2_MATERIAIS

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05/02/2012 
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Notas de Aula: 
Prof. Gilfran Milfont 
 
As anotações, ábacos, tabelas, fotos e gráficos 
contidas neste texto, foram retiradas dos seguintes 
livros: 
-PROJETOS de MÁQUINAS-Robert L. Norton- 
Ed. BOOKMAN-2ª edição-2004 
-ELEMENTOS DE MÁQUINAS DE SHIGLEY-
Richard G. Budynas & J. Keith Nisbett 
Editora McGraw-Hill -8ª edição-2008 
-FUNDAMENTOS do PROJETO de COMP de 
MÁQUINAS-Robert C. Juvinall - Ed.LTC -4ª 
edição-2008 
-PROJETO MECÂNICO de ELEMENTOS de 
MÁQUINAS-Jack A. Collins-Ed. LTC-1ª edição-
2006 
CIÊNCIA e ENGENHARIA dos MATERIAIS 
Donald R. Askeland - Editora CENGAPE 
LEARNING-1ª edição-2008 
-PRINCÍPIOS de CIÊNCIA e ENGENHARIA 
dos MATERIAIS- William F. Smith 
Editora McGraw-Hill -3ª edição-1996 
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Materiais 
e 
Processos. 
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MATERIAIS – MECÂNICOS 
Os materiais de uso mecânico mais frequentes, são classificados em cinco categorias: 
- Metais e suas ligas 
- Cerâmicos e vidros 
- Polímeros 
- Semicondutores 
- Materiais Compósitos 
A determinação do tipo de aplicação varia com o desenvolvimento constante das 
ligas e suas propriedades. Esta evolução tem sido cada vez mais rápida, à medida 
que novas tecnologias de desenvolvimento de materiais são desenvolvidas. 
Os plásticos tiveram um desenvolvimento muito grande nas últimas décadas, sendo 
hoje um dos materiais mais presentes na construção de automóveis. Para que se 
tenha uma ideia do incremento do uso de plásticos em automóveis, abaixo temos 
um comparativo ao longo do tempo da proporção aproximada em peso deste 
material em um mesmo tipo de veículo: 
Ano 1965 1977 1993 2007 
Plástico 2% 6% 10% 18% 
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MATERIAIS – ENSAIOS 
A determinação das propriedades mecânicas dos 
materiais é feita através de ensaios mecânicos, sendo 
um dos mais importantes o ensaio de tração. 
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MATERIAIS – ENSAIOS 
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MATERIAIS – TRATAMENTOS 
Os metais podem ser submetidos a tratamentos térmicos e superficiais para que 
possam atingir as propriedades desejadas para uma determinada aplicação. 
No caso dos metais ferrosos, os tratamentos térmicos mais comuns são: têmpera, 
revenimento, recozimento e normalização. 
Entre os tratamentos superficiais para os metais ferrosos, destacamos: cementação 
e a nitretação. 
 
Algumas ligas não ferrosas são endurecíveis e outras não. Algumas ligas de 
alumínio podem ser endurecidas por precipitação (envelhecimento). 
Outras ligas de magnésio, titânio e algumas ligas de cobre respondem bem a 
tratamentos térmicos semelhantes. 
 
Destacamos também os tratamentos superficiais de proteção, tais como: ação 
galvânica, eletro-recobrimento, recobrimento catalítico, anodização, revestimento 
com plasma pulverizado e os revestimentos químicos. 
 
