2-aula-p-mecanico (2)

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UNIFANOR
1.0 - Introdução
Materiais para engenharia de fabricação
Os materiais compreendem uma ampla gama de substâncias
classificadas pela sua natureza química e estrutural como:
Metais,
Cerâmicas
Polímeros
Semicondutores
Combinações de diferentes tipos de materiais -
conhecidos como compósitos.
Todas as aplicações requerem materiais com requisitos de
qualidade, durabilidade, desempenho e custo.
Os diferentes materiais que estão ao dispor do Homem
possuem um conjunto de propriedades que os recomendam
para uma determinada aplicação em particular. Os requisitos
que essa aplicação exige condiciona, assim, a utilização de um
ou de outro material. As propriedades dos materiais podem
agrupar-se nas seguintes grandes famílias:
- Propriedades Ambientais
- Propriedades Físicas
- Propriedades Químicas
- Propriedades Tribológicas
Estuda a fricção, o desgaste e a lubrificação que têm lugar durante o
contacto entre superfícies sólidas em movimento relativo.
Trabalho Grupo – 1 - Retrate sobre Coeficiente de atrito;
Resistência à abrasão; Lubrificação – Colocando definições
fórmulas e aplicações.
2 – Comente sobre propriedades ambientais reciclabilidade.
3 – Propriedade Física - Densidade por Picnométria.
4 –Retrate sobre propriedade química - ensaio em câmara de
ozono.
O atrito é a resistência ao movimento relativo que se estabelece
quando dois objetos estão em contacto.
O atrito é a força que se manifesta, em sentido contrário, à força que
colocou o objeto em movimento.
Na fase inicial essa força de atrito é maior e designa-se por atrito
estático; com o objeto em movimento essa força diminui e temos o
chamado atrito cinético.
A força de atrito depende do estado das superfícies em
contacto – concretamente, da sua rugosidade.
Fae a força de atrito estático;
µe o factor de proporcionalidade, chamado coeficiente de atrito 
estático;
N é o peso do objeto – a força que este exerce sobre a superfície em 
contacto
Fae a força de atrito estático.
µe o fator de proporcionalidade, chamado coeficiente de atrito
estático.
N é o peso do objeto – a força que este exerce sobre a superfície em
contacto.
θ é o ângulo do declive.
objeto se encontrar em movimento
O coeficiente de atrito entre duas superfícies depende, como se disse, da sua
rugosidade e depende também da sua condição, de seco ou molhado, uma vez que as
superfícies molhadas, por qualquer tipo de fluido, este comporta-se como um
“lubrificante”, diminuindo, portanto, o coeficiente de atrito.
Normas aplicáveis para a determinação dos coeficientes de
atrito
ASTM D1894 – 08: Standard Test Method for Static and Kinetic
Coefficients of Friction of Plastic Film and Sheeting;
ISO 21182:2005: Light conveyor belts – Determination of the coefficient
of friction;
BS 2782:Part 8:Method 824A:1984: Methods of testing plastics. Other
properties. Determination of coefficients of friction of plastics film.
Algumas das propriedades dos materiais dependem da
quantidade de material, tais como a massa, a energia e
a entropia; são designadas por propriedades extensivas.
Outros tipos de propriedades não dependem da quantidade
de material, tais como a plasticidade, a viscosidade e
a tensão de rotura; este tipo de propriedades são designadas
por intensivas
1.1 - Propriedade extensivas e intensivas
OBS - Independentemente dos fatores externos, alguns tipos de
materiais apresentam valores das propriedades constantes, qualquer
que seja a direção considerada; são os materiais designados
por isotrópicos.
Materiais monotrópicos
São um caso particular dos materiais isotrópicos. Neste tipo de
materiais, os valores das propriedades apresentam características de
simetria relativamente a planos paralelos e a planos perpendiculares
a um eixo.
Materiais anisotrópicos
Variam com a direção considerada, ou seja não se observa em todas
as direções.
Materiais ortotrópicos
Existe simetria de propriedades em relação aos três
planos perpendiculares aos chamados eixos de ortotropia.
1.1 - As propriedades requeridas dos materiais 
Resultam da seleção e do controle do processo de fabricação
usados na conversão de materiais primários em produtos
finais "engenheirados". Temos como algumas propriedades:
- Propriedades elétricas 
- Propriedades Mecânicas
- Propriedades Térmicas
- Propriedades Ópticas e Químicas
- Propriedades Tecnológicas
1.2 - Principais propriedades dos Materiais
Propriedades físicas – densidade, calor específico, coeficiente de
expansão térmica, condutividade térmica
Propriedades mecânicas – tensão de escoamento, resistência mecânica,
ductibilidade e tenacidade
1.3 - Tipos de tensões que uma estrutura esta sujeita
1.4 - Tetraedro da Ciência e Engenharia dos Materiais
Biomateriais
Biomateriais são empregados em componentes para implantes de
partes em seres humanos;
Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser
compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição);
Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como
biomateriais.
