Atividade de pesquisa 01 - Elementos de Máquinas

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Elementos de Máquinas
Aluno (a): Murilo de Lara da Rosa
Data:11 /02/2021
Atividade de Pesquisa 01
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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.
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.
Tipos de aço quanto à aplicação
Outra classificação muito comum para os tipos de aço se refere à aplicação para a qual ele se destina. Apresentamos aqui algumas das classificações mais comuns. Acompanhe!
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.
Tipos de aço e suas geometrias
Uma outra classificação para o aço é quanto a sua geometria, visto que ela depende do processamento que o produto recebeu na usina siderúrgica. Normalmente, são divididos em três grupos: semiacabados, produtos planos e produtos longos. Aprenda um pouco mais sobre cada um deles!
Semiacabados
Uma das últimas etapas da produção do aço antes do acabamento é chamada de lingotamento. No lingotamento, o aço líquido proveniente do alto-forno é distribuído para moldes, dentro dos quais ele se solidifica.
Ao final do lingotamento, são produzidos os chamados produtos semiacabados, que podem ser blocos, tarugos ou placas.
Produtos planos
Para a fabricação dos produtos planos, eles passam por um processo chamado laminação, quando o material semiacabado que acabou de sair pelo processo de lingotamento tem que passar por dois cilindros.
Os cilindros giram aplicando ao material uma força de compressão. O resultado final dessa força é uma placa final que pode vir a se tornar uma chapa ou bobina de aço.
As chapas e bobinas podem ser feitas de aços carbono puros ou revestidos — pintados, zincados, galvanizados etc. —, aços inoxidáveis ou outros tipos de aço liga. Alguns dos principais produtos planos são:
· bobina fria ou quente;
· chapa fina quente ou fria;
· bobina e chapa galvanizada;
· bobina pré-pintada;
· tubos;
· perfis dobrados;
· telhas;
· lambris.
Produtos longos
Os produtos longos também podem ser obtidos na laminação. No entanto, sua característica principal é que o comprimento é muito superior à sua largura e à sua altura. Normalmente, são vendidos na forma de barras, fios, tubos, vergalhões, perfis e cantoneiras. Conheça alguns dos tipos mais comuns:
· barra chata, quadrada ou redonda;
· telas e treliças;
· vergalhão CA 50 e CA 60.
Tipos de aço mais produzidos e a suas aplicações
Agora que você viu quais as classificações do aço de acordo com vários fatores, veja quais os aços mais produzidos nas indústrias e sua forma de produção.
Aço laminado à quente e a frio
As chapas de aço podem ser laminadas a quente ou a frio. Quando é feita a quente, as chapas são fabricadas em temperaturas altas superiores a 900°C, e o resultado são bobinas laminadas a quente. Depois desse processo, o produto passa pelo processo de desbobinamento, que é onde as chapas são cortadas transversalmente e já saem prontas. Esse tipo de aço é matéria-prima para produção de tubos metálicos, autopeças, rodas, entre outros.
No caso das chapas laminadas a frio, a temperatura de produção é abaixo de 100°C. Estas são mais maleáveis, mas nem por isso perdem no quesito resistência e podem ter acabamento diferenciado. Por conta disso, são usadas em eletrodomésticos, automóveis, esquadrias para construção civil etc.
A principal diferença entre os dois tipos está nos processos de fabricação, visto que o aço laminado a frio passa por mais etapas que o laminado a quente.
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 açoinox 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.
2 – O que é Ductilidade? 
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.
3 – O que é uma FADIGA? Comente sobre o ensaio de fadiga mais frequentemente utilizado.
Fadiga é a ruptura de componentes, sob uma carga bem inferior à carga máxima suportada pelo material, devido a solicitações cíclicas repetidas.
 A ruptura por fadiga começa a partir de uma trinca (nucleação) ou pequena falha superficial, que se propaga ampliando seu tamanho, devido às solicitações cíclicas. Quando a trinca aumenta de tamanho, o suficiente para que o restante do material não suporte mais o esforço que está sendo aplicado, a peça se rompe repentinamente. A fratura por fadiga é típica: geralmente apresenta-se fibrosa na região da propagação da trinca e cristalina na região da ruptura repentina.
 
