ATPS Materiais De Construção Mecanica

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 4

2. CARACTERISTICAS DOS MATERIAS DE CLASSIFICAÇÃO BASICA 5

2.1 Características das estruturas cristalinas de sistema cúbico 6

2.2 Definição do material metálico utilizado 6

2.3 Escolha do material e da bebida 7

3. ANALISE DO TETRAEDRO. 8

3.1 Conexões entre os itens do tetraedro 8

3.2 Processamento do vasilhame 8

4. RELATORIO 01 – ESTRUTURA DO VASILHAME 9

4.1 Imperfeições em sólidos 9

4.2 Controle das imperfeições 9

5. RELATÓRIO 02: PROPRIEDADES MECÂNICAS DO VASILHAME 10

5.1 Conceitos de tensão e deformação 10

5.2 Ensaios de tração 11

5.3 Ensaios de compressão 11

5.4 Ensaios de cisalhamento e de torção 12

5.5 Diagrama tensão deformação do alumínio. . 12

5.6 Ensaios de dureza do alumínio 13

5.7 Dureza Vickers 13

5.8 Dureza Rockwell 13

6. CONCLUSÃO 14

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 15

1. INTRODUÇÃO

Um item familiar fabricado a partir de três tipos de materiais diferentes é o recipiente de bebidas. As bebidas são comercializadas em latas de alumínio (metal), garrafas de vidro (cerâmico), e garrafas plásticas (polímeros). Neste trabalho iremos discutir o comportamento tensão-deformação do alumínio e as propriedades mecânicas relacionadas e também examinar outras características mecânicas importantes. As discussões dos aspectos microscópicos dos mecanismos de deformação e os principais ensaios de dureza do material.

2. CARACTERISTICAS DOS MATERIAIS DE CLASSIFICAÇÃO BASICA

Os materiais sólidos têm sido convenientemente agrupados em três classificações básicas: metais, cerâmicos e polímeros. Esse esquema está baseado principalmente na composição química e na estrutura atômica, e a maioria dos materiais se encaixa em um ou outro grupamento distinto, embora existam alguns materiais intermediários. Adicionalmente, existem três outros grupos de materiais importantes na engenharia são eles: compósitos, semicondutores e biomateriais. Os compósitos consistem em combinações de dois ou mais materiais diferentes, enquanto os semicondutores são utilizados devido às suas características elétricas peculiares; os biomateriais são implantados no interior do corpo humano. Uma explicação sucinta dos tipos de materiais e suas características representativas são apresentadas a seguir.

Metais

Materiais metálicos são normalmente combinações de elementos metálicos. Eles possuem um número grande de elétrons não localizados; isto é, estes elétrons não estão ligados a qualquer átomo em particular. Muitas propriedades dos metais são atribuídas diretamente a estes elétrons. Os metais são condutores extremamente bons de eletricidade e calor, e não são transparentes à luz visível; uma superfície metálica polida possui uma aparência lustrosa. Além disso, os metais são muito resistentes, e ainda assim deformáveis, o que é responsável pelo seu uso extenso em aplicações estruturais.

Cerâmicos

Os cerâmicos são compostos entre os elementos metálicos e não metálicos; eles são frequentemente óxidos, nitretos e carbetos. A grande variedade de materiais que se enquadra nesta classificação inclui cerâmicos que são compostos por minerais argilosos, cimento e vidro. Estes materiais são tipicamente isolantes à passagem de eletricidade e calor, e são mais resistentes a altas temperaturas e ambientes abrasivos do que os metais e polímeros. Com relação ao comportamento mecânico, os cerâmicos são duros, porém muito quebradiços.

Polímeros

Os polímeros compreendem os materiais comuns de plástico e borracha. Muitos deles são compostos orgânicos que têm sua química baseada no carbono, no hidrogênio e em outros elementos não metálicos; além disso, eles possuem estruturas moleculares muito grandes. Estes materiais possuem tipicamente baixas densidades e podem ser extremamente flexíveis.

