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1 Castro,J.T.P. Fundamentos da Especificação e Seleção de MATE RIAIS para Uso em Projeto Mecânico Prof. Jaime Tupiassú Pinho de Castro Dept. Eng.Mecânica.

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1 1 Castro,J.T.P. Fundamentos da Especificação e Seleção de MATE RIAIS para Uso em Projeto Mecânico Prof. Jaime Tupiassú Pinho de Castro Dept. Eng.Mecânica PUC-Rio

2 2 Castro,J.T.P. PROPRIEDADES DOS MATERIAIS Vários tipos de propriedades são importantes na prática do projeto mecânico: ý Econômicas ý Mecânicas ý Superficiais ý Fabricação ý Físicas ý Microestruturais ý Estéticas

3 3 Castro,J.T.P. Propriedades ECONÔMICAS è Preço ò Custos Financeiros ò Valor de Mercado ò Incentivos Fiscais è Disponibilidade ò Fornecedores Alternativos ò Materiais com Propriedades Equivalentes è Atualização Tecnológica ò Ciência e Tecnologia Evoluem Rapidamente! ò Necessário Estudo Permanente

4 4 Castro,J.T.P. Propriedades MECÂNICAS è Resistências ò Dureza (HV, HB, HR) ò Escoamento (S Y ) ò Ruptura (S ut, S uc ) ò Fadiga (S f (N)) ò Fluência (S c (temperatura, tempo)) â Flexão, Esmagamento, Cisalhamento, Delaminação, desgaste, etc.

5 5 Castro,J.T.P. Propriedades MECÂNICAS è Rigidez (quanto o material deflete sob carga)  E,, G (f(  ) nos materiais anisotrópicos: [  ]=[E][  ] ) è Tenacidade (energia absorvida durante a propagação de trincas) ò K Ic, J Ic, COD, Charpy è Ductilidade (capacidade de sofrer deformações plásticas)    f, RA, Dobramento, Embutimento

6 6 Castro,J.T.P. Propriedades SUPERFICIAIS è Corrosão è Fricção è Desgaste ò Abrasão ò Adesão ò Erosão è Revestimento è Adesão ou Colagem

7 7 Castro,J.T.P. Propriedades de FABRICAÇÃO è Usinagem è Soldagem è Colagem è Fundição è Conformação è Acabamento

8 8 Castro,J.T.P. Propriedades FÍSICAS e QUÍMICAS è Elétricas ò Resistência, Piezo e Termoeletricidade è Magnéticas ò Permeabilidade, Imantação è Óticas ò Cor, Transparência, Refração, Absorção è Térmicas ò Condutância, Expansão, C p, C v, T f, T v, H f, H v è Reatividade Química

9 9 Castro,J.T.P. Propriedades MICROESTRUTURAIS è Tipo (cristalina, cadeias, amorfa) è Cristalização (CFC, CCC, HC,...) è Defeitos (discordâncias, vazios) è Fases è Solubilidade è Tratamentos Termo-Mecânicos

10 10 Castro,J.T.P. ESTÉTICAS Propriedades ESTÉTICAS è Aparência è Textura è Tato è Jeito è Moda íVariam muito com o tempo e são difíceis de quantificar, mas têm grande valor econômico

11 11 Castro,J.T.P. è Das PROPRIEDADES DOS MATERIAIS usadas em projetos mecânicos e estruturais, a tenacidade (resistência à propagação de trincas) é em geral a mais importante, seguida do custo, das diversas resistências (escoamento, ruptura, etc.), da rigidez e da fabricabilidade è Por isto são usados na prática materiais de todas as quatro classes: ý METAIS ý CERÂMICAS ý POLÍMEROS ý COMPOSTOS

12 12 Castro,J.T.P. Materiais METÁLICOS è Elementos com valência 1, 2 ou 3 è Ligação metálica (compartilhamento dos elétrons livres) è Microestrutura cristalina è Dúcteis (alta plasticidade) è Rígidos (alto módulo de elasticidade) è Tenazes (resistentes a trincas) è Encruáveis (endurecem por deformação)

13 13 Castro,J.T.P. Materiais METÁLICOS è Opacos è Bons condutores de calor e eletricidade è Temperáveis (quando têm mais de uma fase alotrópica) è Ligas endurecíveis por precipitação è Ativos quimicamente è Propagação de discordâncias em geral muito mais fácil que clivagem

14 14 Castro,J.T.P. Materiais CERÂMICOS è Em geral a combinação de metais com não-metais (valência 5, 6 ou 7) è Ligação iônica ou covalente   estrutura cristalina (complexa) ou vítrea è Alta rigidez è Alta dureza è Frágeis è Não encruáveis nem maleáveis

15 15 Castro,J.T.P. Materiais CERÂMICOS è Quimicamente estáveis è Propagação de discordâncias quase impossível (quase sempre clivam) è Alto ponto de fusão è Isolantes elétricos è Maus condutores de calor è Pouco endurecíveis por precipitação íNas aplicações estruturais os materiais cerâmicos devem ser usados em compresão

16 16 Castro,J.T.P. Materiais POLIMÉRICOS è Longas cadeias de moléculas repetidas (em geral orgânicas) è Ligações covalentes nas cadeias (entre as cadeias é secundária nos termoplásticos e covalente nos termofixos) è Baixa temperatura de fusão ou de decomposição   estrutura amorfa ou pouco cristalina è Pouco rígidos

17 17 Castro,J.T.P. Materiais POLIMÉRICOS è Maus condutores de calor è Viscoelásticos e dúcteis acima da temperatura de transição vítrea (frágeis abaixo de T v ) è Pouco densos è Bons isolantes elétricos è Podem ter boa resistência química e è Ótima fabricabilidade

18 18 Castro,J.T.P. Materiais COMPOSTOS è Combinação de dois ou mais materiais cujas propriedades são diferenciadas das dos constituintes: concreto armado (cerâmica reforçada por metal), madeira (dois polímeros, celulose e lignina), fibra de vidro (numa matriz polimérica), vídia (WC + Co) e isopor (poliestireno + CO 2 ) são exemplos típicos


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