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Guias e Dicas
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Tecnologia dos materiais, Notas de estudo de Engenharia de Tecidos

Apostilha - Apostilha

Tipologia: Notas de estudo

2011

Compartilhado em 19/07/2011

rinaldo-lourenco-6
rinaldo-lourenco-6 🇧🇷

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Baixe Tecnologia dos materiais e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Tecidos, somente na Docsity! e FICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS. referidas ao isótopo 12 « do Carbóno RE E 4 E RE z ê8 AR. sm E a A F EMEEIT) mpeg TEORIA ATÔMICA A matéria no universo é constituída de átomos, mas somente os gases inertes, que constituem apenas uma pequena fração da atmosfera, são encontrados no estado atômico. A maioria dos elementos existe na forma de moléculas consistindo em dois ou mais átomos iguais ou diferentes; exemplos O2, N2 ou CO2. À parte da matéria estruturalmente homogênea é denominada “fase”. As mudanças de fases podem ser representadas graficamente, conforme figura abaixo. Observa-se a temperatura de fusão e a temperatura de ebulição, onde, partindo do estado sólido temos a variação dos outros estados físicos da matéria (liquido e gasoso), bastando para tal, fornecer energia. Tanto na temperatura de fusão como na de ebulição, a temperatura permanece constante, ou seja, existem duas fases presentes e a temperatura é constante. Isso para substâncias puras. Mudança de fase (sólida, líquida e gasosa) Todos os elementos puros são encontrados no estado sólido (cristalino), liquido ou gasoso, dependendo das condições externas de temperatura e pressão. íons positivos e de elétrons de não valência, ou seja, pertencentes às órbitas mais internas, os que são mantidos ligados ao núcleo. Em outras palavras, os elétrons de valência podem sair eventualmente da órbita do átomo do qual participam para se incorporarem ao átomo vizinho. Pode, por assim dizer, haver uma troca de elétrons-valência: se um átomo pode perder um ou mais elétrons-valência do seu sistema, ele pode igualmente receber um ou mais elétrons-valência dos átomos vizinhos, ou ainda compartilhar elétrons-valência com esses átomos vizinhos. Metais: São encontrados, em alguns casos, no estado chamado nativo, ou seja, praticamente puros. Exemplos: ouro, platina, cobre, prata e mercúrio (estes três últimos com menos freqüência). Na maioria das vezes, os metais são encontrados na forma combinada com outros elementos, constituindo os chamados “minerais”, os quais são essencialmente compostos químicos, tais como óxidos, hidróxidos, sulfetos, carbonatos etc, aos quais se dão denominações determinadas como hematita, limonita, calcita, quartzo, feldspato, cassiterita, mica,... Esses minerais são encontrados na superfície da terra, até determinadas profundidades, isoladamente, ou em conjunto com outros minerais. Chama-se “Minério” os minerais dos quais se podem extrair os metais. Os aços e os ferros fundidos são os dois metais que constitui a maior parte dos produtos siderúrgicos industrialmente usados. São obtidos por via liquida, isto é, são elaborados no estado de fusão. Rede Cristalina dos Metais: Como a ligação metálica é não direcional, não há grandes restrições quanto ao número e posição de átomos vizinhos. Assim, os metais terão numero de compartilhamento alto e empilhamento compacto. A maior parte dos metais, algumas cerâmicas e alguns polímeros, ao se solidificarem, se organizam em uma rede geométrica 3D, denominada “rede cristalina”. Estes sistemas cristalinos têm uma estrutura altamente organizada. Sistemas e Retículos Cristalinos Existem sete sistemas cristalinos: triclínico, monoclínico, ortorrômbico, hexagonal, trigonal, tetragonal