Comportamento Mecânico dos Materiais

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QUÍMICA DOS MATERIAIS
Aula 2 - Comportamento Mecânico
INTRODUÇÃO
Nesta aula, você irá reconhecer as possíveis falhas na composição dos materiais, compreender a mecânica do seu 
comportamento e identificar novos materiais e tecnologias. 
A determinação e o conhecimento das propriedades mecânicas são muito importantes para a escolha do material para 
uma determinada aplicação, bem como para o projeto e a fabricação do componente. 
As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos a esforços mecânicos, pois elas 
estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir esses esforços aplicados sem romper e sem se 
deformar de modo incontrolável. 
Compreender esses conceitos ajuda a escolher o melhor material de acordo com a solicitação que será exigida. 
Bons estudos!
OBJETIVOS
Reconhecer as possíveis falhas no dimensionamento de determinação dos materiais a serem especificados em um 
projeto;
Compreender o comportamento mecânico dos materiais;
Identificar novos materiais e tecnologias. 
COMPORTAMENTO REOLÓGICO
O comportamento reológico é o que nos interessa conhecer nesta aula. Ele se refere à maneira como o material se 
deforma quando sujeito à ação de forças. A influência das referidas interações no comportamento macroscópico do 
material é estudada por ciências como a Física do estado sólido, e está em grande parte esclarecida, pelo menos 
qualitativamente. 
O esclarecimento quantitativo depara com dificuldades até agora não ultrapassadas, que se prendem com a 
complexidade dos fenômenos físicos envolvidos. A imagem a seguir ilustra esses fenômenos: 
Fonte da Imagem: Andrei Tarchyshnik / Shutterstock
Podemos observar, pela imagem acima, que a determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios 
mecânicos. Utilizam-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, usam-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção do corpo de prova para garantir 
que os resultados sejam comparáveis. 
A seguir, vamos conhecer as imperfeições, a difusão e as falhas que podem ocorrer nos materiais.
IMPERFEIÇÕES
Considerando que os materiais sofrem inúmeras variações e que, nem sempre temos as estruturas bem definidas — 
conforme as redes estruturais propostas no tópico anterior — sendo que muitas das propriedades dos materiais são 
profundamente sensíveis a desvios, podemos identificar imperfeições ou defeitos nesses materiais.
Um defeito na estrutura cristalina pode ser compreendido como a ruptura de sua regularidade. Os defeitos são 
responsáveis por inúmeros processos que são fundamentais para a utilização de certos materiais em Engenharia. Eles 
podem ser classificados em: defeitos puntiformes, defeitos lineares e defeitos superficiais.
Vamos conhecê-los!
DEFEITOS PUNTIFORMES
Se apresentam basicamente pela quebra da regularidade da rede cristalina que ocorre em um ponto especifico da 
mesma. Existem vários tipos de defeitos puntiformes, e os mais comuns são a vacância, também conhecida como vazio, 
e as impurezas.
A imagem, a seguir, ilustra um exemplo de vacância.
DEFEITOS LINEARES
São imperfeições da rede que ocorrem ao longo de uma linha e são chamadas de discordância. Existem três tipos de 
discordâncias:
OBSERVE COMO OCORRE A DISCORDÂNCIA:
As discordâncias deformam localmente a rede, criando tensões locais de compressão e tração.
As discordâncias estão envolvidas na deformação plástica dos cristais. 
Tensões cisalhantes causam seu movimento. 
A discordância se move até a superfície do material dando origem a um degrau.
O material sofre uma deformação não recuperável.
A seguir, você pode visualizar exemplos de discordância mista e em cunha.
DEFEITOS SUPERFICIAIS
São imperfeições que ocorrem ao longo de uma superfície. Esses defeitos possuem alta energia e são responsáveis por 
alguns fenômenos:
As imagens a seguir ilustram exemplos de defeitos superficiais. 
Fonte da Imagem: Verkhozina Ekaterina / Shutterstock
Segundo Callister Júnior, entende-se por difusão o fenômeno de transporte de material por movimento atômico. O 
processo de difusão pode ocorrer em materiais, líquidos, gasosos e sólidos; iremos ver quais são os processos de 
difusão mais importantes que ocorrem nos materiais sólidos e que podem influenciar na sua utilização.
