Atividade de pesquisa 01 - Elementos de maquinas

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Elementos de Máquinas
Aluno (a): 
Data: 03 / 11 /2020
Atividade de Pesquisa 01
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INSTRUÇÕES:
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1 – Os aços são ligas que têm o ferro e o carbono como elementos principais, contendo ainda outros elementos, como manganês, fósforo, enxofre, níquel, cromo e outros. Cite e comente sobre os principais tipos de aços.
Aços carbono
Esse tipo de aço é formado pela liga de ferro com carbono, onde o teor de carbono nesse caso é inferior a 2,11%. São chamados de aço carbono todos os produtos derivados apenas da junção do ferro com o carbono — podendo o teor do elemento variar — sem quantidades significativas de outros na composição,Nesse tipo de aço, normalmente existem elementos residuais, como manganês, fósforo ou silício, mas as quantidades não são suficientes para alterar suas propriedades. Os aços carbono são amplamente utilizados em diversas aplicações.
Os aços carbono são os mais produzidos, constituindo cerca de 90% da produção mundial. Podem ser divididos ainda em:
· aço de alto carbono – acima de 0,50% até o limite de 2,11%;
· aço de médio carbono – entre 0,20% e 0,49%;
· aço de baixo carbono – entre 0,05% e 0,20%;
· aço de carbono extra baixo – entre 0,015% e 0,05%;
· aço de carbono ultrabaixo – abaixo de 0,015%
Aço liga
Já os aços liga contêm, além das ligações entre ferro e carbono, outros elementos em proporções significativas que podem alterar as propriedades químicas ou mecânicas do material. Geralmente, os outros elementos adicionados à composição do aço são: manganês, níquel, cromo, molibdênio, vanádio, tungstênio e silício. Isso vai depender da propriedade que querem que o aço atinja.
Esses elementos normalmente são utilizados para aumentar a dureza e a resistência mecânica ou química do aço ou para conferir-lhe outras propriedades que sejam interessantes para sua aplicação.
Os aços liga também são divididos de acordo com o teor de elementos em sua composição:
· aço baixa liga – a soma dos teores de todos os elementos liga adicionados não ultrapassa 5% de todo o material;
· aço média liga – a soma dos teores de todos os elementos liga fica entre 5% e 12% de todo o material;
· aço alta liga – a soma dos teores de todos os elementos liga é no mínimo 12% de todo o material;
· aço baixa liga de alta resistência – nesse caso o teor de carbono é menor que 0,25% e o teor dos outros elementos liga é menor que 2%. Geralmente os elementos liga mais utilizados para esse tipo de aço são o Nióbio, Vanádio e Titânio, que ajudam no aumento da resistência do material.
Aços estruturais
São muito importantes na indústria da construção por terem alta resistência mecânica e suportarem grandes carregamentos. Os aços estruturais normalmente são aços carbono ou com pequenas quantidades de elementos de liga. Nesse grupo, encontra-se o aço ASTM A36 que é largamente empregado por muitas construtoras.
A maior utilização desses tipos de aço no Brasil é nas estruturas de concreto armado. Como o concreto tem alta resistência à compressão, o aço inserido dentro da estrutura atua como boa resistência à tração. Além de ter boa aderência com o concreto, o aço ainda tem deformações compatíveis como o material.
Os aços estruturais mais utilizados são o CA-50 e o CA-60, cujas resistências de escoamento são 50 kgf/mm² e 60 kgf/mm², respectivamente.
Aços para molas
Os aços utilizados para fabricação de molas têm elevado limite elástico, ou seja, suportam forças e tensões sem que sua deformação seja permanente. A maioria dos aços para mola são aços carbono, sendo as ligas necessárias somente em situações especiais.
Aços para fundição
É o material utilizado para produção de peças em aço fundido. Nesse processo, o aço líquido é vazado em moldes e adquire a forma da cavidade quando se solidifica. Podem ser aço carbono ou aço liga, contanto que apresentem boa resistência.