e cúbico. De acordo com a disposição dos átomos, origina-se desses sistemas 14 possível distribuição dos referidos átomos, formando os chamados “reticulados” (retículos ou redes), designados com o nome de reticulados “Bravais”. Reticulados “Bravais”. A maior parte dos metais se estrutura nas redes cfc, ccc e hc. Reticulado Cúbico Centrado (CCC) Os átomos se dispõem nos vértices e no centro de um cubo. Os metais que cristalizam nessa forma são: ferro à temperatura ambiente forma alotrópica alfa, cromo, lítio, molibdênio, tântalo, tungstênio, vanádio, entre outros. Contém 2 átomos em cada cristal (01 no centro e mais 8 x (1/8) nos vértices) (figura abaixo). Reticulado Cúbico de Face Centrada (CFC) Os átomos se dispõem nos vértices e no centro das faces de um cubo. É o caso do ferro acima de 912º C, forma alotrópica gama, alumínio, cobre, chumbo, níquel, prata, entre outros. Contém 04 átomos em cada cristal (08 x (1/8) nos vértices mais 6 x (1/2) nas faces) (figura abaixo). Reticulado Hexagonal Compacto (EHC) Os átomos se localizam em cada vértice e no centro das bases de um prisma hexagonal, além de três prismas triangulares compactos alternados. Os metais cujo reticulado é o descrito são entre outros, o zinco, o magnésio, o cobalto, o cádmio, o ferro fundido e o berílio. Contém 02 átomos e meio em cada cristal (2 x (1/2) nas bases mais 12 x (1/8) nos vértices) (figura abaixo). Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono (Fe-C) Alguns elementos químicos apresentam variedades alotrópicas, isto é, estruturas cristalinas diferentes que passam de uma para outra em determinadas temperaturas, chamadas temperaturas de transição. O ferro apresenta 3 variedades: Ao se solidificar (temperatura de aproximadamente 1540°C), o ferro apresenta estrutura Cúbica de Corpo Centrado, chamada de Ferro delta (Fe ). Permanece nesta condição até cerca de 1390ºC e, abaixo desta, transforma-se em Ferro gama (Fe ), com estrutura Cúbica de Face Centrada. Abaixo de 912°C, readquire a estrutura Cúbica de Corpo Centrado, agora chamada de Ferro alfa (Fe ). O comportamento das variedades alotrópicas do ferro e a solubilidade do carbono nele varia de forma característica, dependendo da temperatura e do teor de carbono. AÇO São ligas binárias de Fe-C contendo, 0,05 a 1,7% de carbono. O aço é um dos mais importantes materiais metálicos usados na indústria mecânica. É usado na fabricação de peças em geral. Obtém-se o aço abaixando-se a porcentagem de carbono do ferro gusa. Segue na figura abaixo as principais características encontradas nos aço: Algumas propriedades do aço Há duas classes gerais de aços: os aços ao carbono e os aços especiais ou aços-liga. Aço ao Carbono São os que contêm além do ferro, pequenas porcentagens de carbono, manganês, silício, enxofre e fósforo. Os elementos mais importantes do aço ao carbono são o ferro e o carbono. O manganês e silício melhoram a qualidade do aço, enquanto que o enxofre e o fósforo são elementos prejudiciais. Aços com porcentagem acima de 0,35% de carbono podem ser endurecidos por um processo de aquecimento e resfriamento rápido denominado têmpera. Na pratica do dia-a-dia, a porcentagem aproximada de carbono de um aço pode ser reconhecida pelas fagulhas que desprendem ao ser esmerilhado:  O aço com até 0,35% de carbono, desprendem fagulhas em forma de riscos (Aços de baixa porcentagem de carbono);  Nos aços com 0,4% até 0,7% de carbono as fagulhas saem em forma de estrelinhas. (Aço de média porcentagem de carbono);  Acima de 0,7% de carbono as estrelinhas saem em forma de um feixe. (Aço de alto teor de carbono). (Figuras abaixo). Até 0,35% C 0,4 a 0,7% C Acima de 0,7% C Classificação do tipo de aço conforme fagulhas em desbastes Classificação