AULA MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA

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Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial de Santa Catarina
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA
1. Introdução
2. Metais Ferrosos e Não Ferrosos
	2.2. Conceitos Básicos
	2.3. Obtenção
	2.4. Caraterísticas, Propriedades e Aplicações
	2.5. Formas Comerciais
3. Não Metais
	3.3. Poliméricos (características, propriedades e aplicações)
	3.4. Naturais (características, propriedades e aplicações)
	3.5. Compósitos (características, propriedades e aplicações)
	3.6. Cerâmicos (características, propriedades e aplicações)
Etapas a Percorrer
	Em sua atuação profissional, você irá utilizar os materiais de forma direta ou indireta. 
	O conhecimento dos materiais de construção mecânica é necessário para que você possa indicar, substituir, identificar ou relacionar os materiais que são utilizados em um determinado equipamento ou sistema produtivo.
Introdução
Materiais de Construção Mecânica
	O processo evolutivo do homem desenvolveu sua capacidade de transformar recursos naturais em bens duráveis. 
	Com a evolução do conhecimento também se descobriu por exemplo que os metais poderiam ter suas qualidades melhoradas através da adição de outros elementos químicos formando as ligas metálicas ou ainda através de tratamentos térmicos. 
	Os materiais sólidos são classificados e essa classificação está baseada principalmente na composição química e na estruturação atômica dos materiais. 
Materiais de Construção Mecânica
	Na construção de componentes específicos ou máquinas complexas é necessário a utilização de alguns materiais, na grande maioria das vezes, materiais metálicos, devido principalmente a suas propriedades. 
	Devemos entender que as propriedades dos materiais podem definir tanto o desempenho de um determinado componente, quanto o processo de fabricação do mesmo. Levando em consideração um número extremamente grande de materiais metálicos diferentes, contando ainda com suas variantes de tratamento térmico e composição, podemos perguntar: Como definir qual o melhor material para um determinado fim?
Materiais de Construção Mecânica
	Por exemplo, se você quiser fabricar tecidos, terá que utilizar algodão, lã, seda ou fibras sintéticas. Na fabricação de móveis, você usará madeira, resinas sintéticas, aço, plástico. Para calçados, você terá que usar couro, borracha ou nylon. Na indústria mecânica de fabricação de peças e equipamentos você poderá usar o ferro, o aço, o alumínio, o cobre ou o bronze.
	
 
	
Materiais de Construção Mecânica
	Na escolha do material a ser utilizado para determinada aplicação, alguns pontos devem ser considerados em relação ao custo, o tempo de vida ou durabilidade, a aparência e a finalidade.
	Na figura a seguir alguns pontos a serem observados na seleção de materiais.
		
Materiais de Construção Mecânica
	Na Idade dos Metais, após à Idade da Pedra, por volta de 9000 a.C., no Oriente Médio, o homem começou a dominar, a técnica da fundição dos metais. O primeiro tipo de metal utilizado foi o cobre, originalmente obtido como um mineral e posteriormente da fundição de minérios. 
	Com o passar dos anos o estanho também foi utilizado e com a fusão dos dois, surgiu um metal mais resistente, o bronze, por volta de 3000 a.C. que foi utilizado como recurso na fabricação de armas e utensílios. O Ferro, teve um lento processo de propagação sendo manipulado por comunidades da Ásia Menor, cerca de 1500 a.C. Isso se deu porque as técnicas de manipulação da liga de ferro eram de difícil aprendizado. 
	
Materiais de Construção Mecânica
Classificação dos Materiais
Classificação dos Materiais
	Atualmente o Ferro é o metal mais utilizado pelo homem, a abundância deste mineral, o custo relativamente baixo de produção e as múltiplas propriedades físico-químicas que podem ser obtidas com adição de outros elementos de liga, são fatores que dão a este metal uma extensa variedade de aplicações. 
	O ferro não é encontrado puro na natureza. Encontra-se geralmente combinado com outros elementos, formando rochas as quais dá-se o nome de MINÉRIO. Está sempre ligado ao carbono e a outros elementos, assim, no âmbito da ciência dos materiais e também na linguagem do dia a dia, a palavra "ferro" deve ser entendida como uma liga dos elementos químicos ferro, carbono e outros.
Materiais de Construção Mecânica
	Dos metais, o ferro é o mais importante, sendo de supor-se que essa posição será mantida por um espaço de tempo praticamente ilimitado, em face de certas peculiaridades, características desse metal, que o tornam insubstituível para a maioria dos empregos da indústria mecânica, principalmente por suas propriedades intrínsecas, sua abundância na crosta terrestre e seu baixo custo de extração e processamento, principalmente quando comparado a outros metais.
	O Brasil é possuidor de grandes reservas de minério de ferro que é o principal componente para obtenção do ferro gusa matéria-prima do aço. 
 
