A Seleção de Materiais

1. Introdução

O processo de seleção de materiais a serem usados na estrutura e no motor é muito

importante no projeto de aeronaves. A escolha do material é tão importante quanto o próprio

projeto. Não faz sentido conceber um bom projeto de um componente estrutural ou do motor se

o material for inadequado. O objetivo chave da seleção de materiais é identificar qual o material

é mais adequado para atender os requisitos de projeto de um componente de uma aeronave.

Selecionar o material mais adequado envolve a busca da melhor correspondência entre os

requisitos do projeto de um componente e as propriedades dos materiais. Há um grande número

de requisitos para os materiais utilizados em aeronaves. Por exemplo, a Figura 1 mostra apenas

alguns dos principais requisitos para as diferentes seções de um avião comercial. Cada

componente deve ser cuidadosamente analisado quanto aos seus principais requisitos de

propriedade, a fim de selecionar o melhor material.

Figura 1. Exemplo de requerimentos de projeto na fuselagem de um Airbus A380.

A seleção de materiais no setor aeroespacial envolve duas situações seleção dos

chamados materiais revolucionários ou evolutivos. A seleção de materiais revolucionários

envolve a seleção de um material que não tenha sido usado anteriormente em aeronaves. Exemplo:

a primeira vez que GLARE foi usado no Airbus A380. A seleção de material revolucionário

também pode envolver a escolha de um material existente para uma nova aplicação como o uso

do compósito de fibra de carbono-epóxi pela primeira vez na fuselagem do avião de passageiros

Boeing 787. A seleção de um material revolucionário é geralmente feita para alcançar uma grande

melhoria em um ou mais aspectos da aeronave, como grande redução no custo, grande redução

no peso, melhora significativa na vida em fadiga ou aumento significativo da resistência a danos.4

A seleção de materiais evolutivos envolve a seleção de um material existente para uma aplicação

em que já foi usado antes. Também pode envolver o uso de um material que foi ligeiramente

melhorado a partir de um tipo existente, como uma nova liga de alumínio com uma pequena

modificação no teor de liga ou tratamento térmico em comparação com a liga de alumínio

utilizada anteriormente. A seleção de um material evolutivo geralmente resulta em uma melhoria

menor no desempenho, mas menor risco. Independentemente de serem escolhidos materiais

novos ou existentes, o processo pelo qual o melhor material é selecionado é o mesmo.

O processo de seleção de um material que melhor atenda aos requisitos de projeto envolve

a consideração de muitos fatores, como custo, facilidade de fabricação, desempenho e vida

operacional. Outras considerações podem incluir o espaço disponível para o componente, o

ambiente, temperatura de operação, número de peças a serem produzidas. O projeto mais eficiente

de uma estrutura ou motor de aeronave é alcançado através da identificação precoce na fase de

projeto as propriedades do material que são mais essenciais para alcançar os requisitos do

material. Os materiais são então selecionados com base em sua capacidade de atender a esses

requisitos.

Os fatores considerados na seleção de materiais podem ser divididos nas seguintes

categorias propriedades estruturais, fatores econômicos, questões de fabricação, durabilidade no

ambiente da aviação, impacto ambiental, propriedades especializadas.

A Tabela 1 lista as propriedades do material mais frequentemente consideradas no projeto

de estruturas e motores de aeronaves.

Tabela 1. Propriedades de limitação de projeto usadas na seleção de materiais [1].

Classe Propriedades

Propriedades Estruturais Densidade

Módulo de elasticidade (tração, cisalhamento).

Resistência (ao escoamento, última, a fratura)

Dureza

Resistência a fadiga (tempo de vida, tensão de falha)

Resistência a fluência (taxa de fluência, tensão de ruptura)

Economia e fatores de

negócio

Custo (matéria-prima, processamento, manutenção)

Disponibilidade

Serviço de vida

Regulamentação

Produção. Fabricação e fundição (conformabilidade, usnabilidade,

soldabilidade)5

Dimensões (forma, superfície, acabamento, planicidade

tolerâncias)

Número de itens

Inspeção não destrutiva para assegurar qualidade

Durabilidade no meio Taxa de corrosão,

Taxa de oxidação

Taxa de absorção de umidade

Impacto ambiental Sustentabilidade

Emissões de gases de efeito estufa e outras emissões

Reciclabilidade