Segundo a ABNT (% carbono) A fim de facilitar as interpretações técnicas e comerciais, a ABNT, (Associação Brasileira de Normas Técnicas) achou por bem dar números para a designação dos aços de acordo com a porcentagem de carbono. A seguir temos as principais designações: Nomenclatura % de carbono 1006 0,08% 1010 0,08 a 0,13% 1020 0,18 a 0,23% 1030 0,28 a 0,34% 1040 0,37 a 0,44% 1050 0,48 a 0,55% 1060 0,55 a 0,65% Segundo a ABNT, os dois primeiros algarismos designam a classe do aço. Os dois últimos algarismos designam a média do teor de carbono empregado. Exemplo: Aço 10 20 20 – % percentagem média de carbono é de 0,20% 10 – aço ao carbono Classificação Segundo Resistência à Ruptura Algumas tabelas apresentam os aços classificados pela resistência à ruptura, indicada em quilogramas por milímetro quadrado (kg/mm2). Exemplo: Aço 60 kg/mm2. Isso significa que um fio desse aço, que tenha uma secção de 1mm2, rompe-se quando se aplica em seus extremos um esforço de tração de 60 kg, figura 14. Teste de resistência à ruptura Formas Comerciais do Aço Para os diferentes usos industriais, o aço é encontrado no comércio na forma de vergalhões, perfilados, laminados, chapas, tubos, fios,... Perfis de laminados Também encontramos o aço na forma de fios e tubos. Sendo que os tubos são: Com costura - Obtidos por meio de curvatura de uma chapa. Usados em tubulações de baixa pressão, eletrodutos,... SAE 2XXX – aço-Níquel  SAE 23XX – aço com Ni entre 3,25% e 3,75%  SAE 25XX – aço com Ni entre 4,75% e 5,25% SAE 3XXX – aço-Níquel-Cromo  SAE 31XX – aço com Ni entre 1,10% e 1,40% e com Cr entre 0,55% e 0,90%  SAE 32XX – aço com Ni entre 1,50% e 2,00% e com Cr entre 0,90% e 1,25%  SAE 33XX – aço com Ni entre 3,25% e 3,75% e com Cr entre 1,40% e 1,75%  SAE 34XX – aço com Ni entre 2,75% e 3,25% e com Cr entre 0,60% e 0,95% SAE 4XXX – aço-Molibdênio  SAE 40XX – aço com Mo entre 0,20% e 0,30%  SAE 41XX – aço com Mo entre 0,08% e 0,25% e com Cr entre 0,40% e 1,20%  SAE 43XX – aço com Mo entre 0,20% e 0,30%, com Cr entre 0,40% e 0,90% e com Ni entre 1,65% e 2,00%  SAE 46XX – aço com Mo entre 0,15% e 0,30%, com Ni entre 1,40% e 2,00%  SAE 47XX – aço com Mo entre 0,30% e 0,40%, com Cr entre 0,35% e 0,55% e com Ni entre 0,90% e 1,20%  SAE 48XX – aço com Mo entre 0,20% e 0,30%, com Ni entre 3,25% e 3,75% SAE 5XXX – aço-Cromo  SAE 51XX – aço com Cr entre 0,70% e 1,20% SAE 6XXX – aço-Cromo-Vanádio  SAE 61XX – aço com Cr entre 0,70% e 1,00% e com 0,10% de V SAE 7XXX – aço-Cromo-Tungstênio SAE 8XXX – aço-Níquel-Cromo-Molibdênio  SAE 81XX – aço com Ni entre 0,20% e 0,40%, com Cr entre 0,30% e 0,55% e com Mo entre 0,08% e 0,15%  SAE 86XX – aço com Ni entre 0,30% e 0,70%, com Cr entre 0,40% e 0,85% e com Mo entre 0,08% e 0,25%  SAE 87XX – aço com Ni entre 0,40% e 0,70%, com Cr entre 0,40% e 0,60% e com Mo entre 0,20% e 0,30% SAE 92XX – aço-Silício-Manganês  SAE 92XX – aço com Si entre 1,80% e 2,20% e com Mn entre 0,70% e 1,00% SAE 93XX, 94XX, 97XX e 98XX – aço-Níquel-Cromo-Molibdênio  SAE 93XX – aço com Ni entre 3,00% e 3,50%, com Cr entre 1,00% e 1,40% e com Mo entre 0,08% e 0,15%  SAE 94XX – aço com Ni entre 0,30% e 0,60%, com Cr entre 0,30% e 0,50% e com Mo entre 0,08% e 0,15%  SAE 97XX – aço com Ni entre 0,40% e 0,70%, com Cr entre 0,10% e 0,25% e com Mo entre 0,15% e 0,25%  SAE 98XX – aço com Ni entre 0,85% e 1,15%, com Cr entre 0,70% e 0,90% e com Mo entre 0,20% e 0,30% AÇOS INOXIDÁVEIS Os aços inoxidáveis caracterizam-se por uma resistência à corrosão superior à dos outros aços. Sua denominação não é totalmente correta, porque na realidade os próprios aços ditos inoxidáveis são passíveis de oxidação em determinadas circunstâncias. A expressão, contudo, é mantida por tradição. Quanto à composição química, os