Pense sobre Opções de materiais para indústria e aplicação
de novos.
Pense agora em cinco produtos não mais usados e agora
estabeleça cinco novos produtos que ainda não existe e como
e porque devem existir e como seria
2.0 - Metais e suas ligas
Composição: combinação de elementos metálicos.
Grande número de elétrons livres.
Muitas propriedades estão relacionadas a esses elétrons livres.
Propriedades gerais
Resistência mecânica de moderada a alta.
Moderada plasticidade.
Alta tenacidade
Opacos.
Bons condutores elétricos e térmicos.
Compostos Metálicos
Os níveis de ordenação dos átomos em um sólido 
São três os níveis de ordenação em um sólido diferindo entre si
da seguinte forma:
- sem ordem: não existe ordenamento preferencial, os átomos
estão dispostos aleatoriamente no espaço. Ex: Gás
- ordem à pequenas distâncias (a curto alcance): o arranjo
espacial atômico se estende a sua vizinhança mais próxima, não
possuem arranjo espacial preferencial, ocupando aleatoriamente
o espaço. Ex: Vidro.
- ordem à longas distâncias (a longo alcance): os átomos estão
dispostos em uma ordem de longo alcance estendendo o arranjo
ao longo de todo o material. Os átomos formam um retículo ou
rede que se repete regularmente. Ex: cristal.
Estrutura cristalina de um material
São as características que se referem ao tamanho, forma e
arranjo atômico dentro da rede.
A estrutura cristalina tem
importante papel na
determinação da microestrutura
e comportamento de materiais
sólidos. Modificando-se o cristal
modifica-se as propriedades
mecânicas.
Os materiais sólidos
podem ser cristalinos ou
amorfos. O conceito
de estrutura
cristalina está
relacionado à organização
dos átomos de forma
geométrica.
As estruturas cristalinas estão presentes em diversos materiais,
em que os átomos distribuídos dentro de sua estrutura formam
uma rede chamada retículo cristalino.
Possuem, portanto, estruturas cristalinas os sais, metais e a
maior parte dos minerais.
As moléculas das estruturas cristalinas podem possuir dois
tipos de ligações, as direcionais, em que se incluem as
covalentes e dipolo-dipolo e as não-direcionais em que estão as
ligações metálica, iônica, van der Walls.
Tipos de Ligações
As estruturas cristalinas são formadas por células unitárias que
são sua unidade básica, pois constituem o menor conjunto de
átomos associados encontrados numa estrutura cristalina.
Quando o mesmo elemento ou composto químico apresenta
diferentes formas cristalinas de acordo com as condições de
pressão e temperatura, esse fenômeno é chamado polimorfismo.
Polimorfismo.
Exemplo:
Tem-se o Ferro (Fe), que pode apresentar as estruturas
CFC (cristalina cúbica de faces centradas) e CCC (cristalina
cúbica de corpo centrado),
A maior parte do conhecimento a respeito das estruturas
cristalinas são adquiridas através de técnicas de raio-x,
possibilitando a obtenção de informações a respeito da
localização correta de cada átomo.
Como se divide equal o critério no estudo da estrutura de
um material
Divide-se no estudo da estrutura atômica, estrutura cristalina,
microestrutura e macroestrutura. Este critério está associado ao
valor dimensional de cada nível estrutural.
Estrutura atômica: estada o átomo em si, raio atômico e
partículas elementares.
Estrutura cristalina: estuda a estrutura molecular, célula unitária,
distância atômica.
Microestrutura: estuda orientação, distribuição, proporção,
tamanho, composição, fases, forma.
Macroestrutura: estuda os acabamentos e a geometria das 
peças.
JOGO DE PERGUNTAS
Em que estaria baseada a mudança de propriedades de um 
mesmo material fabricados por diferentes processos?
A mudança de propriedades de um mesmo material fabricados
por diferentes processos estaria baseada na mudança da
estrutura cristalina, por ex.: um metal que sofre processo de
laminação cria estruturas de discordâncias o que faz com que ele
se torne mais resistente no entanto se este metal apenas fundido
é mais dúctil.
JOGO DE PERGUNTAS
Há sete tipos de sistemas cristalinos que abrangem as
substâncias conhecidas pelo homem:
•Cúbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º
•Tetragronal: em que todos os ângulos são iguais a 90º
•Ortorrômbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º
•Monoclínico: em que há dois ângulos iguais a 90º e dois ângulos
diferentes de 90º
•Triclínico: em que todos ângulos são diferentes e nenhum é igual
a 90º
•Hexagonal: em que dois ângulos são iguais a 90º e um ângulo é
igual a 120º
•Romboédrico: em que todos os ângulos são iguais, mas
diferentes de 90º.