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Módulo de Elasticidade x Densidade 
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Resistência x Densidade 
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MATERIAIS METÁLICOS - AÇOS 
AÇOS: 
Quanto aos metais, classificamos os mesmos em: ferrosos e não ferrosos (As ligas 
de ferro representam 90% da produção mundial de metais). 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 
Peso Especifico γ = 7,8 Kg/dm3 E = 2,1 x 106 Kgf/cm2 = 210 GPa 
Temp. Fusão = 1.5380 C G = 0,85x 106 Kgf/cm2 = 85 GPa 
Aço Fundido: 
Fácil fundição em moldes de areia; 
Podem ter baixo, médio ou alto teor de carbono; 
Podem ser fundidos com outros elementos de liga, aumentando sua resistência 
mecânica e à temperatura. 
Aço Conformado : Laminado a Quente ou Laminado a Frio 
Laminado a Quente- Lingotes de aço quente transformam-se em vigas, chapas, 
barras redondas / quadradas, cantoneiras, etc; 
Acabamento rugoso devido a oxidação a altas temperaturas. 
Propriedades mecânicas baixas, porque o material termina o processo em um 
estado recozido. 
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MATERIAIS METÁLICOS - AÇOS 
Laminado a Frio - Produzido a partir do lingote LQ, tem sua forma final após 
rolamento entre rolos cilíndricos endurecidos, ou prensagem através de matrizes a 
temperatura ambiente. Apresentam dureza elevada devido as deformações residuais. 
Onde: XX = teor de carbono em 0,01% 
 10XX  Aços-carbono de uso geral 
 11XX  Aços de fácil usinagem, com enxofre 
 13XX  Manganês (1,75%) 
 40XX  Molibdênio (0,25%) 
 43XX  Níquel(1,8%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%) 
 51XX  Cromo (0,8-1,05%) 
 61XX  Cromo-Vanádio (0,6-0,95% Cr e 0,10-0,15% Vn) 
 86XX  Níquel (0,55%), Cromo (0,5%) e Molibdênio (0,2%) 
 98XX  Níquel (1,0%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%) 
 
