Trabalho Tecnologia dos Materiais- Livia Rodrigues Toniolo

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER
BACHARELADO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
ATIVIDADE PRÁTICA – TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
Trabalho orientado pelo Professor Marcos Baroncini Proença 
como parte da avaliação da Disciplina de Tecnologia dos Materiais
LIVIA RODRIGUES TONIOLO
RU: 2602707
Volta Redonda
2020
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 	3
2 MATERIAL METÁLICO	.4
 2.1. TIPOS DE AÇO INOX ........................................................................5
 2.1.2 MARTENSÍTICOS...................................................................6
 2.1.3 AUSTENÍTICOS......................................................................6
 3. MATERIAL POLIMÉRICO............................................................................8
 3.1 POLIETILENO. .........................................................................8
 3.2 - POLIPROPILENO...................................................................9
 3.3 – POLIURETANO......................................................................9
4. MATERIAL CERÂMICO...............................................................................10
 4.1 VIDRO......................................................................................10
 4.2 TIPOS DE VIDROS..................................................................10
5. CONCLUSÃO E PROPOSTA DE TROCA DE MATERIAIS.........................11
6. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................13 
1. INTRODUÇÃO: 
Os materiais são peças importantes nas nossas vidas e estão tão enraizadas em nossa cultura e cotidiano que a grande maioria de nós quase não percebe sua existência. Eles estão em todos os lugares como em nossas casas, roupas, nos meios de comunicação, e até́ na produção de alimentos, ou seja, inevitavelmente todos segmentos de nossas vidas são influenciados de uma maneira ou de outra pelos materiais. O desenvolvimento de tecnologias que proporcionam maior conforto está intimamente associado ao acesso à materiais adequados. Portanto, é necessário conhecer as estruturas que compõem cada um dos materiais, a fim de que possamos entender as propriedades deles como um todo. 
Como base de análise para este trabalho, usaremos um fogão doméstico de uso cotidiano com o objetivo de verificar os materiais utilizados em todos os componentes do equipamento e classificar suas características e resistências, para entendermos melhor sua composição. 
O modelo utilizado para esse estudo é o Fogão Atlas 4 bocas – Coliseum, que apresenta componentes, metálicos, polímeros plásticos e peças cerâmicas.
2. MATERIAL METÁLICO – AÇO INOX
O aço inox é responsável pela composição de toda a carcaça do fogão, além dos painéis de estufa do forno. 
 	Aços são ligas ferrosas com carbono ligados ao ferro, que se dividem conforme a composição química ou aplicação. Com relação à composição química, se dividem em aços carbono e aços liga. Tanto os aços carbono como os aços liga apresentarão em suas composições outros elementos metálicos e não metálicos oriundos ou do processo de fundição ou por adição intencional, visando a melhoria de alguma propriedade.
 	O Aço Inox ou Aço Inoxidável é uma liga metálica constituída basicamente de uma mistura de ferro com no mínimo 12% de cromo (Cr), o que o torna superior ao aço comum em quesitos como resistência ao impacto, ao calor e à corrosão.
Sua utilização em itens domésticos é bastante conhecida por apresentar uma superfície não porosa e lisa que dificulta o acúmulo de bactérias. Por este mesmo motivo ele também é muito utilizado em instalações de hospitais e cozinhas industriais.
 	A sua principal característica é a resistência à corrosão e se deve a presença do cromo que ao reagir com o oxigênio da atmosfera forma uma camada superficial que protege o aço de agentes oxidantes. Essa película protetora, muito fina e resistente, é formada por óxido de cromo e, se arranhada ou desfeita por algum motivo, rapidamente se recompõe, bastando para isso que haja oxigênio.
 	Entre as vantagens da utilização desse material temos a alta durabilidade, facilidade de limpeza do aço inox e o grande apelo estético. 
