Atividade de pesquisa 01 - Elementos de Máquinas

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Atividade de Pesquisa 01: Elementos de Máquinas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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. 
 
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 s ilício. 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 par a os tipos de aço se refere à aplicação para a qual ele se destina. 
Apresentamos aqui algumas das classificações mais comuns. 
 
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 
 
Elementos de Máquinas 
Aluno (a): Wesley Coelho Vianna Data: 23/11/2020 
Atividade de Pesquisa 01 NOTA: 
INSTRUÇÕES: 
 
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 Atividade de Pesquisa 01: Elementos de Máquinas 
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 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 
 
 
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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. 
 
 
 
2 – O que é Ductilidade? Cite um exemplo. 
 
Ductilidade é a qualidade ou propriedade do que é dúctil, ouseja, do que é flexível, 
elástico, maleável, que se pode comprimir ou reduzir a fios sem se quebrar. Que se pode distender 
sem romper. A ductilidade é a propriedade que representa o grau de deformação que um 
material suporta até o momento de sua fratura. Materiais que suportam pouca ou nenhuma 
deformação no processo de 
ensaio de tração são considerados materiais frágeis. Isto é quando, por exemplo, um 
plástico é rasgado ao meio, esse processo entre estica-lo até rasga-lo é chamado de ductibilidade, 
contudo existe 
uma grande percentagem de moléculas ultra finas que possibilita a deformação elástica. 
Em metalurgia a ductilidade é a propriedade que apresentam alguns metais e ligas metálicas 
quando estão sob a ação de uma força, podendo estirar-se s em romper-se, transformando-
se num fio. Os metais que apresentam esta propriedade são denominados dúcteis. 
No ensaio de tração, os materiais dúcteis apresentam uma fase de fluência caracterizada 
por uma grande deformação, sem grandes aplicações de cargas. 
Do ponto de vista tecnológico, a margem de considerações econômicas, o emprego de 
materiais dúcteis apresentam vantagens: 
 Na fabricação: já que são aptos para os métodos de fabricação por deformação plástica. 
 No uso: já que avisam antes de romper-se. Com efeito, o maior problema que 
apresentam os materiais frágeis é que se rompem s em aviso prévio, por outro lado, os 
materiais dúcteis sofrem primeiro uma determinada deformação, conservando ainda uma 
certa reserva de resistência a tração, necessária para a futura aplicação do material. 
A ductilidade é a propriedade dos metais para formar fios de diversos diâmetros. Os metais 
se caracterizam por sua elevada ductilidade, pelo fato de os átomos se disporem de 
maneira tal na sua 
estrutura que possibilitam o deslizamento de uns sobre os outros , permitindo o 
estiramento sem rompimento. 
A ductilidade de uma determinada liga metálica pode variar em função da sua 
microestrutura. A microestrutura varia em função do tipo de tratamento térmico e do tipo 
de processo de fabricação. 
Ligas quimicamente idênticas, portanto, podem apresentar comportamentos variando entre 
totalmente frágil e totalmente dúctil. 
Este fato é de extrema importância para a indústria, que pode trabalhar com um 
material em sua condição dúctil e, após isto, trata-lo termicamente para que atinja as propriedades 
finais. 
 
 
 
 
 
 
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3 – O que é uma FADIGA? Comente sobre o ensaio de fadiga mais frequentemente utilizado. 
 
É uma forma de falha que ocorre em estruturas sujeitas a flutuações dinâmicas de tensão. 
Ex.: Pontes, aeronaves e componentes de máquinas. Nestas circunstâncias há possibilidade 
da falha ocorrer sob níveis de tensão consideravelmente inferiores as tensões de 
escoamento produzidas em carregamento. 
O termo FADIGA é empregado pelo fato de que a falha ocorre após um período de ciclagem de 
tensão ou deformação. Importância: 
• 90% das falhas dos componentes metálicos ocorrem desta forma. 
• A falha por fadiga é de natureza frágil mesmo em metais normalmente dúcteis. 
• Ocorre com muito pouca ou nenhuma deformação plástica. 
Processo de degradação de propriedades mecânicas de um material caracterizado pelo 
crescimento lento de uma ou mais trincas sob carregamento dinâmico, levando finalmente à fratura. 
• Ocorre em todas as classes de materiais. 
• Ocorre mesmo para tensões muito baixas, nas quais não se observa deformação 
plástica significativa. 
• Degradação é acelerada pela presença de concentradores de tensão: 
• Raios de curvatura pequenos, cantos vivos, grandes mudanças de seção 
• Exemplo: barras para feixe de molas têm bordas arredondadas 
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 es forço, 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. 
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 
conta giros, numa rotação determinada e constante 
 
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. 
 
 Atividade de Pesquisa 01: Elementos de Máquinas 
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 ―m arcas de praia‖ (beachmarks) quando são 
de dimensões macroscópicas (observáveis a olho nú ou com recursos 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 máximas, 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: 
 – Determinação 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 
principais. 
– 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 é a separação ou fragmentação de um corpo sólido em duas ou mais partes sob a 
ação de tensão.‖ 
• Fratura Dúctil: acompanhada de intensa deformação plástica 
Monocristais 
• Ação sucessiva de linhas de discordâncias em um ou mais sistemas de escorr egamento 
(heterogeneidade de deformação) 
• Cisalhamento – monocristais orientados para ativação de um único sistema de 
escorregamento 
• Fratura Frágil: Não é acompanhada de deformação plástica 
Ocorre com baixa absorção de energia – Pouca ou nenhuma deformação plástica 
 • Mecanismos 
• Clivagem – Ruptura total de ligações químicas ao longo de um plano cristalino 
(fratura transgranular) 
• Fratura intergranular – De coesão de contornos de grão