aços inoxidáveis caracterizam se por um teor mínimo de cromo da ordem de 12%. Inicialmente, porém, vamos definir o que se entende por corrosão (Alemanha): “Corrosão é a destruição de um corpo sólido a partir da superfície por processos químicos e/ou eletroquímicos”. (Comissão Federal para Proteção do Metal - Alemanha) O processo mais freqüente que provoca esta destruição é o ataque do metal pelo oxigênio da atmosfera. Porém o aço pode ser atacado e destruído por outras substâncias, tais como ácidos e outras soluções químicas. Este ataque puramente químico pode ser favorecido por processos eletroquímicos. Já vimos que o elemento de liga principal que garante a resistência à corrosão é o cromo. Esta resistência à corrosão é explicada por várias teorias. Uma das mais bem aceita é a teoria da camada protetora constituída de óxidos. Segundo essa teoria, a proteção é dada por uma fina camada de óxidos, aderente e impermeável, que envolve toda a superfície metálica e impede o acesso de agentes agressivos. Outra teoria, surgida posteriormente, julga que a camada seja formada por oxigênio absorvido. O assunto é controverso e continua sendo objeto de estudos e pesquisas. Entretanto, o que está fora de dúvida é que, para apresentarem suas características de resistência à corrosão, os aços inoxidáveis devem manter-se permanentemente em presença de oxigênio ou de uma substância oxidante que tornam insensível a superfície dos aços aos ataques corrosivos de substâncias oxidantes e diz-se então que o aço está passivado. Os aços inoxidáveis devem resistir à corrosão de soluções aquosas, gases / quentes ou líquidos de alto ponto de ebulição até a temperatura de cerca 650ºC. Acima desta temperatura já entramos no campo dos Aços Resistentes ao Calor. Classificação dos Aços Inoxidáveis A classificação mais usual e prática dos aços inoxidáveis é a baseada na microestrutura que eles apresentam em temperatura ambiente. Podendo ser aços inoxidáveis Ferríticos (não temperáveis), Martensíticos (temperáveis) e austeníticos. Existe outras classificações de aços inox, como por exemplo, Duplex e PH. A figura 19 traz esta classificação e algumas aplicações de cada tipo. Aplicações quanto a propriedades Os Ferríticos tem •11  %Cr 20; % C e eventualmente 2,5% de níquel podendo conter ainda molibdênio até cerca de 1,5%. Não podem ser tratados termicamente; Os Austeníticos tem •17  % Cr  25; 6  %Ni  20. Podendo contar ainda molibdênio e em alguns casos titânio ou nióbio e tântalo.Não podem ser tratados termicamente É mais resistente corrosão do que os outros. CLASSIFICAÇÕES FERRÍTICOS • Corrosão atmosférica • Temperatura elevada • Decoração • 405 • 409 • 430 • 430F • 446 • 403 • 410 • 414 • 416 • 420 • 431 • 440A • 440B • 440C • 201 • 202 • 301 • 302 • 303 • 304 • 305 • 308 • 309 • 17-4 • 15-5 • 13-8 • 17-7 • 15-7 Mo • 310 • 314 • 316 • 317 • 321 • 347 • 304L • 316L MARTENSITICOS AUSTENITICOS PH • Componentes estruturais • Instrumentos de corte • Ferramentas • Resistência química • Tanques • Piping • Componentes estruturais • Molas A p li ca çõ es T ip o s Vantagens: Grande resistência. À compressão e ao desgaste devido à elevada dureza (cementite). Custo relativamente custo. Desvantagens: Extremamente frágil. Não pode ser maquinado e Soldadura virtualmente impossível; Apicações: Produção de ferro fundido maleável (aplicação principal). Peças sujeitas à elevada compressão e atrito, como esferas de moinhos e rolos de laminadores Ferro Fundido Maleável (% Idênticos ao ff branco) Obtido através do ferro fundido branco através do processo de maleabilização. Vantagens: Grande resistência à corrosão, boa maquinabilidade e vazabilidade, alta resistência, tenacidade e ductilidade. Propriedades similares ao ff