 
Classificação dos aços – AISI/SAE e ABNT: 
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MATERIAIS METÁLICOS - AÇOS 
Elemento Químico Função no aço 
Carbono Resistência - Dureza 
Cromo Dureza -Resistência à corrosão - Temperabilidade 
Níquel Tenacidade - Ductibilidade 
Manganês Resist. à abrasão -Temperabilidade - Soldabilidade 
Silício Resistência – Condutividade Térmica 
Molibdênio Dureza -Resistência à corrosão - Tenacidade 
Vanádio Dureza - Tenacidade 
Titânio / Nióbio Soldabilidade 
Para cada peça do sistema de suspensão 
mostrado ao lado, é exigido do material uma 
determinada característica particular. Portanto, 
a seleção adequada do material é um fator 
determinante para o sucesso do projeto. 
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MATERIAIS METÁLICOS - AÇOS 
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MATERIAIS METÁLICOS - TITÂNIO 
TITÂNIO 
Descoberto em 1791, somente veio a ser industrializado a partir de 1940. Suas ligas 
são similares ao aço, com boa resistência a corrosão, baixa condutibilidade térmica. 
Carcterísticas Físicas: 
Peso especifico γ = 4,43 Kg/dm3 E = 1,20 x 106 Kgf/cm2 = 120 GPa 
Temp. Fusão = 1.6680 C G = 0,43x 106 Kgf/cm2 = 43 GPa 
- Muito resistente a corrosão, amagnético, atóxico e baixo condutor de calor 
(12W/m-0C), permite seu uso em produtos ácidos e básicos, alimentícios ou 
químicos e também dentro do corpo humano, como próteses. 
- Pode trabalhar a altas temperaturas, 650 a 750ºC. 
- Seu peso é aproximadamente metade do peso do aço. 
- Sua resistência ( Sut=1.103 MPa) supera no dobro a resistência dos aços médios e 
se aproxima da resistência da resistência das mais resistentes ligas de aço. 
- Pode ser encontrado comercialmente na forma puro e na forma de liga (Al, Vn, Si, 
Fe, Cr, Mn). 
- Pode ser forjado e conformado, mas é de difícil fundição, usinagem ou 
conformação a frio. 
- Infelizmente é muito caro em relação ao alumínio ou ao aço. 
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MATERIAIS METÁLICOS – FERRO FUNDIDO 
FERRO FUNDIDO 
Carcterísticas Físicas: 
Peso Espec. γ = 7,0 Kg/dm3 E = 1,034 x 106 Kgf/cm2 = 103,4 GPa (cinzento) 
 G = 0,404 x 106 Kgf/cm2 = 40,4 GPa (cinzento) 
- Material largamente aplicado nas construções mecânicas, onde tem como 
características: 
- Resistência ao desgaste; 
- Resistência a abrasão; 
- Resistência a corrosão; 
- Pouco resistenteao choque; 
- Boas propriedades de deslizamento; 
- Boa resistência a tração e a compressão; 
- Não obedecem a Lei de Hook; 
- A tensão de tração cai a partir de 400ºC; 
- Com dureza acima de 240 HB, torna-se difícil a usinagem; 
- Melhores fundições produzem f ºf º com boa resistência a flexão. 
Ex. de utilização: Fabricação de girabrequins. 
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MATERIAIS METÁLICOS – FERRO FUNDIDO 
TIPOS %C σt (Mpa) 
Branco 1,8 a 3,6 
Cinzento 2,5 a 4,0 179 a 293 
Maleável 2,0 a 2,6 345 a 621 
Dúctil (nodular) 3,0 a 4,0 414 a 828 
FºFº BRANCO: 
- Usados por sua excelente resistência ao desgaste e a abrasão; 
- São matéria prima dos ferros maleáveis; 
FºFº MALEÁVEL: 
- Boa usinabilidade; 
- Elevada resistência mecânica (345 a 827MPa); 
- Excelente alongamento, atingindo até 18% ; 
- Usados para: mancais pesados, equipamento de ferrovia, equipamentos agrícolas. 
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MATERIAIS METÁLICOS – FERRO FUNDIDO 
FºFº CINZENTO: 
- Forma mais aplicada na engenharia; 
- Baixo custo e boa usinabilidade; 
- Excelente capacidade de amortecimento de vibração; 
- Usados para: bases de máquinas, blocos de motores, engrenagens e rodas, discos e 
tambores de freio. 
- Classificados pelo ASTM com numeração: 20,25,30,35,40 e 50. Este número 
representa sua resistência à tração, em kpsi. 
- Pela norma DIN , classificação é dada por GG- xx. com os números representando 
a resistência em kgf/mm2. 
FºFº DÚCTIL (nodular): 
- Boa resistência ao desgaste; 
- Elevada resistência à tração - 480 a 930 MPa; 
- Maior módulo de elasticidade - 172 MPa; 
- Algumas propriedades semelhantes ao aço, tais como: tenacidade, ductibilidade, 
deformabilidade a quente e temperabilidade; 
- Usados para: engrenagens pesadas, dobradiças, girabrequins. 
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MATERIAIS METÁLICOS – ALUMÍNIO 
ALUMÍNIO: 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E PROPRIEDADES: 
 
Peso Especifico  = 2,70 Kg/dm3 ; E = 7,0 x 105 Kgf/cm2 = 70 GPa 
Temp. Fusão = 660º C G = 2,68 x 105 Kgf/cm2 = 26,8 GPa 
 