Compósitos

Vários materiais compósitos, que consistem em mais de um tipo de material, têm sido desenvolvidos pela engenharia. A fibra de vidro é um exemplo familiar, no qual fibras de vidro são incorporadas no interior de um material polimérico. Um compósito é projetado para mostrar uma combinação das melhores características de cada um dos materiais que o compõe. A fibra de vidro adquire resistência do vidro e flexibilidade do polímero. Muitos dos desenvolvimentos recentes de materiais têm envolvido materiais compósitos.

2.1 Características das estruturas cristalinas de sistema cúbico

2.2 Definição do material metálico utilizado

Alumínio

O alumínio, por suas excelentes propriedades físico-químicas entre as quais se destacam o baixo peso específico, a resistência à corrosão, a alta condutibilidade térmica e elétrica e a infinita reciclagem, apresenta uma ampla variedade de utilização, que o torna o metal não ferroso mais consumido no mundo, foi o material escolhido pelo grupo para ser utilizado na produção do vasilhame, segue abaixo as principais características deste material.

O alumínio foi descoberto por Sir Humphrey Davy em 1809, tendo sido isolado pela primeira vez em 1825 por H. C. Oersted. Porém, apenas em 1886 foi desenvolvido um processo industrial econômico de redução. Recentemente dois cientistas trabalhando independentemente, Charles Martin Hall, nos Estados Unidos, e Paul Louis Héroult, na França, inventaram o mesmo procedimento eletrolítico para reduzir a alumina em alumínio. O procedimento Hall-Héroult é o que se usa atualmente e consome cerca de 14,8 kWh (média brasileira) para a produção de um quilo de alumínio primário. O elemento “alumínio” é abundante na crosta terrestre na forma de óxido de alumínio (Al2O3) e as reservas minerais são quase ilimitadas.

O minério industrial mais importante é a “bauxita”, com um teor de óxido de alumínio entre 35% a 45%; suas jazidas localizam-se principalmente nas regiões tropicais e, no Brasil, concentram-se na área amazônica. O Brasil tem vocação para produção de alumínio, pois além da abundante reserva de bauxita (o Brasil detém a terceira maior reserva de bauxita do mundo), tem um alto potencial de geração de energia hidrelétrica, que é um insumo primordial para obtenção do alumínio primário através da eletrólise.

2.3 Escolha do material e da bebida

O material do vasilhame, conforme mencionado acima será o alumínio, para a definição da bebida a ser armazenada neste vasilhame, foram observados alguns aspectos; positivos e negativos em relação ao material do vasilhame.

O alumínio, principal componente da lata, é um material atóxico e resistente, sendo ideal para o acondicionamento da bebida escolhida, a Cerveja. A lata de alumínio tem grande aceitação pelo mercado e pelos consumidores finais, com a característica de gelar rapidamente, ser prática, leve e de fácil manuseio e acondicionamento.

3. ANALISE DO TETRAEDRO

Composição: Engloba os elementos que serão utilizados para formar o material desejado, se for compósitos quais materiais vai compor o novo material.

Estrutura: é o arranjo atômico (CCC, CFC) a ser formado, e a microestrutura (poli ou monocristalino) prevista para aquele material.

Propriedades: São as características que este material vai possuir, ex: condução de calor , de eletricidade, ductilidade e etc.

Processamento: É a produção do material desenvolvido em larga escala.

3.1 Conexões entre os itens do tetraedro

3.2 Processamento do vasilhame

4. RELATORIO 01 – ESTRUTURA DO VASILHAME

4.1 Imperfeições em sólidos

Ao estudar os materiais cristalinos, tem-se admitido que existe uma perfeita ordem em escala atômica, contudo esse tipo de sólido idealizado não existe, todos os materiais contém grandes números de uma variedade de defeitos e imperfeições. As propriedades de alguns materiais são profundamente influenciadas pela presença de imperfeição no sólido cristalino, o tipo e o número de defeitos dependem do material, do meio ambiente, e das circunstâncias sob as quais o cristal é processado, mesmo sendo poucos eles influenciam muito nas propriedades dos materiais e nem sempre de forma negativa. Após relatos de um profissional da área de matérias pode-se concluir que as imperfeições são importantes e podem ser adicionadas intencionalmente com a finalidade de aumentar a resistência mecânica, a resistência à corrosão e a condutividade elétrica.

