UNIFACS Materiais Metálicos

Apresentação em tema: "UNIFACS Materiais Metálicos"— Transcrição da apresentação:

1 UNIFACS Materiais Metálicos
AULA 10 Seleção de Materiais Lucas Nao Horiuchi 11/Jun/10

2 Avaliações Tipo de avaliação Peso Data
Avaliação escrita (P1) 2,5 09/abr Avaliação escrita (P2) 2,0 21/mai Avaliação escrita (P3) 1,5 18/jun ARHTE/Seminário 1,0 11/jun 2ª Chamada 01/jul (??) Avaliação Final 3,0 09/jul

3 1. Seleção de Materiais: objetivo
Desenvolvimento de um novo produto, componente ou planta industrial; Melhoria de um produto ou equipamento já existente; Solução de uma situação problema (peça defeituosa, processo com muito refugo, etc).

4 1. Seleção de Materiais: objetivo
Para inovar é preciso conhecer materiais e processos de fabricação; Projeto e processamento são paralelos até teste final de protótipos; A seleção do material quando não determina o processo de fabricação do produto, pelo menos vai limitar a sua escolha.

5 Processo de Seleção

6 2. Seleção de Materiais: introdução
METAIS CERÂMICAS AL2O3 Aço C CaCO3 AL/LIGAS INOX ZrO2 CaO Mg/LIGAS BAIXA LIGA FF DIAMANTE WC COBRE / LIGAS SiC/Al2O3 MgO VIDRO MATERIAIS NATURAIS POLÍMEROS PRFV B AÇO FERRAMENTA COMPÓSITOS TiC PP+CaCO3 EPOXY ABS PEAD PVC EVA PP MADEIRA PET PEBD PMMA PU BORRACHA NATURAL HIPS SBS PA6

7 2. Seleção de Materiais: introdução
Em raras ocasiões um material reúne COMBINAÇÃO IDEAL DE PROPRIEDADES, ou seja, muitas vezes é necessário reduzir uma em benefício da outra; Exemplo: resistência X ductilidade (geralmente um material de alta resistência apresenta ductilidade limitada); Este tipo de circunstância exige que se estabeleça um compromisso razoável entre duas ou mais propriedades;

8 2. Seleção de Materiais: introdução
Os critérios para a seleção de um material são: - Condições de Operação: temperatura de trabalho, agentes corrosivos (ataque químico), desgaste, radiações; Propriedades requeridas (limitações e restrições de uso); Disponibilidade de matéria-prima e viabilidade técnica de transformação; Impacto ambiental / reciclabilidade pós uso; Custo (beneficiamento, transformação, fabricação, descarte, etc).

9 2. Seleção de Materiais: introdução
A ciência dos materiais está presente em todos setores: Elétrico: materiais elétricos / dielétricos; Civil: estruturas, estética, resistência às intempéries; Químico: processos, corrosão, ambiente e reciclagem; Automotivo: leveza, resistência mecânica, durabilidade; Metalúrgico: aços e ligas; Mecânico: componentes, motores, energia; Materiais: melhor desempenho, menor custo; Aeroespacial: densidade/resistência mecânica, alta temperatura.

10 2. Seleção de Materiais: introdução
Ampliar os conhecimentos dos materiais disponíveis: ESTRUTURA X PROPRIEDADES; Entender seu comportamento (perante trabalho mecânica e vida útil); Reconhecer efeitos do meio e condições de serviço (corrosão, composição química); Fornecer subsídios para a seleção de materiais (equipamentos para ensaios mecânicos).

11 2. Seleção de Materiais: introdução
Condições do meio: Temperatura Pressão Composição do meio reacional Traz diferencial competitivo; Concorrência externa; Tamanho do mercado; Resistência ao calor, Resistência à corrosão, Propriedades físicas, Composição química

12 2. Seleção de Materiais: introdução

13 2. Seleção de Materiais: introdução

14 2. Seleção de Materiais: introdução

15 3. Classificação dos materiais
Metálicos: cobre, ferros fundidos, ligas de aço; Materiais metálicos são geralmente uma combinação de elementos metálicos; Os elétrons não estão ligados a nenhum átomo em particular e por isso são bons condutores de calor e eletricidade; Não são transparentes à luz visível; Têm aparência brilhosa quando polidos Geralmente são resistentes e dúcteis São muito utilizados para aplicações estruturais

16 Modificação de materiais naturais;
O número de materiais cresceu muito nas últimas décadas e a tendência é de se proliferarem mais num futuro próximo. Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de extração de materiais da natureza; Modificação de materiais naturais; Combinação de materiais conhecidos para a formação de novos materiais;

17 4. Relação entre Estrutura -Processamento - Propriedades
Processo de Fabricação Estrutura Propriedades

18 4. Relação entre Estrutura -Processamento - Propriedades
Processo de Fabricação SELAÇÃO DE MATERIAIS Estrutura Propriedades

19 Divisão da ESTRUTURA nos Materiais

20 Propriedades dos Materiais
Mecânicas Resistência a tração, compressão, flexão; Resistência ao escoamento, à fadiga; Ductilidade; Modulo de elasticidade; Resistência ao desgaste; Físicas Propriedades elétricas; Magnéticas; Térmicas; Óticas; Químicas Resistência à corrosão;

21 Propriedades dos Materiais
Mecânicas

22 Propriedades dos Materiais
Elétrica

23 Exemplos - propriedades
- boa moldagem por fundição; - absorção de vibrações, usinabilidade; Bloco de motores de combustão Fofo cinzento - isolantes; Fornos Refratários - transparência; Janelas,potes Vidros Cerâmicos Boa suceptibilidade a tratamentos térmicos; Forjados Aços - alta condutividade elétrica; - boa conformabilidade; Cabos elétricos Cobre Metais Propriedades Aplicação Material Tipo de material

24 Processos de Fabricação
PROCESSO FABRIC.: Fundição; Metalurgia do pó; Extrusão Laminação Prensagem etc; Os materiais precisam adquirir forma e dimensões para serem utilizáveis na Indústria.