dúctil. Aplicações: Aplicação similar ao ff dúctil. Peças sujeitas à alta temperatura, Juntas universais, pequenas ferramentas. Nomenclatura: Faz-se pela ASTM A47, com 5 dígitos, correspondentes à tensão de cedência e extensão de rotura em tração Exemplo: ASTM A47 Classe 32510 (ferro fundido maleável com tensão de cedência mínima em tração de 32,5ksi e extensão de rotura de 10%) Para a obtenção do ferro fundido maleável, deve-se elevar a temperatura do ff branco acima da temperatura critica de transformação () escolhendo a velocidade de resfriamento conforme a microestrutura esperada (Gráfico Abaixo). Obtenção do FF Maleável Temp Tempo Temperatura crítica de transformação    cementita grafita Martensite Perlite Ferrite    COBRE Ponto de fusão: 1.083ºC; Densidade: 8,96 g/cm3 (a 20ºC) Resistividade elétrica é de 1,7 x 10-6 ohm-cm (a 20º). Após a prata, o cobre é o melhor condutor de calor e de eletricidade. Por isso, uma de suas utilizações principais é na indústria elétrica. Apresenta ainda excelente deformabilidade. Além disso, o cobre possui boa resistência à corrosão: exposto à ação do ar, ele fica, com o tempo, recoberto de um depósito esverdeado. Não é atacado pela água pura. Por outro lado, ácidos, mesmo fracos, atacam o cobre na presença do ar. Apresenta, finalmente, resistência mecânica e características de fadiga satisfatórias, além de boa usinabilidade, cor decorativa e pode ser facilmente recoberto por eletrodeposição ou por aplicação de verniz. O cobre, forma uma série de ligas muito importantes. Alguns tipos apresentam boa resistência ao choque e bom limite de fadiga. Os valores dependem do estado em que se encontra o metal, se recozido ou encruado. O grau de encruamento ou recozimento é designado pela expressão “têmpera”, a qual não tem nada a ver com o tratamento térmico de têmpera, aplicado nas ligas ferro-carbono. Os cobre comerciais são fornecidos em forma de placas, chapas, tiras, barras, arames e fios, tubos, perfis ou conformados por forjamento. Suas propriedades mecânicas variam dentro dos seguintes limites:  Limite de escoamento - 5 a 35 kgf/mm2;  Limite de resistência à tração - 22 a 45 kgf/mm2;  Alongamento - 48 a 60%;  Dureza Brinell - 45 a 105 HB;  Módulo de elasticidade - 12.000 a 13.500 kgf/mm2 Classificação dos Cobres Conforme ABNT Segundo classificação da ABNT, os principais tipos de cobre são os seguintes: Cobre eletrolítico tenaz (Cu ETP), fundido a partir de cobre eletrolítico, contendo no mínimo 99,90% de cobre (e prata até 0,1%); Aplicações: Indústria elétrica: Na forma de cabos condutores aéreos, linhas telefônicas, motores geradores, transformadores, fios esmaltados, barras coletoras, contatos, fiação para instalações domésticas e industriais, interruptores, terminais, em aparelhos de rádio e em televisores etc. Indústria mecânica: Na forma de peças para permutadores de calor, radiadores de automóveis, arruelas, rebites e outros componentes na forma de tiras e fios; Indústria de equipamento químico: Em caldeiras, destiladores, alambiques, tanques e recipientes diversos, Industria alimentícia: Em equipamentos para processamento de alimentos; Construção civil e arquitetura: Em telhados e fachadas, calhas e condutores de águas pluviais, pára-raios, revestimentos artísticos etc; Cobre refinado a fogo de alta condutibilidade (Cu FRHC), contendo um mínimo de 99,90% de cobre (incluída a prata); Aplicações: Embora contendo maior teor de impurezas, as aplicações são mais ou menos semelhantes às anteriores no campo mecânico, químico e construção civil; na indústria elétrica, esse tipo de cobre pode ser aplicado somente quando a condutibilidade elétrica exigida não for muito elevada; Cobre isento de oxigênio (Cu OF), do tipo eletrolítico, de 99,95% a 