tração, compressão, flexão;
• Resistência ao escoamento, à fadiga;
• Ductilidade;
• Modulo de elasticidade;
• Resistência ao desgaste;
• Físicas
• Propriedades elétricas;
• Magnéticas;
• Térmicas;
• Óticas;
• Químicas
• Resistência à corrosão;
• Mecânicas
Propriedades dos Materiais
• Elétrica
Propriedades dos Materiais
Exemplos - propriedades
- boa moldagem por fundição;
- absorção de vibrações, 
usinabilidade;
Bloco de motores 
de combustão 
Fofo 
cinzento
- isolantes;FornosRefratários
- transparência;Janelas,potesVidros
Cerâmicos
-Boa suceptibilidade a 
tratamentos térmicos;
ForjadosAços
- alta condutividade elétrica;
- boa conformabilidade;
Cabos elétricosCobre
Metais
PropriedadesAplicaçãoMaterialTipo de 
material
Processos de Fabricação PROCESSO FABRIC.:
•Fundição;
•Metalurgia do pó;
•Extrusão
•Laminação
•Prensagem etc;
Os materiais precisam adquirir forma e 
dimensões para serem utilizáveis na 
Indústria.
5. Processos de Fabricação
• Metais:
• Fundição: areia, vazamento, molde permanente, cera perdida, lingotamento 
contínuo;
• Conformação: forjamento, extrusão, estampagem, dobramento, laminação, 
trefilação; 
• Junção: soldagem (MIG, TIG, eletrodo revestido), por resistência elétrica;
• Metalurgia do Pó: convencional, MIM;
• Cerâmicos: 
• Fundição, colagem;
• Sinterização;
• Compactação, extrusão e prensagem;
• Polímeros:
• Moldagem por injeção;
• Conformação: a vácuo, por repuxamento, por extrusão;
• Compósitos:
• Fundição, incluindo infiltração;
• Junção: termo-endurecíveis, adesivas;
• Prensagem e sinterização;
•Diferentes Processos de Fabricação
•Diferentes Microestruturas
•Diferentes Propriedades
6. Efeito do meio no comportamento do material
• Temperatura:
• Aumento da temperatura diminui a resistência mecânica 
dos materiais;
• Corrosão:
• Metais: 
• Reagem com O2 e outros gases;
• Aumento de temperatura acelera a corrosão;
• Ex: H2 dissolvido no cobre – fratura frágil;
• Desgaste:
• Abrasão: ex: pisos cerâmicos desgastados com tráfegos de 
pessoas;
• Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção
-Cilindro de comprimento L e raio r.
-Aplica-se um momento de torção Mt, que produz ângulo torção ;
-Assim a tensão de cisalhamento  é dado por:
-Onde J é o momento de inércia, que é dado por:
-Assim: 
-Aplica-se um fator de segurança N: f= Lim. Resist. ao 
cisalhamento 
7. Seleção dos materiais
• Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção
-Tem-se que levar em consideração a massa do produto.
- Como a massa é o produto da densidade pelo volume:
-Isolando o raio: 
-Substituindo na equação da tensão de cisalhamento:
-Tem-se: 
Parâmetro geométrico
Fator de segurança
Propriedade do 
material 
(densidade/resistência)
Melhor Material tem 
baixa relação /f
2/3
7. Seleção dos materiais
• Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção
- Denomina-se Índice de Desempenho “P”:
-Aplicando Log:
-Assim pode-se traçar famílias de retas, por ex:
P=3, P=10, P=30, P=100 (MPa)2/3.m3/Mg
y = ax + b
Retas com inclinação 3/2
7. Seleção dos materiais
7. Seleção dos materiais
• Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção
1) Suponhamos que o eixo
cilíndrico tenha como requisito
P=10;
Portanto o material deve estar 
ao longo ou acima da linha P=10;
2) Vamos suporque outro critério
é que o material tenha uma
resistência de 300MPa. 
3) Materiais prováveis:
- Aços;
- Ligas de Ti;
- Ligas de Al de alta resistência;
- Compósitos de engenharia.
7. Seleção dos materiais
• Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção
Melhor 
desempenho
7. Seleção dos materiais
• Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção
Melhor relação 
Custo/Desempenho
7. Seleção dos materiais
7. Seleção dos materiais
8. Engenharia Reversa
• A Engenharia Reversa (RE) é o processo de descobrir 
os princípios tecnológicos de um dispositivo/objeto 
ou de um sistema com a análise de suas estrutura, 
função e operação.
• Diretamente falando a RE geralmente é a arte de 
desmontar para saber como funciona. 
Tupolev Tu-64
• B-29 dos EUA • Tu-64 da antiga URSS
8. Engenharia Reversa
9. Considerações: propriedades físicas
1. O peso/densidade é um fator significante?
2. Quais propriedades mecânicas são importantes?
3. Existem requisitos elétricos? Condutividade? 
Resistividade?
4. Existe alguma propriedade magnética necessária?
5. As propriedade térmicas são importantes? Condutividade? 
Mudança de dimensões?
6. Existe algum requisito ótico?
7. A aparência é importante? Quanto? Cor, textura ou 
“sensação”? 
1. Qual a temperatura máxima, mínima e normal de operação 
do componente? A troca de temperatura é cíclica? Em que 
velocidade?
2. O ambiente é corrosivo? Quanto?
3. Qual a vida útil esperada?
4. Qual o nível desejável de inspeção e manutenção?
5. São considerados os aspectos de desmontagem ou 
reciclagem do componente? 
9. Considerações: ambiente de trabalho
1. Quantidade de componentes a serem feitos?
2. Podem ser especificados tamanho e forma padrão quando 
possível?
3. O projeto aponta aspectos que facilitam a manufatura?
4. Quais as seções mais finas e espessas do componente?
5. Qual o nível de qualidade em relação ao mercado?
6. Qual necessidades de controle de qualidade e inspeção?
7. Existem aspectos de (des)montagem que devam ser 
levados em consideração?
9. Considerações: fabricação
Após a seleção de um grupo apropriado de materiais 
potenciais, o CUSTO torna-se um fator importante de seleção 
a ser considerado.
1. O material é muito caro para atender as necessidades 
do mercado?
2. Pode ser utilizado um material mais caro se ele oferece 
melhores propriedades?
3. Qual o balanço entre a fabricabilidade e custo do 
material?
9. Considerações: custo
1) O material selecionado deverá estar disponível em 
tamanho, na quantidade, na forma e no tempo 
necessário. 
9. Considerações: disponibilidade