4.2 Controle das imperfeições

Um dos aspectos que tornam as ligas de alumínio tão atraentes como materiais de construção mecânica é o fato do alumínio poder combinar-se com a maioria dos metais de engenharia, chamados de elementos de liga, formando ligas e a partir dessa combinação ser possível obter características tecnológicas ajustadas de acordo com a aplicação do produto final. Naturalmente, uma só liga não pode combinar todas as propriedades ótimas para cada aplicação, sendo necessário conhecer-se as vantagens e limitações de cada uma delas para que se possa fazer a melhor seleção. O grande alcance das ligas oferece à indústria uma grande variedade de combinações de resistência mecânica, resistência à corrosão e ao ataque de substâncias químicas, condutibilidade elétrica, usinabilidade, ductibilidade, formabilidade, etc. Descrever a função de cada elemento

de liga é difícil porque esta se altera, não só com a quantidade dos elementos presentes na liga, mas, também, pela sua interação com outros elementos.

Em geral, podemos dividir os elementos entre aqueles que conferem à liga a sua característica principal (resistência mecânica, resistência à corrosão, fluidez no preenchimento de moldes, etc.), os que têm função acessória, como o controle de microestrutura e das impurezas e traços que prejudicam a fabricação ou a aplicação do produto, os quais devem ser controlados no seu teor máximo.

Dependendo do grupo de ligas, um determinado elemento químico tem função como adição ou é indesejável como impureza.

5. RELATÓRIO 02: PROPRIEDADES MECÂNICAS DO VASILHAME

5.1 Conceitos de tensão e deformação

Muitos materiais, quando em serviço, estão sujeitos a forças ou cargas; alguns exemplos são a liga de alumínio a partir da qual a asa de um avião é construída e o aço no eixo de um automóvel. Em tais situações, torna-se necessário conhecer as características do material e projetar o membro a partir do qual ele é feito, de tal maneira que qualquer deformação resultante não seja excessiva e não ocorra fratura. O comportamento mecânico de um material reflete a relação entre a sua resposta ou deformação a uma carga ou força que esteja sendo aplicada. Algumas propriedades mecânicas importantes são a resistência, a dureza, a ductilidade e a rigidez. Dentre os fatores a serem considerados incluem-se a natureza da carga aplicada e a duração da sua aplicação, bem como as condições ambientais. A carga pode ser de tração, compressiva, ou de cisalhamento. e a sua magnitude pode ser constante ao longo do tempo ou então flutuar continuamente. O tempo de aplicação pode ser de apenas uma fração de segundo, ou pode se estender ao longo de um período de muitos anos. A temperatura de operação pode ser também um fator importante. As propriedades mecânicas são o alvo da atenção de várias pessoas e grupos (por exemplo, produtores e consumidores de materiais, organizações de pesquisa, agências governamentais), que possuem interesses diferentes. O estabelecimento e a publicação de normas padrões são frequentemente coordenados por sociedades profissionais. Nos Estados Unidos, a organização mais ativa é a Sociedade Americana para Ensaios e Materiais (ASTM -American Society for Testing and Materials).

5.2 Ensaios de tração

Um dos ensaios mecânicos de tensão-deformação mais comuns é executado sob tração. Como será visto, o ensaio de tração pode ser usado para avaliar diversas propriedades mecânicas dos materiais que são importantes em projetos. Uma amostra é deformada, geralmente até a sua fratura, mediante uma carga de tração gradativamente crescente que é aplicada uniaxialmente ao longo do eixo mais comprido de um corpo de prova. Normalmente, a seção reta é circular, porém corpos de prova retangulares também são usados. Durante os ensaios, a deformação fica confinada à região central, mais estreita, do corpo de prova, que possui uma seção reta uniforme ao longo do seu comprimento. O corpo de prova é preso pelas suas extremidades nas garras de fixação do dispositivo de testes conforme figura abaixo:

A máquina de ensaios de tração é projetada para alongar o corpo de prova a uma taxa constante, além de medir contínua e simultaneamente a carga instantânea aplicada (com uma célula de carga) e os alongamentos resultantes (usando um extensômetro). Tipicamente, um ensaio de tensão-deformação leva vários minutos para ser executado e é destrutivo, isto é, a amostra testada é deformada de maneira permanente, sendo geralmente fraturada.