Em geral, o processo de difusão consiste em um tratamento térmico para melhorar as propriedades, como dureza e 
resistência dos materiais. O processo ocorre em virtude da migração dos átomos de um ambiente da rede para outro. 
Para que isso aconteça é necessário que duas condições sejam atendidas:
Fonte da Imagem:
Deve existir um ambiente adjacente vazio.
Fonte da Imagem:
O átomo deve possuir energia suficiente para romper ligações atômicas que o unem aos seus vizinhos, assim causando 
alguma distorção na rede durante seu deslocamento.
Dos vários modelos de difusão propostos, dois são mais comuns para a difusão em metais:
DIFUSÃO POR LACUNA
Envolve o deslocamento de um átomo, de uma posição normal da rede para um ambiente vazio ou lacuna adjacente.
Para a ocorrência desse processo é necessário que haja a presença de lacunas, a extensão segundo a qual a difusão 
pode ocorrer é uma função do número desses defeitos que estão presentes na rede. É possível que existam 
concentrações significativas de espaços vagos em metais submetidos a altas temperaturas.
A imagem, a seguir, ilustra um exemplo de difusão por lacuna.
DIFUSÃO INTERSTICIAL
Nesse processo de difusão, ocorre que os átomos migram de uma posição intersticial para outra vizinha que esteja vazia. 
Esse mecanismo é encontrado para interdifusão de impurezas tais como hidrogênio, carbono, nitrogênio e oxigênio, que 
possuem átomos pequenos o suficiente para se encaixarem no interior das posições intersticiais.
A seguir, você pode visualizar um exemplo de difusão intersticial.
FALHAS
É importante prever a ocorrência de falhas para minimizar os custos provenientes delas. Em um projeto de um 
componente ou uma estrutura, é necessário conhecer as propriedades mecânicas dos materiais a serem utilizados, bem 
como, as possibilidades de ocorrências de falhas. 
As falhas podem se apresentar em três modalidades. Vamos conhecê-las.
FRATURA
Fonte da Imagem: Verkhozina Ekaterina / Shutterstock
Entende-se por fratura a divisão de um corpo em duas ou mais partes em função da imposição de uma tensão. Essa 
tensão pode ser aplicada abrupta ou constantemente, variando devagar ao longo do tempo.
As tensões normalmente aplicadas e que apresentam fraturas são tensões estáticas. Geralmente, ocorrem em 
temperaturas baixas quando comparadas à temperatura de fusão do material. As tensões aplicadas, nos materiais, 
podem ser de tração, compressão, cisalhamento ou torção. 
NOS MATERIAIS COMUMENTE APLICADOS NA ENGENHARIA, É 
POSSÍVEL IDENTIFICAR DUAS MODALIDADES DE FRATURAS: 
FRATURA DÚCTIL
Ocorre nos materiais que apresentam grande deformação plástica. Esses materiais têm a característica de absorver grande 
quantidade de energia antes da fratura. 
FRATURA FRÁGIL 
Ocorre nos materiais que apresentam pouca deformação plástica. Esses materiais têm a característica de absorver pequena 
quantidade de energia antes da fratura. 
Os processos de fratura ocorrem geralmente em duas etapas:
A imagem, a seguir, ilustra um exemplo de fratura altamente dúctil e moderadamente dúctil. 
A fratura frágil caracteriza-se por apresentar pequena ou nenhuma deformação plástica na vizinhança de uma trinca que 
está avançando. A trinca pode se propagar de maneira extremamente rápida. 
A seguir, você pode visualizar um exemplo de fratura frágil.
FADIGA
É uma forma de falha que ocorre em estruturassujeitas à tensão dinâmica, por exemplo:
Em função da exposição a essas tensões, é possível que a falha ocorra em nível de tensão consideravelmente menor que 
o limite de resistência estabelecido para uma carga estática. 
Segundo Callister:
É importante reconhecer as possíveis manifestações de fadiga, pois essa é a maior causa individual de falha em metais. 
Os polímeros e os cerâmicos, exceto o vidro, também são suscetíveis a esse tipo de falha; além disso, a fadiga 
apresenta-se de maneira catastrófica e traiçoeira, ocorrendo na maioria das vezes de modo repentino e sem nenhuma 
manifestação anterior.