99,99% de cobre (e prata); processado de modo a não conter nem óxido cuproso e nem resíduos desoxidantes; Aplicações: Indicado para operações de extrusão por impacto (devido a sua maior conformabilidade); Equipamento eletro-eletrônico, peças para radar, anodos e fios de tubos a vácuo, vedações vidro-metal, válvulas de controle termostático. Geradores e motores de grande porte (rotores e condutores); antenas e cabos flexíveis; Peças para serviços a altas temperaturas, na presença de atmosferas redutoras; Cobre desoxidado com fósforo, de baixo teor de fósforo (Cu DLP), obtido por vazamento em molde, isento de óxido cuproso por desoxidação com fósforo, com um teor mínimo de 99,90% de cobre (e prata) e teores residuais de fósforos (entre 0,004 e 0,012%); Aplicações: É utilizado principalmente na forma de tubos e chapas, em equipamento que conduz fluidos, tais como evaporadores e permutadores de calor, tubulações de vapor, ar, água fria ou quente e óleo; em tanques e radiadores de automóveis; em destiladores, caldeiras, autoclaves, onde se requer soldagem, em aparelhos de ar condicionado etc. Cobre desoxidado com fósforo, de alto teor de fósforo (Cu DHP), obtido como o anterior, com teor mínimo de cobre (e prata) de 99,80% ou 99,90% e teores residuais de fósforo (entre 0,015 e 0,040%); Aplicações: Aplicações praticamente semelhantes às do tipo anterior. Cobre refinado a fogo tenaz (Cu FRTP), fundido a partir do tipo anterior, contendo de 99,80% a 99,85% no mínimo de cobre (incluída a prata); Cobre refundido (Cu CAST), obtido a partir de cobre secundário e utilizado na fabricação de ligas de cobre; o teor mínimo de cobre (e prata) varia de 99,75% (grau A) a 99,50% (grau B). Tipo 94-6 (Cu-Sn6) Com 5,5/7,5 % de Sn; 0,02/0,40 % de P e o restante de Cu. Aplicações: Mesmas aplicações anteriores em condições mais críticas, devido a sua maior resistência à fadiga e ao desgaste. É produzidos também nas formas de chapas, barras, fios e tubos; Tipo 92-8 (Cu-Sn8) Com 7,5/9,0 % de Sn; 0,02/0,40 % de P e o restante de Cu. Aplicações: Melhor resistência à fadiga e ao desgaste; na forma de chapas, barras, fios e tubos. Além das aplicações da liga anterior, emprega-se em discos antifricção, devido a suas características antifricção; Tipo 90-10 (Cu-Sn10) Com 9,0/11,0 % de Sn; 0,02/0,40 % de P e o restante de Cu. Aplicações: É a liga, entre os bronzes, que apresenta as melhores propriedades mecânicas, sendo por isso a mais empregada. Entre algumas aplicações típicas, incluem-se molas para serviços pesados. O fósforo nos bronzes atua como um desoxidante; por isto estes bronzes são chamados de fosforosos. Freqüentemente adiciona-se também, chumbo para melhorar as propriedades lubrificantes ou de antifricção das ligas, além da usinabilidade. ALUMÍNIO Peso específico: 2,7 g/cm3 a 20ºC; Ponto de fusão: 660ºC; Módulo de elasticidade: 6.336 kgf/mm2. Condutividade elétrica é 62% da do cobre É um metal não-magnético e apresenta baixo coeficiente de emissão térmica. Essas características, além da abundância do seu minério principal, vêm tornando o alumínio o metal mais importante, após o ferro. O baixo peso específico torna-o de grande utilidade em:  Equipamento de transporte - ferroviário, rodoviário, aéreo e naval;  Na indústria mecânica, numa grande variedade de aplicações. O baixo ponto de fusão, aliado a um elevado ponto de ebulição (cerca de 2.000ºC) e a uma grande estabilidade a qualquer temperatura, torna a sua fusão e moldagem muito fáceis. A condutibilidade térmica, inferior somente às da prata, cobre e ouro, o torna adequado para aplicações em equipamento destinado a permutar calor. Aplicações: O baixo fator de emissão o torna aplicável como isolante térmico. Entretanto, a resistência mecânica é baixa; no