 	O aço inox tem resistência semelhante ou superior às ligas de aço comum. Porém, como esse material é resistente também à corrosão, ele não enfraquece com o passar do tempo pela ação da oxidação, o que lhe confere uma vida útil maior em relação a outros tipos de aços utilizados em fogões. 
Devido à sua baixa rugosidade superficial, o aço inoxidável é de fácil limpeza. O que faz com que a utilização desse material seja comum em estabelecimentos que necessitam de controles rígidos de higiene tais como restaurantes e hospitais.
Esteticamente falando, o aço inox é um material versátil, sempre atual, que combina com cores e estilos variados.
2.1 TIPOS DE AÇO INOX
Os aços inox podem ser classificados em cinco tipos de acordo com sua composição e estrutura em:	
2.1.1 FERRÍTICOS:
De um modo geral os aços inoxidáveis ferríticos contêm de 16 a 30 % de cromo, com teores de carbono inferiores a 0,5 %. Quando teor de cromo é alto e o de carbono baixo, mantêm-se ferríticos mesmo em temperaturas relativamente altas, havendo apenas crescimento de grão. Nestes aços a recristalização só é possível após deformação mecânica e recozimento. Teores de cromo muito elevados podem causar a formação da fase sigma (s), que se forma durante aquecimento prolongado entre 400 e 500 ºC, porém se solubiliza em temperaturas mais altas. Esta fase (um composto intermetálico Fe-Cr) provoca queda de tenacidade e de ductilidade. Com aquecimento longo a 800-850ºC transforma-se em ferrita, restaurando a ductilidade/tenacidade. A microestrutura de um aço inoxidável ferrítico com elevado teor de cromo apresenta claramente a fase sigma.
Os aços inox ferríticos são designados pelo sistema AISI-SAE como aços inox da série 4XX. Exemplos de aços inoxidáveis ferríticos: aços AISI-SAE 430 e 446.
Aços como o 430, por exemplo, que não contêm níquel em sua composição, o que reduz seu custo. É utilizado na produção de eletrodomésticos, moedas e talheres.
 	Os aços ferríticos são do tipo de baixo custo, mas tem li mitada resistência à corrosão comparado com os austeníticos mais comuns. Da mesma forma são limitados na tenacidade, conformabilidade e soldabilidade em comparação aos austeníticos.
2.1.2 MARTENSÍTICOS
 	Aços inoxidáveis martensíticos são aços inoxidáveis com teores de carbono inferiores a 0,1 %, teores de cromo entre 12 e 18 % e teores de níquel entre 2 e 4 %. Estes aços em altas temperaturas apresentam microestrutura austenítica, porém no resfriamento rápido subsequente (tratamento térmico chamada têmpera) a austenita presente transforma-se em martensita, conferindo dureza/resistência mecânica muito mais alta. São muito usados na fabricação de artigos de cutelaria (facas e tesouras). Ex: AISI-SAE 420 e 410.
Têm uma estrutura similar aos ferríticos - Tetragonal de corpo centrado. 
Devido a adição de carbono, podem ser endurecidos e a resistência aumentada pelo tratamento térmico, da mesma forma que os aços carbono. 
Aço 410: serve à fabricação de válvulas, turbinas e pás, entre outros materiais que exigem alta temperabilidade; 
Aço 420: ideal para a produção de facas, bisturis, pinças e outras ferramentas.
 	Os aços inox martensíticos podem ser utilizados em diversas aplicações nas quais, além da elevada resistência à corrosão, seja necessária elevada resistência mecânica/dureza. Em geral resistem bem à ação corrosiva de ácidos minerais, ácidos orgânicos, soluções de sais, bases (substâncias alcalinas), água doce não poluída, ar não poluído.