25 5. Processos de Fabricação
Metais: Fundição: areia, vazamento, molde permanente, cera perdida, lingotamento contínuo; Conformação: forjamento, extrusão, estampagem, dobramento, laminação, trefilação; Junção: soldagem (MIG, TIG, eletrodo revestido), por resistência elétrica; Metalurgia do Pó: convencional, MIM; Cerâmicos: Fundição, colagem; Sinterização; Compactação, extrusão e prensagem; Polímeros: Moldagem por injeção; Conformação: a vácuo, por repuxamento, por extrusão; Compósitos: Fundição, incluindo infiltração; Junção: termo-endurecíveis, adesivas; Prensagem e sinterização;

26 Diferentes Processos de Fabricação
Diferentes Microestruturas Diferentes Propriedades

27 6. Efeito do meio no comportamento do material
Temperatura: Aumento da temperatura diminui a resistência mecânica dos materiais; Corrosão: Metais: Reagem com O2 e outros gases; Aumento de temperatura acelera a corrosão; Ex: H2 dissolvido no cobre – fratura frágil; Desgaste: Abrasão: ex: pisos cerâmicos desgastados com tráfegos de pessoas;

28 7. Seleção dos materiais Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção
Cilindro de comprimento L e raio r. Aplica-se um momento de torção Mt, que produz ângulo torção ; Assim a tensão de cisalhamento  é dado por: Onde J é o momento de inércia, que é dado por: Assim: Aplica-se um fator de segurança N: f= Lim. Resist. ao cisalhamento

29 7. Seleção dos materiais Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção
Tem-se que levar em consideração a massa do produto. Como a massa é o produto da densidade pelo volume: Isolando o raio: Substituindo na equação da tensão de cisalhamento: Tem-se: Propriedade do material (densidade/resistência) Melhor Material tem baixa relação /f2/3 Fator de segurança Parâmetro geométrico

30 7. Seleção dos materiais Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção
Denomina-se Índice de Desempenho “P”: Aplicando Log: Assim pode-se traçar famílias de retas, por ex: P=3, P=10, P=30, P=100 (MPa)2/3.m3/Mg y = ax b Retas com inclinação 3/2

31 7. Seleção dos materiais P=100 P=30 P=10 P=3

32 7. Seleção dos materiais Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção
1) Suponhamos que o eixo cilíndrico tenha como requisito P=10; Portanto o material deve estar ao longo ou acima da linha P=10; 2) Vamos supor que outro critério é que o material tenha uma resistência de 300MPa. 3) Materiais prováveis: - Aços; - Ligas de Ti; - Ligas de Al de alta resistência; - Compósitos de engenharia. P=10’

33 7. Seleção dos materiais Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção
Melhor desempenho

34 Melhor relação Custo/Desempenho
7. Seleção dos materiais Ex. Eixo cilíndrico tensionado por torção Melhor relação Custo/Desempenho

35 7. Seleção dos materiais

36 8. Engenharia Reversa A Engenharia Reversa (RE) é o processo de descobrir os princípios tecnológicos de um dispositivo/objeto ou de um sistema com a análise de suas estrutura, função e operação. Diretamente falando a RE geralmente é a arte de desmontar para saber como funciona.

37 8. Engenharia Reversa Tupolev Tu-64 Tu-64 da antiga URSS B-29 dos EUA

38 9. Considerações: propriedades físicas
O peso/densidade é um fator significante? Quais propriedades mecânicas são importantes? Existem requisitos elétricos? Condutividade? Resistividade? Existe alguma propriedade magnética necessária? As propriedade térmicas são importantes? Condutividade? Mudança de dimensões? Existe algum requisito ótico? A aparência é importante? Quanto? Cor, textura ou “sensação”?

39 9. Considerações: ambiente de trabalho
1. Qual a temperatura máxima, mínima e normal de operação do componente? A troca de temperatura é cíclica? Em que velocidade? 2. O ambiente é corrosivo? Quanto? 3. Qual a vida útil esperada? 4. Qual o nível desejável de inspeção e manutenção? 5. São considerados os aspectos de desmontagem ou reciclagem do componente?

40 9. Considerações: fabricação
1. Quantidade de componentes a serem feitos? 2. Podem ser especificados tamanho e forma padrão quando possível? 3. O projeto aponta aspectos que facilitam a manufatura? 4. Quais as seções mais finas e espessas do componente? 5. Qual o nível de qualidade em relação ao mercado? 6. Qual necessidades de controle de qualidade e inspeção? 7. Existem aspectos de (des)montagem que devam ser levados em consideração?

41 9. Considerações: custo Após a seleção de um grupo apropriado de materiais potenciais, o CUSTO torna-se um fator importante de seleção a ser considerado. 1. O material é muito caro para atender as necessidades do mercado? 2. Pode ser utilizado um material mais caro se ele oferece melhores propriedades? 3. Qual o balanço entre a fabricabilidade e custo do material?

42 9. Considerações: disponibilidade
1) O material selecionado deverá estar disponível em tamanho, na quantidade, na forma e no tempo necessário.

43 Obrigado pela atenção!! Dúvidas?