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, alguns elementos que são adicionados em 
proporções significativas com finalidade de alterar/modificar as propriedades químicas e/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 E APLICAÇÕES: 
 
 Outra classificação muito comum par a os tipos de aço se refere à aplicação para a qual ele se destina. 
AÇOS ESTRUTURAIS: São muito importantes na indústria da construção por terem alta 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 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: CA-50 e CA-60, cujas resistências de escoamento são 50 kgf/mm² e 60 
kgf/mm², respectivamente. 
 
 
 
 
 
 
Elementos de Máquinas 
Aluno(a): Data: 
Atividade de Pesquisa 01 NOTA: 
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 Atividade de Pesquisa 01: Elementos de Máquinas 
AÇO 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: são usados para fabricar peças forjadas, rolamentos, eixos, 
engrenagens e etc. 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 AÇOS MAIS PRODUZIDOS E SUAS APLICAÇÕES: 
 
AÇO LAMINADO A 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 o processo onde as chapas 
são cortadas de forma transversal 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 consideravelmente maior que o aço galvanizado. Por esse motivo o 
aço galvalume é muito utilizado em atmosferas agressivas, como nas indústrias e na marinha. Têm uma beleza 
estética maior bem como uma grande aplicabilidade na construção civil, como telhas para cobertura metálica. 
 
AÇO INOX: 
 
Os aços inoxidáveis são 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 também resistente a diversos outros produtos químicos. 
Devido às propriedades e características atribuídas ao aço inox, o mesmo possui vasta aplicabilidade, em 
diversos setores, a exemplo de construções civis e componentes mecânicos. 
O aço inox também possui atributos estéticos, como seu brilho em sua camada superficial, que se mantém por 
tempo considerável, 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 e etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Atividade de Pesquisa 01: Elementos de Máquinas 
2 – O que é Ductilidade? Cite um exemplo. 
 
Ductilidade é a qualidade ou propriedade do que é dúctil, ou seja, do que e 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 tracionar até 
romper é chamado de ductibilidade, contudo existe uma grande percentagem de moléculas extremamente finas 
que possibilitam 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, ocasionando o alongamento sem que haja ruptura, dessa maneira 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, as aplicações de materiais dúcteis 
apresentam vantagens: 
 
- Na fabricação: pois sãoaptos para os métodos de fabricação por deformação plástica. 
- No uso: pois apresentam características visuais antes de romper (estricção). 
O maio problema que apresentam os materiais frágeis é que se rompem sem que haja deformações aparentes, 
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 materiais de sofrer deformações. 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 e função do tipo de tratamento térmico e do tipo de processo de fabricação. 
Ligas quimicamente idêntica, 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, realizar tratamento térmico para que atinja as propriedades finais 
 
 
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. 
Exemplos: Pontes, aeronaves e componentes de máquinas. 
Nestas circunstâncias existe 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 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 
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; 
 
 
 
 
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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 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” quando são de dimensões macroscópicas ou de “estrias de fadiga” quando são dimensões 
microscópicas. 
 
 
5 – O que é Fotoelasticidade dos Materiais? 
 
É uma técnica experimental que utiliza modelos de materiais transparentes (polímeros, vidro, semicondutores e 
etc.) dependendo do tipo de luz empregada (branca, amarela, infravermelho, 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 mais 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 e etc.). 
 
6 – O que é Fratura e quais os tipos? 
 
A fratura pode ser descrita como a separação, fragmentação ou ruptura de um corpo sólido em mais de uma 
parte devido à ação de tensões. 
Tipo de fraturas: 
• Fratura Dúctil: acompanhada de intensa deformação plástica; 
Monocristais 
• Ação sucessiva de linhas de discordâncias em um ou mais sistemas de escorregamento 
(heterogeneidade de deformação) 
• Cisalhamento – monocristais orientados para ativação de um único sistema de escorregamento. 
 
• Fratura Frágil - Não é acompanhada de deformação plástica e 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 intergranular – De coesão de contornos de grão.