	
Classificação dos Materiais
	O Minério de ferro é retirado do subsolo, porém, muitas vezes é encontrado exposto formando verdadeiras montanhas.
	Principais minérios de ferro: Hematita e Magnetita.
	Para retirar as impurezas, o minério de ferro é lavado, partido em pedaços menores e em seguida levados para a usina siderúrgica.
Materiais de Construção Mecânica
Materiais de Construção Mecânica
VÍDEO – OBTENÇÃO DO FERRO GUSA - matéria-prima do aço 
	Entre os materiais metálicos, o aço é o que tem maior importância, devido a sua alta utilização na construção de bens duráveis. 
	Além do aço, há o alumínio, o cobre e suas ligas que também são bem empregados. Em menor proporção, os demais elementos como zinco, estanho, chumbo, magnésio, níquel e titânio, assim como suas respectivas ligas. 
	São grandes as oportunidades de utilização de novos materiais, destacando-se os vários tipos de polímeros (plásticos) e os materiais cerâmicos. 
Materiais de Construção Mecânica
Classificação dos Materiais
	Todos estes materiais estão agrupados em dois blocos distintos: 
Materiais metálicos ferrosos e não ferrosos. 
Materiais não metálicos naturais e sintéticos. 
	Esta divisão entre metálicos e não metálicos está diretamente ligada à constituição destes materiais. 
Classificação dos Materiais
	Os materiais metálicos apresentam plasticidade, isto é, podem ser deformados sem se quebrarem e conduzem bem o calor e a eletricidade. Aliás, a condutibilidade tanto térmica quanto elétrica dos metais está estreitamente relacionada à mobilidade de elétrons dos átomos de suas estruturas. 
	Como exemplo de materiais não metálicos, podemos citar: metálicos ferrosos (aço e ferro fundido), metálicos não ferrosos (alumínio, cobre, zinco, magnésio, chumbo, estanho e titânio); não metálicos naturais (madeira, asbesto, couro e borracha) e não metálicos sintéticos (vidro, cerâmica e polímeros).
Materiais Metálicos ou Ligas Metálicas
Ferrosas 
Não Ferrosas 
Aços 
Ferros Fundidos 
Baixo Teor
 de Carbono
Médio Teor
 de Carbono
Alto Teor
 de Carbono
Aço 
Inoxidável
Ferro Cinzento
Ferro Dúctil 
(nodular)
Ferro Branco
Ferro Maleável
Alumínio
Cobre
Níquel
Chumbo
Perfis estruturais I e H, pontes, tubulações, cantoneiras e chapas em edificações
Rodas e trilhos de trem, engrenagens
Ferramentas de corte, molas, arames de alta resistência
Utensílios domésticos, equipamentos industriais e em edificações
Metais
Metais Ferrosos
Ferro Fundido
Ferro Fundido Cinzento
Ferro Fundido Branco
Ferro Fundido Nodular
Ferro Fundido Maleável
Aço Carbono
	O Aço é um dos mais importantes materiais metálicos usados na indústria mecânica. É usado na fabricação de peças em geral.
Obtém-se o aço abaixando-se a porcentagem de carbono do ferro gusa.
A porcentagem de carbono no aço varia entre 0,05% a 1,7%.
Aço Carbono
Aço Carbono
Principais características do aço:
Pode ser trabalhado com ferramenta de corte;
Pode ser curvado;
Pode ser dobrado;
Pode ser forjado;
Pode ser soldado;
Pode ser laminado;
Pode ser estirado (trefilado);
Possui grande resistência à tração;
Aço Carbono
	Açoao carbono são os que contém além do ferro, pequenas porcentagens de carbono, manganês, silício, enxofre e fósforo. 