estado puro (99,99% Al), o seu valor gira em torno de 5 a 6 kgf/mm2; no estado encruado (laminado a frio com redução de 75%) sobe para cerca de 11,5 kgf/mm2; Sua alta condutibilidade elétrica e ausência de magnetismo o tornam recomendável em aplicações na indústria elétrica, principalmente em cabos condutores; É muito dúctil: alongamento de 60 a 70% e Apresenta boa resistência à corrosão, devido à estabilidade do seu principal óxido Al2O3 que se forma na superfície do metal. Essa resistência à corrosão é melhorada por anodização, que ainda melhora sua aparência, tornando-o adequado para aplicações decorativas; As ligas de alumínio não apresentam a mesma resistência à corrosão que o alumínio puro, de modo que quando se deseja aliar a maior resistência mecânica das ligas com a boa resistência à corrosão do alumínio quimicamente puro, utiliza-se o processo de revestimento da liga por capas de alumínio puro. Devido a sua alta ductilidade, é facilmente laminado, forjado e trefilado, de modo a ser utilizado na forma de chapas, folhas muito finas, fios, tubos etc. De um modo geral, pode-se dizer que o alumínio de pureza equivalente a: 99,9% anodizado apresenta características óticos análogos aos da prata, aplicando-se, por exemplo, em refletores; 99,5% utiliza-se em cabos elétricos armados com aço, além de equipamentos variados na indústria química. 99%, sua principal aplicação é em artigos domésticos, principalmente para utilização em cozinhas. MATERIAL NÃO METÁLICO E NÃO FERROSOS: MADEIRA São características físicas da madeira: a umidade, o peso específico e a retratilidade. São características mecânicas da madeira: as resistências à compressão, à tração, à flexão ao cisalhamento, ao fendilhamento e ao choque. A umidade afeta grandemente a resistência mecânica da madeira, de modo que é importante a sua determinação. As madeiras, logo após o corte, ou seja, ainda “verdes”, apresentam 80% ou mais de umidade. Com o tempo, secam, perdendo inicialmente a água chamada embebição, alcançando o ponto de saturação ao ar: cerca de 25% de umidade. Continuando a secar, as madeiras perdem a água de impregnação, contida nas fibras e paredes dos vasos, resultando contração. A secagem ao ar, ao abrigo das intempéries, ocasiona perda de umidade até o seu teor alcançar o equilíbrio com o grau hidrométrico do ar. A secagem em estufa, a 105ºC, durante determinado tempo, pode ocasionar total evaporação da água de impregnação, chegando à umidade a 0%. A água de constituição, ou seja, aquela contida nas moléculas da madeira não se altera. O peso específico das madeiras varia de 0,30 a 1,30 g/cm3, dependendo da espécie da madeira, da árvore de origem, da localização do corpo de prova retirado da madeira em exame etc. As madeiras comerciais brasileiras apresentam pesos específicos que variam de 0,35 a 1,30 g/cm3. Quanto às propriedades mecânicas propriamente ditas, elas dependem do teor de umidade da madeira e, principalmente, do seu peso específico. As propriedades que interessam, sob o ponto de vista prático são:  Resistência à compressão paralela às fibras;  Módulo de elasticidade à compressão;  Resistência à flexão estática;  Módulo de elasticidade à flexão;  Resistência à flexão dinâmica ou ao choque;  Resistência à tração normal às fibras;  Resistência ao fendilhamento;  Dureza;  Resistência ao cisalhamento. MATERIAIS PLÁSTICOS Os materiais plásticos são compostos de resinas naturais ou resinas sintéticas. Quase todas as resinas plásticas são de natureza orgânica, tendo em sua composição Hidrogênio, Carbono, Oxigênio e Azoto. As matérias- primas para a fabricação dos materiais plásticos provêm do carvão mineral, do petróleo ou de produtos vegetais. São fabricados com fibras minerais ou sintéticas