- É o elemento mais abundante na natureza; 
- Sua obtenção demanda grandes quantidades de energia elétrica; 
- Por não ser tóxico, tem grande aplicabilidade nas embalagens; 
- Resistente a corrosão; 
- Boa condutibilidade elétrica e térmica. (em torno de 60% x Cu); 
- Boa soldabilidade autógena; 
APLICAÇÕES: 
- Utensílios domésticos; 
- Peças de movimento rápido; 
- Peças sob baixas temperaturas; 
- Indústria aeronáutica; 
- Embalagens. 
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MATERIAIS METÁLICOS – ALUMÍNIO 
GRUPOS DE LIGAS: Suas ligas são identificadas por quatro números; as quais 
identificam seus componentes. 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS/APLICAÇÃO: 
IDENTIFICAÇÃO LIGA COMPOSIÇÃO t (Mpa) APLICAÇÃO 
1 xxx Al puro 99,8% Al 90 Chapas finas 
2 xxx Cobre 4,5% Cu 220 Indústria Aeronáutica 
5 xxx Magnésio 5% Mg 193 Indústria Naval 
7 xxx Zinco 5,6% Zn 276 Estrutura avião 
- Sua liga mais antiga é a 2024, com 4,5% Cu; 1,5% Mg; 0,8% Mn, após 
temperada sua resistência a tração alcança 483 MPa. 
- As liga da série 7000, são chamadas de ligas Aeronáuticas com Sut= 676 MPa e 
tensão de fadiga chegando a 152 MPa para 108 ciclos. 
- A liga comercialmente muito usada é o DURALUMÍNIO-2017, a qual contém: 
3,5 a 4,5% Cu; 0,2 a 0,75% Mg; 0,4 a 1,0% Mn (t = 28.000 psi = 197 MPa); 
- As ligas de Alumínio de alta resistência são cerca de 1,5 vezes mais duras do que as 
de aço mole e, com tratamentos de superfície, como anodização profunda, podem 
tornar a superfície do alumínio mais dura do que o mais duro dos aços. 
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MATERIAIS METÁLICOS – COBRE 
COBRE 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E PROPRIEDADES 
 
 Peso Especifico  = 8,9 Kg/dm3 ; E = 1,207 x 106 Kgf/cm2 = 120,7 GPa 
 Temp. Fusão = 1.085º C G = 0,447 x 106 Kgf/cm2 = 44,7 GPa 
 
Grande aplicabilidade industrial, caracterizando-se por: 
- Boa condutibilidade térmica e elétrica; 
- Boa resistência a corrosão; 
- Boa soldabilidade; 
- Fácil processamento industrial. 
Pode ser processado na forma de: Prensado, Injetado, Estirado, Fundido, 
Forjado, Laminado. 
 
 O cobre puro é mole, fraco e maleável, e é usado principalmente para tubulações, 
chapas de proteção, condutores elétricos (fios/cabos) e motores. Pode se tornar frágil 
após conformação a frio, devendo ser recozido entre estampagens sucessivas. 
 
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MATERIAIS METÁLICOS – COBRE 
Suas ligas são classificadas pela CDA (Cooper Development Association): 
Exemplos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Sua liga mais resistente é o Cobre-Berílio com limite de ruptura a tração 
atingindo valor de 200 kpsi = 1.380 MPa. 
 
IDENTIFICAÇÃO t (Mpa) APLICAÇÃO/LIGA 
C 10 100 a C 79 900 Ligas para trabalho mecânico 
 C 80 000 a C 99 900 Ligas para fundição 
C1 xxxx 220 / 345 liga cobre 
C2 xxxx 345 / 525 cobre/zinco (latão) 
C6 xxxx 550 / 615 cobre/alumínio 
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MATERIAIS CERÂMICOS 
CERÂMICOS: 
Numa definição simplificada, materiais cerâmicos são compostos de elementos 
metálicos e não metálicos, com exceção do carbono, obtidos geralmente após 
tratamento térmico em temperaturas elevadas. Podem ser simples ou complexos. 
Materiais de baixo custo, porém de transformação morosa e dispendiosa. 
As peças podem ser danificadas por ação de impacto já que sua ductilidade é baixa 
ou quase nula. 
 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 
 Peso Especifico  = 2,4 Kg/dm3 ; E = 0,7 a 1,0 x 106 Kg/cm2 
 
- Elevada dureza; 
- Grande resistência mecânica a altas temperaturas; 
- Alta resistência química e dielétrica; 
- Fragilidade alta; 
- Boa propriedade isolante; 
- Baixo peso, alta porosidade e baixa resistência à tração. 
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MATERIAIS CERÂMICOS 
TIPOS: 
- cristalinos; 
- não cristalinos; 
- mistura de ambos; 
 
Quando vitrificados, apresentam ótima resistência à compressão; c = 450 MPa 
Exemplos de Aplicação: 
 
Alumina (Al2O3) - Com temperatura de fusão de 2.000ºC, é usado para fabricação 
de refratários de fornos, isolamento de velas de ignição, etc. 
 