As propriedades dos materiais em serviço podem se 
degradar por:
Corrosão galvânica, corrosão sob tensão, desgaste, fadiga,
fluência, degradação por radiação, trincas por choque térmico, etc
Corrosão: Ocorrem, com mais freqüência, nos metais pela perda
de material por dissolução (corrosão) ou pela formação de
incrustação ou película de materiais não-metálicos (oxidação).
Desgaste: Por exemplo, na cerâmica, um piso exposto ao um
auto transito é desgastado devido ao processo de abrasão com
as areias trazidas pelos calçados.
Radiação: Nêutrons de reatores nucleares podem afetar a
estruturas internas dos matérias, diminuindo a resistência
mecânica e fragilizando os matérias, devido a formação de
fissuras. Ex
Temperatura: Com o aumento das temperaturas diminui a
resistência mecânica dos materiais. Ex.: Os polímeros, por
exemplo, expostos a ao sol acabam por se tornando quebradiços.
Materiais Metálicos
- Ferrosos:
Aço e Ferro Fundido 
- Não Ferrosos
Cobre, Alumínio, Latão e Bronze.
Aço (0,05 a 2,11% de C)
Ferro Fundido (3,0 a 4,5% de C) 
Latão [Cobre + Zinco ( 3 a 45%)]
Bronze [Cobre + Estanho(2 a 11%)]
Para cada uma das afirmações a seguir, indique se ela é FALSA ou
VERDADEIRA
A maior importância relativa dos metais em relação às outras categorias
de materiais aconteceu em torno da metade do século XX.
VERDADEIRA
Materiais cerâmicos, devido ao caráter direcional de suas ligações, são
normalmente transparentes
Materiais poliméricos são constituídos por compostos orgânicos de
baixo peso molecular. Quando o peso molecular dos componentes
orgânicos aumenta, esses materiais são chamados de compósitos.
FALSA
FALSA
Elementos químicos comumente encontrados em materiais poliméricos
são C e H e, em menores proporções, O, Cl, F, N e S.
Materiais metálicos são bons condutores térmicos e elétricos devido à
presença de elétrons livres
Materiais poliméricos são em geral flexíveis e fáceis de conformar
devido ao caráter iônico das ligações que existem entre as
macromoléculas que os constituem.
Metais podem ser dúcteis ou rígidos, dependendo do grau de
direcionalidade das ligações entre os elementos que os constituem.
VERDADEIRA
VERDADEIRA
FALSA
FALSA
Materiais compósitos são formados por ao menos dois tipos de
materiais: o componente de maior proporção, que é chamado de matriz
(que somente pode ser polimérica ou metálica), e o componente em
menor proporção, que é chamado de fase dispersa ou reforço (que pode
ser somente metálica ou cerâmica).
Materiais cerâmicos são geralmente duros e frágeis devido ao caráter
direcional e à força das ligações que existem entre os elementos que os
constituem
Existe somente uma forma de classificação de materiais, relacionada às
propriedades das ligações químicas existentes entre os elementos que
os constituem.
FALSA
VERDADEIRA
FALSA
Nestes materiais, como já se mencionou, praticamente todo o carbono
se apresenta na forma combinada de carboneto de ferro Fe3C,
mostrando uma superfície de fratura clara.
3 - Aços e ferros fundidos
Suas propriedades fundamentais, devido justamente à
alta quantidade de cementita, são elevadas dureza e
resistência ao desgaste.
Em conseqüência, sua usinabilidade é prejudicada, ou seja, esses
materiais são muito difíceis de se usinar, mesmo com os melhores
materiais de corte.
AÇO
A composição química adequadamente ajustada – teores de carbono e
silício – além da velocidade de resfriamento são os meios mais usados
para produzir ferro fundido branco.
A produção industrial do ferro fundido branco exige, em
princípio, a combinação desses dois fatores (carbono e silício).
Para isso, lança-se mão do chamado sistema de “coquilha” ou
“coquilhamento”, que consiste em derramar o metal líquido
em moldes metálicos, onde o metal resfria em condições tais
ou com tal velocidade que praticamente toda a grafitização é
eliminada e o carbono fica retido na forma combinada. A
profundidade da camada coquilhada – ou seja, daquela
secção das peças que entra em contato com a parede
metálica do molde – pode ser controlada, ajustando-se o teor
de silício do ferro fundido.
