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. 
 
R - 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. 
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 
 
Elementos de Máquinas 
Aluno (a): Nestor Gomes dos Santos Junior Data: 26 / 06 / 2021 
Atividade de Pesquisa 01 NOTA: 
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 Atividade de Pesquisa 01: Elementos de Máquinas 
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 mais produzidos, suas aplicações, 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. 
 
o 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. 
 
o 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, 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, 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 
 
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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, 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. 
 
R - Ductilidade é a qualidade ou propriedade do que é dúctil, ou seja, 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 sem 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 apresenta 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 sem 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. 
 
R - 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: 
o Raios de curvatura pequenos, cantos vivos, grandes mudanças de seção 
o 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 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. 
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 
 
 
 
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4 – O processo de falha por fadiga é caracterizado por três etapas distintas. Cite e comente. 
 
R - 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 recursos óticos) ou de “estrias de fadiga” (striations) quando são dimensões 
microscópicas (observáveis por microscopia eletrônica). 
 
 
5 – O que é Fotoelasticidade dos Materiais? 
 
R - 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 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 
o 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. 
 
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 Determinação de tensões residuais em protótipos poliméricos ou de vidro para 
inspeção e controle de produção (CDs, lâmpadas, para-brisas, etc.) 
 
6 – O que é Fratura e quais os tipos? 
 
R - “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 
o Ação sucessiva de linhas de discordâncias em um ou mais sistemas de escorregamento 
(heterogeneidade de deformação) 
o 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 
o Mecanismos 
o Clivagem – Ruptura total de ligações químicas ao longo de um plano cristalino (fratura 
transgranular) 
o Fratura intergranular – De coesão de contornos de grão