Aços para construção mecânica
Esse tipo de aço é usado para construção mecânica, ou seja, são usados para fabricar peças forjadas, rolamentos, eixos, engrenagens, entre outros. Os aços para construção mecânica são aços carbono ou com baixo teor de liga e abrangem uma ampla gama de produtos.
Além dessas aplicações, existem diversas classes, como os aços para usinagem, para trilhos, para fins elétricos e outros.
Aço Galvanizado
O aço galvanizado é o material que passa pelo processo de galvanização que faz com o que o material atinja resistências maiores. A galvanização consiste na imersão do aço em zinco fundido que garante ao produto uma resistência à corrosão. O principal uso desse material é na fabricação de canos, vigas de apoio, entre outras aplicações dentro da construção civil.
Aço Galvalume
O aço galvalume é um tipo de aço liga composto por zinco, silício e alumínio. Esse tipo de material é excelente em resistência a corrosão, e tem vida útil quatro vezes maior que o aço galvanizado. Por esse motivo o aço galvalume é muito utilizado em atmosferas agressivas, como nas indústrias e na marinha. Tem uma beleza estética maior, e tem grande aplicabilidade na construção civil, como telhas para cobertura metálica.
Aço Inox
Os aços inoxidáveis, ou simplesmente aço inox, é a produção do aço com adição de Cromo e Níquel, feitos em alto forno a partir do ferro-gusa. O aço inox, além de resistir à corrosão atmosférica, ele é resistente à diversos outros produtos químicos.
Sendo assim, ele tem muita aplicabilidade, tanto na construção civil — uso em tubulações, componentes de equipamentos etc. — como em outros setores. O aço inox mantém o seu brilho atraente por muito tempo, sendo necessária apenas uma simples limpeza.É um tipo de material que suporta altas temperaturas e tem resistência mecânica bastante elevada, podendo ser usado na produção de fornos, câmaras de combustão, máquinas de diversos tipos, entre outros.Como você pôde perceber, o aço possui inúmeros tipos, geometrias e as mais variadas aplicações. Ele é um dos materiais mais consumidos em todo o Brasil e no mundo, movimentando a economia e garantindo milhares de empregos. É importante contar com parceiros e fornecedores que prezam pela qualidade dos itens e garantem uma boa logística.
2 – O que é Ductilidade? Cite um exemplo.
R: Ductilidade é a propriedade que indica o grau de deformação que o material consegue suportar (chamada deformação plástica) até seu total rompimento. De maneira simplificada, o conceito define a maleabilidade da peça. As medidas utilizadas para definir o grau de ductilidade, expressas em “%” e obtidas principalmente em um ensaio de tração, são:
· Alongamento total do material antes da ruptura;
· Redução de área na fratura. 
Os metais em geral possuem alta ductilidade, já que sua estrutura possibilita que seus átomos deslizem uns sobre os outros com mais facilidade. Além disso, os metais possuem uma outra propriedade mecânica chamada “tenacidade”, que indica a quantidade de energia máxima que podem absorver antes de se romperem. Por isso, podem sofrer grande deformação – seja por laminação ou ao serem transformados em fios metálicos – e grandes impactos sem se partirem.Ainda assim, a propriedade dos metais varia muito de acordo com o tratamento térmico e processo de fabricação utilizados. Dessa maneira, materiais com características químicas idênticas podem ter graus diferentes de ductilidade.
Exemplo de ductilidade : Ouro, cobre e alumínio possuem excelente ductilidade
3 – O que é uma FADIGA? Comente sobre o ensaio de fadiga mais frequentemente utilizado.
R: Em condições normais de uso, os produtos devem sofrer esforços abaixo do limite de proporcionalidade, ou limite elástico, que corresponde à tensão máxima que o material pode suportar
Fadiga é a ruptura de componentes, sob uma carga bem inferior à carga máxima suportadapelo material, devido a solicitações cíclicas repetidas. 