2.1.3 AUSTENÍTICOS
 	Nos aços inoxidáveis austeníticos a adição de níquel (e/ou de manganês) estabiliza a fase g (austenita) à temperatura ambiente. Do mesmo modo que os aços inox ferríticos, os austeníticos não sofrem transformação alotrópica de fase com a mudança de temperatura.Em geral o teor de níquel nesses aços varia entre 8 e 30 %, o que os torna mais caros, e ao contrário dos aços inox ferríticos e martensíticos, não são magnéticos, devido à estrutura cristalina CFC, que também favorece a ductilidade e a tenacidade. Como desvantagem, apresentam sensibilidade à corrosão intragranular (sensitização), quando expostos por longo tempos a temperaturas relativamente altas, principalmente quando os teores de carbono e cromo são mais altos, o que a formação de carbonetos nos contornos de grãos, como os do tipo Cr23C6, que empobrecem de cromo a matriz nos contornos, reduzindo localmente a resistência à corrosão. Ao serem adicionados, o titânio e o nióbio competem com o cromo para formar carbonetos (TiC e NbC), minimizando a sensitização. A adição de molibdênio (2 a 4 %) aumenta a resistência à corrosão causada por ácido sulfúrico, ácidos orgânicos e cloretos em geral. A adição de cobre (em torno de 1,5 %) também ajuda nesse sentido.
 	O teor de carbono também deve ser baixo (0,08 % ou menos) para evitar a formação excessiva de carbonetos de cromo que provoca sensitização. Entretanto, o teor de carbono muito baixo compromete a dureza/resistência mecânica do material. O teor de nitrogênio apresenta efeito semelhante sobre as propriedades mecânicas, porém, se for muito alto provoca formação excessiva de nitretos (Cr2N e outros) que reduzem a tenacidade, fragilizando o material. São designados pelo sistema AISI-SAE como aços inox da série 3XX. Exemplos: 304 e 316.
Aço 304: com alta resistência à oxidação e à corrosão, esta liga é excelente para fabricação de equipa mentos para hospitais, indústrias químicas, farmacêuticas e petroquímicas, entre outras, pois evita a ferrugem, cujas partículas podem alterar a composição dos produtos na hora da produção; 
Aço 316: conta com molibdênio em sua fórmula, o que torna esta liga superior ao 304 para aplicações nos mesmos tipos de indústrias; 
A precipitação de carbonetos ocorre em temperaturas dentro da faixa de 500 a 800 ºC, preferencialmente em contornos de grãos. Principalmente carbetos do tipo: M23C6.
Não são magnéticos e podem ser utilizados para trabalhos a temperaturas muito baixas (menor que 0°C) ou muito altas (até 925°C).
 	Além destes grupos principais existem o aço inoxidável duplex e o PH. O primeiro é um aço formado por uma estrutura dupla de matriz ferrítica com ilhas de austenita e que apresenta características de elevada resistência mecânica e à corrosão. O segundo é o aço inoxidável endurecível por precipitação (PH). De estrutura martensítica, é ferro magnético e tem sua dureza aumentada por um processo diferente dos martensíticos atingindo uma resistência a tração da ordem de 1700 MPa. Possuem boa ductilidade e tenacidade sendo sua resistência à corrosão comparável ao aço austenitico 304. O aço PH é muito usado na indústria aeroespacial enquanto que o duplex possui larga aplicação nas indústrias alimentícias, químicas, petroquímicas, papel e celulose dentre outras.
3. MATERIAL POLIMÉRICO.
Os materiais poliméricos que serão abordados serão as partes plásticas presentes no fogão.
Os polímeros são macromoléculas compostas por muitas unidades de repetição denominadas meros, ligadas por ligações covalentes. Existem polímeros obtidos de fontes não-renováveis, como polímeros obtidos de fontes renováveis. 
 		Apesar de ser mais complexo, o termo polímero é comumente usado hoje na indústria de plásticos e compósitos, e muitas vezes é usado para indicar o significado de “plástico” ou “resina”.
Os plásticos se dividem:
 • Termoplásticos: possuem cadeia linear ou ramificada e se caracteriza m por terem baixo ponto de fusão e por poderem ser fundidos e solidificados diversas vezes, o que permite sua reciclagem; 
• Termofixos ou termorrígidos: possuem cadeia em rede e são geralmente líquidos, após solidificarem não permitem uma nova fundição, dificultando sua reciclagem.