	Os elementos mais importantes do aço ao carbono são o ferro e o carbono. 
	O manganês e silício melhoram a qualidade do aço, enquanto que o enxofre e o fósforo são elementos prejudiciais.
	Ferro - É o elemento básico da liga.
	Carbono - Depois do ferro é o elemento mais importante do aço.
A quantidade de carbono define a resistência do aço.
Aço Carbono
Aço Carbono
Formas comerciais do aço
Para os diferentes usos industriais, o aço é encontrado no comércio na forma de vergalhões, perfilados, chapas, tubos e fios.
Vergalhões - são barras laminadas em diversos perfis, sem tratamento posterior à laminação.
Aço Carbono
Formas comerciais do aço
Perfilados - São vergalhões laminados em perfis especiais tais como: L (cantoneira), U, T, I (duplo T), Z.
Chapas - São laminados planos, encontradas no comércio nos seguintes tipos:
Chapas pretas - sem acabamento após a laminação, sendo muito utilizadas nas indústrias.
Chapas galvanizadas - recebem após a laminação uma fina camada de zinco. São usadas em locais sujeitos a umidade, tais como calhas e condutores etc.
Chapas estanhadas - também conhecidas como Folhas de Flandres ou latas. São revestidas com uma fina camada de estanho. São usadas principalmente na fabricação de latas de conservas devido sua resistência à umidade e corrosão.
Aço Carbono
Classificação do Aço Carbono
Descrição dos aços segundo a sua composição química
Norma ABNT/SAE
Classificação do Aço Carbono
Características do Aço Carbono
Características do Aço Carbono
Características do Aço Carbono
Outras Denominações
Aço Ferramenta
Metal Duro
Outras Denominações
Aços inoxidáveis 
Os aços inoxidáveis são aços de baixo teor de carbono, ligados principalmente ao:
Cromo
Níquel
Molibdênio
Os aços inoxidáveis tem como principal característica, a resistência à corrosão, mesmo em ambientes de alta temperatura ou temperaturas criogênicas.
Se deve principalmente pela presença de cromo (a partir de 11%).
O cromo, em contato com o oxigênio permite a formação de uma película finíssima de óxido de cromo sobre a superfície do aço, que é impermeável e insolúvel em meios corrosivos usuais.
Classificação dos Aços Inoxidáveis
São classificados de acordo com a estrutura cristalina predominante na liga à temperatura ambiente.
São classificados como:
Aços inoxidáveis Martensíticos;
Aços inoxidáveis Ferríticos;
Aços inoxidáveis Austeníticos.
Essencialmente ligas binárias ferro-cromo com 12 a 17% Cr
Magnéticos e endurecíveis por têmpera
Maior resistência mecânica e dureza
Apresentam-se em três tipos:
Baixo Carbono (tipo turbina) – 0,15% C; 12% Cr
Médio Carbono (tipo cutelaria) – 0,70% C; 17% Cr
Alto Carbono (resistente ao desgaste) – 1,10% C; 17% Cr
Aço Inoxidável Martensítico
Aço Inoxidável Ferrítico
São essencialmente ligas binárias ferro-cromo com 12 a 30% Cr
Sua estrutura mantém-se essencialmente ferrítica (CCC, do tipo ferro a) após os tratamentos térmicos normais
São relativamente baratos, porque não contêm níquel.
Boa resistência ao calor e à corrosão.
Aço Inoxidável Austenítico
São essencialmente ligas ternárias ferro-cromo-níquel com 16 a 25% Cr e 7 a 20% Ni
Tem elevada capacidade de deformação
Melhor resistência a corrosão do que os aços ferríticos e martensíticos
Aplicações típicas
	 
