Lista sobre propriedades mecanicas - Ciencia dos Materiais

LISTA DE EXERCÍCIOS SOBRE PROPRIEDADES MECÃNICAS

1) Defina: Limite de Escoamento, Limite de Resistência a Tração, Módulo de Elasticidade, Tenacidade, Resiliência, Ductilidade e Dureza.

Resposta: Limite de Escoamento é a tensão máxima que o material suporta ainda no regime elástico de deformação.

Limite de Resistência a Tração de um material é até o ponto em que o material pode ser tracionado sem se danificar.

Módulo de Elasticidade é a razão entre a tensão e a deformação na direção da carga aplicada, sendo a máxima tensão que o material suporta sem sofrer deformação permanente.

Tenacidade é a energia mecânica, ou seja, o impacto necessário para levar um material à ruptura. Tenacidade é uma medida de quantidade de energia que um material pode absorver antes de fraturar. 

Resiliência é a propriedade que alguns corpos apresentam de retornar à forma original após terem sido submetidos a uma deformação elástica.

Ductilidade é a propriedade que representa o grau de deformação que um material suporta até o momento de sua fratura. 

Dureza é a propriedade característica de um material sólido, que expressa sua resistência a deformações permanentes e está diretamente relacionada com a força de ligação dos átomos.

2) Como os defeitos cristalinos influenciam as propriedades dos materiais? 

Resposta: 

Defeitos cristalinos: impurezas, espaço vazio(falta de um átomo), discordância(posição dos planos), contorno do grão.

Elétrons passando pelo material condutor e se deparando com um espaço vazio(falta de um átomo) no mesmo, prejudica, deixando o material menos condutor.

Os defeitos cristalinos influenciam muito nas suas propriedades físicas e mecânicas, o que, por sua vez, altera propriedades de engenharia importantes, tais como a plasticidade (a frio) das ligas, a condutividade eletrônica dos semicondutores (condutividade dos semicondutores depende das impurezas presentes) a velocidade de migração dos átomos nas ligas (a difusão atômica pode ser acelerada pelas impurezas e imperfeições) a cor e luminescência de muitos cristais se devem as impurezas ou imperfeições, assim como a corrosão dos metais. Os defeitos são importantes, mesmo em concentrações muito pequenas, porque podem causar uma mudança significativa nas propriedades de um material. Por exemplo, sem a presença de defeitos:

• os dispositivos eletrônicos do estado sólido não existiriam;

• os metais seriam muito mais resistentes;

• os cerâmicos seriam muito mais tenazes;

• os cristais não teriam nenhuma cor.

3) Qual é a relação existente entre as discordâncias e a deformação plástica dos materiais?

Resposta: Discordância é uma distorção da rede cristalina, é um semiplano atômico extra, que também define a linha de discordância. Já a deformação Plástica, é produzida mediante o movimento de um grande número de discordâncias que se movem por escorregamento. Uma discordância se move em resposta à aplicação de uma tensão de cisalhamento em uma direção perpendicular à linha de discordância e ao longo de um plano e uma direção de escorregamento. Durante a deformação plástica o número de discordância aumenta. As fontes de novas discordâncias são as já existentes, os contornos de grão, os defeitos internos e irregularidades na superfície que atuam como concentradores de tensões.

4) Por que o módulo de elasticidade depende da orientação cristalográfica?

Resposta: O módulo de elasticidade para algumas ligas metálicas, quanto maior, mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão. Como consequência do módulo de elasticidade estar diretamente relacionado com as forças interatômicas, os materiais cerâmicos tem alto módulo de elasticidade, enquanto os materiais poliméricos tem baixo. Com o aumento da temperatura o módulo de elasticidade diminui, e considerando o mesmo material, o módulo de elasticidade depende apenas da orientação cristalina, pois o módulo de elasticidade é fortemente dependente das forças de ligação entre os átomos e estas,  consequentemente do módulo de elasticidade, são maiores para metais com temperaturas de fusão mais elevadas. A orientação cristalina, identificação de posições, direções e planos em um cristal é de suma importância pois interfere nas propriedades de um material, como a sua deformação.

Resumindo: A orientação cristalina interfere nas propriedades de um material, como a sua deformação, por estar relacionada com as forças interatômicas, posições, direções e planos de um cristal, devido a isso o módulo de elasticidade depende diretamente da orientação cristalográfica.

5) Qual é a importância tecnológica do limite de escoamento?

Resposta: O limite de escoamento do material é importante, pois como é a tensão máxima que o material suporta ainda no regime elástico de deformação podemos assim saber como o material irá se comportar quando aplicado certa tensão. Desde modo conseguimos definir para qual aplicação o material será utilizado, se para certo uso deveremos trocar de material para que resista a força que o sistema demandará, etc.

6) O que pode dificultar a movimentação das discordâncias e o que ocorre quando isso acontece?

Resposta: Há vários fatores que podem dificultar a movimentação das discordâncias, são eles: o encruamento do material, redução do tamanho de grão, “solução sólida” inserção de átomos de soluto(substitucional ou intersticial) na estrutura cristalina, introduzir de pequenas partículas de precipitação de fase β. Dificultar a movimentação das discordâncias torna os materiais mais resistentes, mais duros e menos dúcteis.