Tipos de ensaio de fadiga: Os aparelhos de ensaio de fadiga são constituídos por um sistema de aplicação de cargas, que permite alterar a intensidade e o sentido do esforço, e por um contador de número de ciclos. O teste é interrompido assim que o corpo de prova se rompe. O ensaio é realizado de diversas maneiras, de acordo com o tipo de solicitação que se deseja aplicar: - torção; - tração-compressão; - flexão; - flexão rotativa. 15 O ensaio mais usual, realizado em corpos de prova extraídos de barras AULA ou perfis metálicos, é o de flexão rotativa. Este ensaio consiste em submeter um corpo de prova a solicitações de flexão, enquanto o mesmo é girado em torno de um eixo, por um sistema motriz com contagiros, numa rotação determinada e constante. Os resultados do ensaio de fadiga geralmente são apresentados numa curva tensão-número de ciclos, ou simplesmente curva S-N. O S vem da palavra inglesa stress, que quer dizer tensão, e N representa o número de ciclos. Supondo que, para uma certa solicitação de flexão S1 o corpo de prova se rompa em um certo número de ciclos N1, e para uma solicitação S2 se rompa em N2 ciclos, e assim por diante, pode-se construir o diagrama S-N, com a tensão no eixo das ordenadas e o número de ciclos no eixo das abscissas. Observando a curva obtida, nota-se que, à medida que se diminui a tensão aplicada, o corpo de prova resiste a um maior número de ciclos. Nota-se, também, que diminuindo a tensão a partir de um certo nível em que a curva se torna horizontal o número de ciclos para o rompimento do corpo de prova torna-se praticamente infinito. Esta tensão máxima, que praticamente não provoca mais a fratura por fadiga, chama-se limite de fadiga ou resistência à fadiga do metal considerado
4 – O processo de falha por fadiga é caracterizado por três etapas distintas. Cite e comente.
R:Tem-se como definição de fadiga o seguinte conceito: processo de degradação localizada, progressiva e permanente, que ocorre em material sujeito a variações de tensões e deformações e que produzem a nucleação de trincas ou a completa fratura depois de um número suficiente de ciclos 
 PROPAGAÇÃO DA TRINCA O desenvolvimento de trincas de fadiga dentro das bandas de escorregamento depende fundamentalmente do movimento das discordâncias. Uma vez iniciada a trinca, ela se propaga macroscopicamente e de uma maneira descontínua em um plano situado em ângulo reto com o plano de tensões principais atuantes no corpo de prova. Suponha que o material é um metal dúctil e, sendo manufaturado, não apresenta trincas, mas possui partículas, inclusões e etc. que são comuns em matérias de engenharia. Em uma escala microscópica, os metais não são homogêneos e isotrópicos, suponha em seguida, que existam algumas regiões de concentração geométrica de tensão (entalhes) em locais com tensões variantes no tempo significativas que contenham uma componente positiva (tração). Conforme as tensões no entalhe oscilam, pode ocorrer escoamento local devido à concentração de tensão, mesmo que a tensão nominal na seção esteja bem abaixo do valor da tensão de escoamento do material. A deformação plástica localizada causa distorções e cria bandas de deslizamento adicionais aparecem e agrupam-se em trincas macroscópicas. Mesmo na ausência de um entalhe (como em CDPs planos) este mecanismo ainda ocorrerá, desde que se exceda o limite de escoamento em alguma região do material. Vazios ou inclusões preexistentes servirão intensificadores de tensão para iniciar a trinca. 3. TENSÕES CÍCLICAS Na definição de fadiga, destacou-se que ela se deve a esforços cíclicos repetidos. De maneira geral, peças sujeitas a fadiga estão submetidas a esforços que se repetem com regularidade. Trata-se das tensões cíclicas. A tensão cíclica mais comum é caracterizada por uma função senoidal, onde os valores de tensão são representados no eixo das ordenadas e o número de ciclos no eixo das abscissas. As tensões de tração são representadas como positivas e as tensões de compressão como negativas
5 – O que é Fotoelasticidade dos Materiais?