Você pode observar aproximadamente o que acontece na fadiga, dobrando repetidamente um pedaço de arame de aço. Após dobrar algumas vezes, se você observar atentamente, notará algumas pequenas trincas. Se continuar dobrando, observará que a trinca aumenta de tamanho até ocorrer a ruptura do arame. 
O estudo da fadiga é importante porque a grande maioria das falhas de componentes de máquinas, em serviço, se deve à fadiga. E a ruptura por fadiga ocorre sem nenhum aviso prévio, ou seja, num dado momento a máquina está funcionando perfeitamente e, no instante seguinte, ela falha.
4 – O processo de falha por fadiga é caracterizado por três etapas distintas. Cite e comente.
O processo é caracterizado por 3 estágios distintos: 
1) Iniciação da Trinca- onde a trinca se forma em algum ponto de concentração de tensões. 
2) Propagação – propagação gradual da trinca a cada ciclo de tensões. 
3) Fratura Final- separação ou ruptura após a trinca ter alcançado um tamanho crítico.
As trincas são normalmente iniciadas na superfície ou em pontos de concentração de tensões
como: ranhuras, rasgos de chavetas, filetes de rosca e similares. A ciclagem pode levar também `a
ocorrência de micro - deformações resultando em irregularidades superficiais (formação de áreas de
intrusão extrusão) pelo deslizamento de discordâncias, gerando pontos de concentração de tensões,
portanto, tornando-se sítios nucleadores de trinca. Uma trinca iniciada de modo estável se propaga
lentamente. No caso de metais policristalinos isto ocorre ao longo de planos cristalográficos de levada
tensão de cisalhamento (Estágio I). Este estágio pode ser a maior ou menor parte da vida em fadiga,
dependendo do nível de tensões aplicado e da natureza do material. 
A superfície de fadiga no estágio I possui uma aparência plana. 
no estágio II a velocidade de propagação aumenta significativamente. Há uma mudança na
direção de propagação que tende a ser perpendicular ao carregamento. A trinca cresce em um
mecanismo repetitivo de abertura e fechamento correspondendo a um ciclo de deformação da ponta
da trinca (arredondamento) e aguçamento. Este padrão de propagação produz uma superfície
Característica que é denominada de marcas de praia” (beachmarks) quando são de dimensões
macroscópicas (observáveis a olho nú ou com recurs os óticos) ou de estrias de fadiga (striations)
quando são dimensões microscópicas (observáveis por microscopia eletrônica).
5 – O que é Fotoelasticidade dos Materiais? 
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.
 
 • É muito utilizada no Laboratório (geralmente método de transmissão) e no campo (geralmente
método de reflexão). 
• É uma técnica de campo global, que fornece indicações dos pontos m ais sobrecarregados, valores de
tensões cisalhantes m áximas, direções principais e pode ser aplicada em problemas 2D e 3D estáticos.
• Existem extensões de aplicação denominadas fotoplasticidade, fotoelasticidade dinâmica, etc.
Fotoelasticidade
 
• A fotoelasticidade é utilizada para a:
 
– D eterminação precisa de fatores de concentração de tensões em problemas biaxiais e
triaxiais.
 
– Determinação quantitativa ou qualitativa de distribuições de tensões em componentes,
localizando seus pontos mais solicitados, sua tensão cisalhante máxima (no plano) e suas direções.
– Determinação de tensões residuais em protótipos poliméricos ou de vidro para inspeção e
controle de produção (CDs, lâmpadas, parabrisas,...).
6 – O que é Fratura e quais os tipos?
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. As fraturas podem ser definidas primariamente em dúcteis e frágeis. Na literatura, a fratura dúctil é tratada também como "colapso plástico".
Atividade de Pesquisa 01: Elementos de Máquinas