FLUÊNCIA
Fonte da Imagem: Verkhozina Ekaterina / Shutterstock
Entende-se por fluência a deformação permanente que ocorre ao longo do tempo nos materiais quando eles são 
submetidos a tensões constantes. 
O comportamento mecânico dos materiais caracteriza-se pela resposta que eles manifestam quando submetidos à 
tensão ou deformação.
Quando um material é submetido a esforços mecânicos ele se deforma de duas maneiras:
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
Entende-se por um material que exibe tal comportamento quando ele, ao ser submetido a esforços mecânicos, apresenta 
deformações não aparentes, ou seja, esse material tem a propriedade de absorver as tensões a qual ele está submetido; 
quando se cessa essa tensão, o material retorna à sua dimensão original.
Na observação a nível atômico, verificamos que as células unitárias se alongam quando submetidas a um esforço de 
tração e comprimem-se quando submetidas a um esforço de compressão, conforme figura ao lado.
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
Entende-se por um material que exibe tal comportamento quando esse, ao ser submetido a esforços mecânicos, 
apresenta deformações aparentes, ou seja, esse material tem pouca capacidade de absorver as tensões a qual está 
submetido, não retornando à sua dimensão original quando finda essa tensão, apresentando claramente aumento do 
comprimento do material.
A figura ao lado demonstra o diagrama de “tensão x deformação” de metais, evidenciando que o comportamento deles 
depende da tensão aplicada no mesmo. Verifica-se que, na região denominada como elástica, a deformação e a tensão 
são proporcionais, contudo, ao se exceder ligeiramente o limite de elasticidade, os materiais começam a apresentar um 
escoamento; no gráfico, essa região é representada pelo “limite de escoamento”, também conhecida como “patamar de 
escoamento”.
Ao aumentar a tensão aplicada verifica-se, no gráfico, a “região de endurecimento por deformação”, na qual o material 
apresenta aumento de resistência até alcançar o “limite de resistência” e, posteriormente, a “tensão de ruptura”.
PESQUISA E NOVOS MATERIAIS
Fonte da Imagem: Mix3r / Shutterstock
A área de materiais é estratégica ao progresso tecnológico e econômico de um país, ou seja, a descoberta de novos 
materiais e/ou a otimização das propriedades de materiais já conhecidos é de grande importância não apenas para o 
desenvolvimento de novas tecnologias, como por exemplo, as energias alternativas; sendo importante também para o 
aumento da eficiência de setores produtivos tradicionais como o automobilístico, aeronáutico, alimentício, 
telecomunicações, agrícola e construção civil.
Fonte da Imagem:
Um exemplo desses novos materiais são os pisos que têm a capacidade de drenar a água de chuva, ou de uso, não 
permitindo o acúmulo de água, além de garantir aos usuários a segurança necessária ao transitar por eles. Esses pisos 
foram desenvolvidos de modo a permitir inclusive o reaproveitamento das águas, quando o sistema for ligado a uma rede 
de captação e armazenamento. 
Os materiais desses pisos foram desenvolvidos para garantir, ainda, uma fácil limpeza e manutenção. A durabilidade 
média de um piso drenante pode chegar a 20 anos e, uma vez que, em geral, tem permeabilidade superior a 90%, 
dificilmente ocorrerão entupimentos. 
Chegou a hora de exercitar o que você aprendeu!
Analise os itens abaixo e, em seguida, faça a relação com suas definições.
( ) Fratura 
( ) Impurezas 
( ) Ductilidade 
( ) Deformações Elásticas 
1 – Tratam-se da presença na rede de um átomo não pertencente à rede regular. 
2 – É a divisão de um corpo em duas ou mais partes em função da imposição de uma tensão.
3 – São deformações não permanentes, isto é, desaparecem quando a tensão aplicada é retirada.
4 – É a capacidade de um material em se deformar plasticamente sem atingir a ruptura.
A sequência correta é:
3 − 2 − 1 − 4
2 – 1 – 4 – 3
3 − 1 − 2 − 4
2 – 3 – 1 − 4
Justificativa
Glossário