ATPS MATERIAIS 1

ATPS – Materiais de Construção Mecânica I

Etapa 2 – Propriedades mecânicas dos metais. Falha.

Passo 1

1) Conceitos de Tensão e Deformação

Denomina-se tensão mecânica o valor da distribuição de forças por unidade de área em torno de um ponto dentro de um corpo material ou meio contínuo. Considere uma barra carregada nas extremidades por forças axiais F, que produzem alongamento uniforme ou tração na barra. Sob ação dessas forcas originam-se esforços internos no interior da barra. Considere-se um corte imaginário na seção m-m, normal a seu eixo. Removendo-se, por exemplo, a parte direita do corpo, os esforços internos na seção considerada (m-m) transformam-se em esforços externos.

Para que não se altere o equilíbrio, estes esforços devem ser equivalentes a resultante, também axial, de intensidade F. Quando estas forças são distribuídas perpendiculares e uniformemente sobre toda a seção transversal, recebem o nome de tensão normal.

Por sua vez, a aplicação de uma força axial de tração num corpo preso produz uma deformação no corpo, isto é, um aumento no seu comprimento com diminuição da área da seção transversal.

A deformação (alongamento) é representada pela letra A (ou ε) e é calculada subtraindo-se o comprimento inicial do comprimento final e dividindo-se o resultado pelo comprimento inicial. Em linguagem matemática, esta afirmação pode ser expressa pela seguinte igualdade:

; ou

Sendo que Lo representa o comprimento inicial antes do ensaio e Lf representa o comprimento final após o ensaio.

Passo 2

1) Diagrama Tensão versus Deformação do Alumínio

O alumínio apresenta baixo módulo de elasticidade, aproximadamente 1/3 do valor do aço. Por isso, as estruturas de alumínio dão uma resposta satisfatória para o efeito das tensões, deformações e ajustes. No entanto determina uma avaliação cuidadosa da rigidez, pois para a mesma tensão, as deformações serão maiores.

Diferente dos aços estruturais, o alumínio não apresenta, no seu diagrama tensão X deformação, um patamar de escoamento, sendo a tensão de escoamento do material determinada por métodos convencionados.

Comparação entre as curvas tensão x deformação para o aço ASTM A36 e a liga de alumínio 6061-T6. Fonte: BUZINELLI E MALITE, 2008.

2) Ensaio de Dureza do Alumínio

A dureza de um metal é definida como a medida da sua resistência à penetração. Existem várias maneiras de se determinar a dureza, sendo as mais comuns a Brinell, a Vickers e a Rockwell. Todos os ensaios de dureza são empíricos, ainda que existam tabelas indicativas da relação entre as várias escalas de dureza, a “equivalência” de valores deve ser usada com reserva. Mais importante ainda é o fato de que não existe relação direta entre o valor de dureza e as propriedades mecânicas das várias ligas de alumínio. Os elementos de liga aumentam em muito a resistência do alumínio, assim como o tratamento térmico e o endurecimento pelo trabalho a frio, porém a dureza é significativamente mais baixa do que a maioria dos aços.

Abaixo, podem-se observar ensaios de dureza comumente usados para os seguintes materiais.

Dureza Materiais

Brinell Metais

Rockwell Metais

Meyer

Metais

Vickers Metais, Cerâmicas

Knoop Metais, Cerâmicas

Shore Polímeros, Elastômeros, Borrachas.

Barcol Alumínio, Borrachas, Couro, Resinas.

IRHD Borrachas

Como visto, para o alumínio utilizamos o método Barcol, uma forma de avaliar a dureza de um material através da medida da resistência a penetração de uma ponta de aço forçada por uma mola. No instrumento de medição, chamado de durômetro de Barcol, há uma escala entre 0 e 100. Este método de medição é usado para obter a dureza de ligas de alumínio, metais de baixa dureza, como chumbo e latão, polímeros, borrachas e couro. Além disso, é usado para medir o nível de cura de resinas.

Etapa 3 – Diagramas de Fases. Transformações de Fase em Metais. Processamento

Térmico de Ligas Metálicas.

Passo 1

1) Diagrama de fase do Alumínio - Silício

Ligas hipoeutéticas

As ligas hipoeutéticas possuem teores de silício abaixo de 12,6%, sendo que uma das ligas mais utilizadas em fundição sob pressão é a 380 (SAE 306), constituída por alumínio, silício 7,5 a 9,5%, cobre 3,0 a 4,0%, magnésio até 0,5% e ferro entre 0,8 e 1,0% (tabela 3). Estas ligas, por possuírem um menor teor de silício, tendem a uma solidificação “pastosa” devido à solidificação dendrítica, além de um maior intervalo de solidificação (590 – 520°C).

As principais características destas ligas são:

- Boa Fluidez

- Elevada resistência à formação de trincas a quente

- Resultam em elevada estanqueidade em peças fundidas

- Apresentam grande intervalo de solidificação

A combinação de elevados teores de ferro e cobre estende a solidificação das ligas para temperaturas mais baixas, aumentando o intervalo de solidificação e garantindo uma maior capacidade de compactação da liga durante a terceira fase de injeção.

Quando ligas com solidificação pastosa são utilizadas em peças injetadas, a pressão aplicada pela máquina é transmitida durante mais tempo por toda a peça através da massa pastosa, diminuindo a possibilidade de formação de rechupes em regiões de maior massa. Obviamente, para que a pressão aplicada pelo pistão se transmita para toda a peça, os canais de injeção devem ser os últimos a se solidificar.

Apesar