R: A fotoelasticidade é uma técnica experimental para a medição de esforços e deformações. Baseia-se no uso da luz para desenhar figuras sobre peças de materiais isotropos, transparentes e contínuos, que estão a ser submetidas a esforços. ... No caso de uma peça não trasparente, se cobre a peça com uma resina birrefringente. É uma técnica experimental que utiliza modelos de materiais transparentes (polímeros, vidro, semi condutores, etc) ao tipo de luz empregada (branca, amarela, infra-vermelho, monocromática) e que apresentam anisotropia ótica ou birrefringência (diferentes índices de refração nos diversos planos que passam por um ponto do modelo) quando deformados e são observados através de luz polarizada plana ou circular num instrumento chamado de polariscópio
6 – O que é Fratura e quais os tipos?
R:Fratura dos materiais é a separação de um corpo de um material em duas ou mais partes quando este é submetido a um esforço mecânico, como a tensão. Uma material que caracteristicamente sofre fraturas dúcteis quando submetido a esforços é dito um material dúctil, como a maior parte dos metais e suas ligas.
Fratura Dúctil O fator preponderante para uma fratura ser definida como dúctil é a predominância da ocorrência de deformações plásticas em detrimento da propagação de trincas, ou seja, na fratura dúctil acontece uma lenta propagação de trincas e o material tensionado tende a se deformar plasticamente. As fraturas dúcteis geralmente ocorrem de forma que a estrutura tensionada sofre uma gradual estricção na região de tensão. Posteriormente à estricção, inicia-se um processo de propagação de trincas que surgem a partir de uma tensão de cisalhamento que se origina em uma direção que forma um ângulo de aproximadamente 45° com a direção da tensão original, o que culmina na fratura denominada “taça e cone” . Na fratura dúctil, há predominância da deformação plástica e uma resistência à rápida cisão da estrutura oriunda da propagação de trincas, ou seja: o material que sofre fratura dúctil é resistente à ruptura e tende a se deformar plasticamente antes da fratura. 1.2 Fratura Frágil A fratura frágil é marcada pela predominância da formação de trincas em relação à deformação plástica. Ocorre, nesse tipo de fratura, uma rápida formação e propagação das trincas, o que leva à rápida ruptura do material com a ocorrência de pouca ou nenhuma deformação plástica no processo. A fratura frágil pode ocorrer de duas formas: transgranular e intergranular. A fratura frágil transgranular ou clivagem é caracterizada pela separação de planos atômicos, fato que faz com que essa cisão passe por dentro do grão que forma o material e faça com que a textura da superfície de fratura fique facetada. A fratura intergranular, por outro lado, é caracterizada pela separação dos grãos. O perfil das superfícies de fratura é o mostrado na imagem acima, granular. Os resultados de tensionamento de materiais são, geralmente, dependentes da temperatura. Existem materiais, como algumas ligas de titânio (metal HC à temperatura ambiente), em que a energia de impacto (energia necessária para que a fratura do material ocorra em um impacto) é insensível à temperatura. Porém, grande parte dos materiais, coo os metais CCC, apresente transição de comportamento dúctil para frágil em função da temperatura. Esse processo ocorre com a redução da temperatura e a consequente redução da energia de impacto da estrutura, o que o faz tender, gradativamente, à fratura frágil. Essa transição de características foi uma grande questão durante a segunda guerra mundial, momento em que o estudo da ciência dos materiais não era tão avançado quanto nos dias atuais, e ainda hoje é uma evidência de que as propriedades dúctil e frágil não são propriedades absolutas e que possuem certa dependência de meios externos, como temperatura e taxa de carregamento.
Atividade de Pesquisa 01: Elementos de Máquinas