5.3 Ensaios de compressão

Os ensaios tensão-deformação de compressão podem ser conduzidos se as forças nas condições de serviço forem desse tipo. Um ensaio de compressão é conduzido de uma maneira semelhante à de um ensaio de tração, exceto pelo fato de que a força é compressiva e o corpo de prova se contrai ao longo da direção da tensão. Por convenção, uma força compressiva é considerada como sendo negativa, o que produz uma tensão também negativa. Os ensaios de tração são mais comuns, pois são mais fáceis de serem executados; além disso, para a maioria dos materiais usados em aplicações estruturais, muito pouca informação adicional é obtida a partir de ensaios de compressão. Os ensaios de compressão são usados quando se deseja conhecer o comportamento de um material submetido a deformações grandes e permanentes

5.4 Ensaios de cisalhamento e de torção

Para ensaios que são realizados usando-se uma força puramente cisalhante, As unidades para a tensão e a deformação cisalhantes são as mesmas de seus componentes de tração correspondentes.

A torção é uma variação do cisalhamento puro, onde um membro estrutural é torcido e as forças torcionais produzem um movimento de rotação em torno do eixo longitudinal de uma das extremidades do membro em relação à outra extremidade. São encontrados exemplos de torção nos eixos de máquinas e eixos de acionamentos, e também em brocas helicoidais. Os ensaios de torção são executados, em geral, com eixos sólidos cilíndricos ou com tubos.

5.5 Diagrama tensão deformação do alumínio

5.6 Ensaios 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 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.

5.7 Dureza Vickers

O ensaio de dureza Vickers usa um penetrador de diamante em forma de pirâmide, aplicado sobre o corpo de prova com carga conhecida, porém variável. Mede-se o comprimento da diagonal da impressão e, com base nas tabelas-padrão da máquina para a carga aplicada, obtém-se o número de dureza do diamante da pirâmide (DPH),nas ligas de alumínio, os números Bhn e DPH são muito similares.

5.8 Dureza Rockwell

O ensaio de dureza Rockwell usa vários penetradores e cargas. As escalas Rockwell, cada uma associada com uma combinação de carga e penetrador, são necessárias para abranger o alcance de dureza de todos os metais. Entre os penetradores utilizados incluem-se esferas de aço com diâmetros de 1,58 mm a 12,7 mm, um diamante esfero-cônico e cargas de 15 kgf a 150 kgf.

6. CONCLUSÃO

Tratamos de uma variedade de questões relacionadas à ciência dos materiais e à engenharia dos materiais, com o objetivo de incluir critérios que pudessem ser empregados em um processo de seleção de materiais. Muitos desses critérios de seleção estavam relacionados às propriedades dos materiais ou a uma combinação dessas propriedades. O desempenho de um dado componente dependerá das propriedades do material a partir do qual ele é fabricado. A capacidade de processamento ou a facilidade com que o componente é fabricado também podem desempenhar um papel importante no processo de seleção. Na prática da engenharia existem outros critérios importantes que também devem ser considerados no desenvolvimento de um produto comercializável. Alguns desses critérios são de natureza econômica e, em certo grau, não estão relacionados a princípios científicos e à prática da engenharia, mas ainda assim são significativos para que um produto seja comercialmente competitivo. Outros critérios que devem ser abordados envolvem as questões ambientais e sociais, isto é, questões que estão relacionadas a poluição, descarte, reciclagem, energia.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Modelo de referência de site:

http://www.unianhanguera.edu.br/anhanguera/bibliotecas/normas_bibliograficas/index.html - Acesso em 05/04/2014

http://www.abal.org.br – Acesso em 26/03/2014

Modelo de referência de livro:

ASKELAND, Donald R.; PHULÉ, Pradeep P. The science and engineering of materials.4. ed.

California: Brooks/Cole-Thomson Learning, 2003.

• CALLISTER JR., William D. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais. 1. ed.

Rio de Janeiro: LTC, 2009.

• VAN VLACK, Lawrence Hall. Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais. 4. ed.

Rio de Janeiro: Campus, 2003.