FERRO FUNDIDO BRANCO
Será o teor de silício da liga o fator principal a
determinar a “profundidade de coquilhamento”, ou
seja, a profundidade correspondente á formação de
ferro fundido branco.
A quantidade de carbono total – soma de carbono
combinado e carbono livre (grafita).
Ct = Cc + Cg – também atua de modo pronunciado, como é
demonstrado pela Figura.
Os diagramas de fase ou diagramas de equilíbrio como também são
denominados têm como finalidade mostrar alterações de estado físico e
de estrutura que sofrem as ligas metálicas, em decorrência de
aquecimentos ou resfriamentos lentos.
4.0 - Diagrama Fe-C
O estudo do diagrama de fases permite-nos compreender porque
variações do teor de carbono nos aços resultam na obtenção de
diferentes propriedades, e dessa maneira, possibilitam a fabricação de
aços de acordo com propriedades desejadas.
O diagrama Fe-C mostrado acima não é um diagrama completo, já que são mostradas somente
concentrações de carbono inferiores a 6,67%, porcentagem de carbono da cementita (Fe3C).
Do diagrama podemos destacar
- Campo ferrítico (fase α) – Campo correspondente à solução sólida de
carbono no ferro α, nesse campo a estrutura atômica é cúbica de corpo
centrado.
Cementita (Fe3C) – Microconstituinte composto de ferro e carbono.
Esse carboneto apresenta elevada dureza, estrutura atômica
ortorrômbica e 6,7% de carbono.
Ponto eutetóide – Ponto correspondente à composição de carbono de
0,8%. Ligas dessa composição, elevadas até o campo austenítico (fase γ)
e em seguida resfriadas lentamente, atravessam a reação eutetóide,
reação onde a austenita transforma-se em perlita, microestrutura
constituída de lamelas de cementita (Fe3C) envoltas em uma matriz
ferrítica (fase α).
Ponto eutético – Ponto correspondente à composição de carbono de 4,3%. Trata-se do
ponto de mais baixa temperatura de fusão ou solidificação, 1147°C. Ligas dessa
composição são denominadas ligas eutéticas.
O diagrama pode ser dividido em duas faixas de porcentagem
de carbono,
A faixa correspondente aos aços, de 0,008% até 2,11% de C, e a faixa
correspondente aos ferros fundidos, com porcentagens de carbono
acima de 2,11%.
Os aços com porcentagem de carbono acima de 0,8% (composição
eutetóide) são denominados aços hipereutetóides
Enquanto que os aços com porcentagemde carbono inferior a 0,8% são 
denominados aços hipoeutetóides.
Analogamente, os ferros fundidos com porcentagem de carbono acima
de 4,3% (composição eutética) são denominados ferros fundidos
hipereutéticos, e os ferros fundidos com porcentagem de carbono
inferior a 4,3% são denominados ferros fundidos hipoeutéticos.
Ex. : (individual) Classifique como o Aço são divididos
frente ao teor de carbono
Os aços carbono podem ainda ser divididos em três grupos
distintos, classificados em função do teor de carbono
presente. São eles:
- Aços de baixo teor de carbono, com % de C inferior a 0,2%; ƒ
- Aços de médio teor de carbono, com % de C entre 0,2% e
0,5%; ƒ
- Aços de alto teor de carbono, com % de C superior a 0,5%.
Trabalho em grupo: Estabeleça exemplos comentários,
definições de cada situação a seguir, além de estabelecer uso
de cada um desse tipo de material:
Superligas e ligas especiais ; propriedades dos materiais de
engenharia ; Cerâmicas; Polímeros , Compósitos.
1. Liste algumas das propriedades mais importantes de cada uma das quatro 
categorias de materiais para engenharia; 
2. Qual a importância do Estudo dos Materiais?
3. Defina material compósitos e dê um exemplo de um material desta categoria. 
4. Faça uma lista das características de materiais estruturais para aplicações espaciais. 
5. Defina materiais inteligentes, dando um exemplo de uma material deste tipo e de 
uma de suas aplicações.
6. O que são os MEMs? De um exemplo de sua aplicação
7. O que são nanomateriais? Quais são algumas das vantagens de se usar 
nanomateriais em vez de materiais análogos convencionais? 
8. Superligas à base de níquel são usadas em componentes estruturais de turbinas 
para aeronaves. Quais são as propriedades principiais deste metal que o torna 
adequado a esta aplicação? 
9. Faça uma lista de itens em sua cozinha (pelo menos 5). Para cada um deles, 
determine a classe de materiais utilizados na fabricação do item.
10. Faça uma lista dos componentes principais do seu automóvel (pelo menos 5). Para 
cada um deles, determine a classe de materiais utilizados na fabricação do item.