- Dioxido de Titânio ( TiO2) - Com temperatura de fusão de 1.840ºC, é usado 
para fabricação de cerâmicos eletrônicos, pigmentos de tintas, 
protetores solares de raios UV, etc. 
 
- Silica ( SiO2) - Com temperatura de fusão de 1.650ºC, é matéria prima principal 
para fabricação do vidro, fabricação de isolantes refratários, fibras óticas, 
fabricação de pneus e tintas. 
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MATERIAIS PLÁSTICOS 
 PLÁSTICOS: 
- Constitui um vasto grupo de material sintético que, ao serem processados por 
injeção ou moldagem, adquirirem determinada forma. 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 
 
Peso Especifico  = 0,92 a 2,4 Kg/dm3 ; E = 60 a 100MPa 
 
- Baixo condutor de eletricidade; 
- Resistência química em diversos meios; 
- Leveza; 
- Facilidade de processamento; 
- Transparência; 
- Capacidade de coloração; 
- Resistência a umidade; 
- Baixo coeficiente de atrito; 
- Resistência mecânica; 
-Rigidez e tenacidade 
TIPOS: termoplásticos e termoendurecíveis. 
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MATERIAIS PLÁSTICOS 
- Termoplásticos : Podem ser repetidamente fundidos e solidificados. 
 São fáceis de moldar e seus refugos podem ser reaproveitados. 
Ex.: Poliamidas, Poliacetatos, Policarbonatos, Polissulfonas. 
 
- Termoendureciveis ou Termofixos - Não são remoldados, pois em um 
aquecimento posterior os mesmos irão queimar. 
Ex.: Elastômeros, Epóxis, Poliésteres, Silicones, Fenólicos. 
PRODUTO Sut (Mpa) Alongam.(%) Densid.(g/cm
3) 
PEBD 21 800 0,92 
PEAD 38 130 0.96 
PVC 62 100 1,40 
PA (Poliamida-Nylon) 83 300 1,14 
 PC (Policarbonato) 76 130 1,20 
POLIESTERES 90 3 1,28 
PU (Poliuretano) 69 6 1,30 
SILICONE 28 0 1,56 
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MATERIAIS PLÁSTICOS 
Resistência a 23ºC. 
PRODUTO MOD. FLUÊNCIA 
(Mpa) (10h) 
t 
 (Mpa) 
TEMP. ÚTIL MÁX. 
(ºc) 
Polietileno 430 7 80 a 120 
Polipropileno 530 10 105 a 150 
Nylon 850 7 82 a 150 
Policarbonato 2300 20 120 
Nylon c/ fibra vidro 4820 28 
Poliestireno Thermo-compressão 12400 35 
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MATERIAIS SEMICONDUTORES 
Semicondutores: 
Materiais semicondutores apresentam 
propriedades elétricas que são intermediárias 
entre metais e isolantes. 
 
Além disso, as características elétricas são 
extremamente sensíveis à presença de pequenas 
quantidades de impurezas, cuja concentração 
pode ser controlada em pequenas regiões do 
material (para formar as junções p-n). 
 
Os semicondutores tornaram possível o advento 
do circuito integrado que revolucionou as 
indústrias de eletrônica e computadores. 
 
Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe. 
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MATERIAIS COMPÓSITOS 
COMPÓSITOS: 
São constituídos de mais de um tipo de material, insolúveis entre si. 
 
Os compósitos são “desenhados” para apresentarem a combinação das 
melhores características de cada material constituinte. 
 
Muitos dos recentes desenvolvimento em materiais envolvem materiais 
compósitos. 
 
Um exemplo classico é o compósito de matriz polimérica com fibra de 
vidro. O material compósito apresenta a resistência da fibra de vidro 
associado à flexibilidade do polímero.