3.1 POLIETILENO. 
 		É termoplástico, polímero parcialmente cristalino, é bem flexível, inerte face a maioria dos produtos químicos, possui excelentes propriedades elétricas, grande resistência a impacto, alta flexibilidade, boa conformabilidade. estabilidade térmica e química, são algumas características de destaque do Polietileno. 
O polietileno se divide em: 
PEBDL (Polietileno de baixa densidade e cadeia linear): Possui boa flexibilidade e tenacidade, boa resistência à tração e ao rasgo, sendo translúcido e transparente. Usado em filmes, sacolas, peças rotomoldadas em geral, caixas d`água e outros. 
PEMD (Polietileno de média Densidade): Excelente resistência química e é mais rígido que o anterior. Usado pra fabricação de tubulações de circulação de água e gás. 
PEAD (Polietileno de alta densidade): Alta resistência química e a corrosão, alta resistência a abrasão, resistência a fadiga e à fratura, além de boa dureza. Usado para fabricação de baldes, tubos, tampas, bombonas, potes, frascos e outros.
PEUAPM (Polietileno de ultra peso molecular): Alta resistência à abrasão, à fadiga e a fratura, é duro, com excelente resistência química e a corrosão, sendo também auto lubrificante. Usado para perfis, engrenagens, revestimentos, bombas, gaxetas, mancais e outros.
3.2 - POLIPROPILENO. 
 	É um polietileno melhorado em relação à resistência mecânica, possuí boa resistência elétrica, não absorve umidade, e leve e rígido, boa resistência química, possuí limitada resistência térmica à abrasão, sofre degradação por ação UV e de agentes oxidantes.
3.3 – POLIURETANO
 	O poliuretano é um polímero produzido pela reação de poliadição de um socianato (di ou polifuncional) com um poliol e outros reagentes como: agentes de cura ou extensores de cadeia. Neste polímero o uretano é a molécula que se repete, sendo que sua estrutura é composta por quatro tipos de átomos (dois oxigênios, um nitrogênio, um carbono e um hidrogênio) distribuídos de certa for ma. Sua estrutura pode ser cristalina ou amorfa. 
Possui menor peso, menos ruído, menor custo de fabricação, resistência à corrosão, resistência a abrasão, resistência ao corte e ao rasgo, resistência a óleo, resistência a grandes carregamentos, grande variedade de durezas, pode ser fundido, resistente a ozônio e resistente à micro-organismos.
4. MATERIAL CERÂMICO
Os materiais cerâmicos são constituídos por elementos metálicos e não-metálicos que na maioria das vezes possuem ligações de natureza iônica. Normalmente são incluídos nessa classe os óxidos, nitretos e carbetos e como exemplos podemos citar refratários, cimento, vidro e porcelana. Devido à natureza de suas ligações químicas estes materiais normalmente são isolantes térmicos e elétricos, além de serem duros e frágeis e resistirem a elevadas temperaturas.
Para análise do material presente em nosso item de escolha temos o vidro.
4.1 VIDRO
Vidro é qualquer material formado por um arranjo de átomos que não obedeça a interações de longo alcance. Possuem ligações cujas propriedades líquidas e químicas não permitem que os átomos se alinhem em estruturas cristalinas quando o líquido é resfriado. Um aspecto importante na formação dos vidros é a mobilidade limitada de seus átomos na forma líquida do material, o que impede a formação de um sólido cristalino. Mesmo materiais que são normalmente cristalinos como os metais, podem ser transformados em vidros pelo rápido resfriamento do material fundente à uma temperatura muito abaixo daquela de seu ponto de solidificação. Desta forma eles se solidificam tão rapidamente que seus átomos e moléculas, que normalmente possuem uma estrutura cristalina, não tem tempo para se arranjarem nesta forma.