Aço inoxidável Martensítico
- Uso geral para Tratamento térmico; órgãos de máquinas, veios de bombas, válvulas.
 -Cutelaria, rolamentos, intrumentos cirúrgicos.
 -Esferas, rolamentos, pistas, componentes de válvulas
Aço inoxidável Ferrítico
 -Uso geral, em que não se requer endurecimento, capotas de automóveis, equipamentos para restaurantes.
 -Aplicações a alta temperatura, aquecedores, câmaras de combustão
Aço Inoxidável Austenítico 
-Liga de elevada taxa de encruamento
-Equipamentos de processamento químico e de alimentos
-Baixo carbono para soldadura; reservatórios químicos
-Estabilizador para soldadura; reservatórios de transporte de produtos químicos.	
METAIS NÃO FERROSOS 
ALUMÍNIO 
COBRE 
LATÃO 
BRONZE 
BRONZE DE ESTANHO 
BRONZE DE ALUMÍNIO 
BRONZE DE MANGANÊS 
BRONZE DE CHUMBO 
BRONZE DE ZINCO ( BRONZE VERMELHO)
 
BRONZE FOSFOROSO 
Todos os campos da tecnologia, especialmente aqueles referentes à construção de máquinas e estruturas, estão intimamente ligados aos materiais e às suas propriedades. 
 Tomando como base as mudanças que ocorrem nos materiais, essas propriedades podem ser classificadas em dois grupos: 
- Físicas; 
- Químicas. 
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 
É a capacidade de sofrer deformação (alteração na forma), sem sofre mudança na composição química. 
Ex.: Se colocarmos água fervente num copo descartável de plástico, o plástico amolece e muda sua forma. Mesmo mole, o plástico continua com sua composição química inalterada. 
Propriedades Físicas 
Quando existe alteração na composição química. 
Ex.: uma barra de aço (ferro + carbono) exposta ao tempo sofre corrosão – formação de óxido de ferro. Com isso, a composição da barra de aço passa a ser ferro + carbono + óxido de ferro.
A resistência à corrosão é uma propriedade química. 
Propriedades Químicas 
Entre as propriedades físicas, destacam-se as propriedades mecânicas, que se referem à forma como os materiais reagem aos esforços externos, apresentando deformação ou ruptura. 
As principais propriedades mecânicas são: elasticidade, plasticidade, resistência mecânica, dureza, ductilidade, fragilidade, tenacidade e resiliência. 
ELASTICIDADE 
Pode ser definida como a capacidade que um material tem de retornar à sua forma e dimensões originais quando cessa o esforço que o deformava. 
Associada à elasticidade está a deformação elástica (deformação temporária). 
PLASTICIDADE 
É a capacidade que um material tem de apresentar deformação permanente apreciável, sem se romper. 
Associada à plasticidade está a deformação plástica (deformação permanente). 
RESISTÊNCIA MECÂNICA 
É a capacidade que o material tem de suportar a esforços externos (tração, compressão, dobramento etc.), sem se romper. 
Veja a seguir, a representação desses esforços externos. 
DUREZA 
Para um metalurgista, dureza significa a resistência à deformação plástica (deformação permanente). 
Para os mecânicos, dureza é a resistência à penetração de um material duro, em outro (princípio do ensaio de dureza). 
DUCTILIDADE 
Pode ser considerado o inverso da dureza, para os metalurgistas. 
É a capacidade que um material tem de aceitar a deformação plástica. Quanto maior for o grau de deformação plástica que se consegue, sem que ele se rompa, maior é a ductilidade do material. Dessa forma, quanto mais duro for o material, menos dúctil ele será. 
 Tenacidade é a capacidade que o material tem de absorver energia durante o impacto e transformá-la em deformação plástica. Uma forma de exemplificar a tenacidade é comparando o material da carroceria dos carros antigos com as dos novos. 
TENACIDADE 
Nos carros antigos, esse material apresentava dureza e resistência mecânica elevadas. Porém, durante uma batida, devido a sua baixa tenacidade, não eram capazes de absorver energia para a deformação plástica (eles quase não amassavam) e a energia do impacto era transferida para o motorista. 
Nos carros de hoje, o material da carroceria possui elevada tenacidade e, com isso, durante um impacto absorvem a energia e a transformam em deformação plástica.
A tenacidade e a ductilidade andam sempre juntas. Materiais que apresentam boa ductilidade terão boa tenacidade. 
Materiais frágeis são aqueles que não apresentam nenhuma deformação plástica, apenas deformação elástica. 
Quando esses materiais são submetidos a esforços que ultrapassem a deformação elástica, eles se rompem. 
Exemplos de materiais frágeis são: concreto, cerâmicas, vidros etc. 
FRAGILIDADE 
É a capacidade que o material tem de absorverenergia durante a deformação elástica e de liberá-la quando o esforço é retirado 
RESILIÊNCIA 
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Rodovia Admar Gonzaga, 2765 Itacorubi - 88034-001 - Florianópolis, SC