Em sua forma pura, o vidro é um óxido metálico super. Esfriado transparente, de elevada dureza, essencialmente inerte e biologicamente inativo, que pode ser fabricado com superfícies muito lisas e impermeáveis. Estas propriedades desejáveis conduzem a um grande número de aplicações. No entanto, o vidro geralmente é frágil, quebra- se com facilidade. O vidro comum se obtém por fusão em torno de 1.25 0 °C de dióxidode silício, (SiO2), carbonato de sódio (Na2C O 3) e carbonato de cálcio (CaCO3).
No dia a dia o termo se refere a um material cerâmico transparente geralmente obtido com o resfriamento de uma massa líquida à base de sílica.
4.2 TIPOS DE VIDROS
 		A composição do vidro é muito variada e pequenas alterações são feitas para proporcionar propriedades específicas e individuais, tais como índice de refração, cor e viscosidade.
O vidro é composto de 96 % de sílica, mas existem variados tipos de vidros que apesar de serem originados da mesma base, possuem composições diferentes como: vidro sódio-cálcico, vidro boro-silicato e o cristal. 
O vidro boro-silicato é termo resistente, ou seja, resistente ao fogo fazendo com que ele seja um utensílio perfeito para laboratórios e indústrias químicas. 
O vidro sódio-cálcico possui maior resistência mecânica, portanto são os vidros usados em embalagens como frascos e garrafas, e também em vidros de carro.
O vidro do tipo cristal é menos resistente, porém tem mais brilho, ele contém 24 a 32 % de óxido de chumbo e é usado para fabricar taças, copos e peças artesanais.
5. CONCLUSÃO E PROPOSTA DE TROCA DE MATERIAIS
 A sugestão proposta para troca de materiais são os polímeros plásticos utilizados na composição do fogão. 
Os materiais originalmente compostos por poliuretano, polipropileno e polietileno seriam trocados por um polímero plástico em comum a todos os componentes os botões, pés e apoios para os fornos, o Policarbonato.
O policarbonato é um poliéster linear obtido através da reação entre o bisfenol A, ou difenilol propano, e o gás fosgênio. Sua principal característica é a alta transparência, mesmo com espessuras consideráveis, que combinada com a alta resistência ao impacto faz desse polímero um plástico de engenharia que tem sido muito utilizado na construção civil em substituição ao vidro.
Algumas aplicações comuns de policarbonato são os discos compactos (CD's e DVD's), coberturas, toldos e diversos produtos utilizados na construção civil devido sua alta resistência às intempéries. Também é utilizado na fabricação de lentes para óculos e partes de acabamento na indústria automobilística, geralmente na forma de blendas com o ABS, além de lanternas e faróis.
Dentre suas características estão a alta transparência, alta resistência ao impacto, alta resistência térmica, boa retardância à chama mesmo sem aditivos, excelentes propriedades elétricas, bom isolante de alta frequência à temperatura ambiente, sensível à hidrólise elevado módulo de flexão e baixa contração no molde
O policarbonato é 250 vezes mais resistente que vidro e trinta vezes mais resistente que o acrílico. E não atua somente como um material qualquer que pode substituir os polímeros plásticos citados; por ter entre suas propriedades “retardância à chama” e “alta resistência térmica”, o mesmo atua como um limitador para possíveis acidentes ocasionados pelo uso do fogão, que envolvam fogo ou altas temperaturas, tornado o produto mais seguro e garantindo maior confiabilidade em caso de acidentes.
BIBLIOGRAFIA:
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· SOUZA, Líria Alves de. "Materiais Poliméricos"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/materiais-polimericos.htm. Acesso em 23 de maio de 2020.
· SOUZA, Líria Alves de. "Vidro"; Brasil Escola. Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/vidro.htm>. Acesso em 23 de maio de 2020.
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· CANEVAROLO JR., Sebastião V. Ciência dos Polímeros: Um texto básico para tecnólogos e engenheiros. 2.ed. São Paulo: Artliber Editora, 2002.
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