ligadas com elastômeros. As fibras são responsáveis pela elevada resistência mecânica e o elastômeros, vulcanizado sobre pressão e temperatura determina a resistência química e as características de selabilidade, flexibilidade e elasticidade. As borrachas mais usadas na fabricação do papelão hidráulico são a natural (NB), neoprene (CR), nitrílica (NBR) e sintética (SBR). No caso das fibras as mais usadas são: Amianto - Mineral incombustível, inerte a maioria dos produtos químicos; Fibra Aramida - Material sintético, orgânico com excelente resistência mecânica e boa resistência a produtos químicos; Fibra de Carbono - Material sintético, com excelente resistência química e mecânica; Fibra Celulose - Material natural de limitada resistência à temperatura. Como principais tipos de papelões hidráulicos, temos:  Não Amianto - Fabricado a base de fibras de carbono com borracha nítrica;  Amianto - Fabricado com Amianto ligado com borracha sintética Para pressões elevadas, o papelão hidráulico é fabricado com inserção de tela de material metálico aumentando a resistência mecânica. Entretanto a selabilidade é reduzida, pois o fluido tende a escapar pela interface (tela x borracha). O papelão hidráulico pode ser fornecido com acabamento do tipo grafitado, natural ou com antiaderente. O acabamento do tipo grafitado facilita a desmontagem, evitando que o material cole no flange. Quando a contaminação por grafite for indesejável, pode se usar papelão com acabamento antiaderente. Para a escolha correta do tipo de papelão hidráulico é importante o fluido a ser vedado, a temperatura máxima de operação e a pressão máxima de trabalho. Limites de Serviço Cada papelão hidráulico apresenta seu próprio limite máximo de temperatura e pressão em função dos seus componentes (tipos de borracha e das fibras de amianto). Estas condições máximas porém, não devem ocorrer em conjunto, visto que na medida que aumenta a temperatura, o papelão vai perdendo sua resistência mecânica ou à pressão. A borracha sofre processo de envelhecimento e o amianto perde a água de cristalização, que diminui a sua resistência mecânica. O processo de perda de água de cristalização inicia- se a 350ºC. Contudo é mais acentuado na faixa de temperatura de 540 a 600ºC e conseqüentemente, a resistência à pressão do papelão cai em elevadas temperaturas. Os diversos tipos de borracha usados na fabricação dos papelões hidráulicos determinam seu grau de resistência em relação aos fluidos a serem vedados. CERÂMICAS Cerâmico é composto entre elementos metálicos e não metálicos; elas são mais freqüentemente óxidos, negritos e cabritos. A ampla faixa de materiais que caem nesta classificação inclui cerâmicas que são compostas de argila, cimento e vidro. Estes materiais são tipicamente isolantes à passagem de eletricidade e calor, e são mais resistentes à temperaturas elevadas e ambientes hostís que os metais e os polímeros. Com relação ao comportamento mecânico, as cerâmicas são duras, mas muito frágeis. Os materiais cerâmicos são usados onde é requerido: Um bom isolamento térmico: Refratário p/ fornos industriais Uma boa resistência mecânica (em temperaturas elevadas): Revestimento dos shuttles espaciais; Um material relativamente leve e resistente ao desgaste: Peças automotivas Propriedade mecânica e térmica dos materiais cerâmicos Propriedade mecânica Os materiais cerâmicos são materiais inorgânicos, não metálicos, formados por elementos metálicos e não metálicos, ligados quimicamente entre si fundamenta mentes por ligações iônicas e/ ou covalentes. Os cerâmicos são materiais duros e frágeis com poucas tenacidade e ductilidade, sendo ruptura o mecanismo mais comum para a maiorias dos materiais cerâmicos. As ligações interatômicos fontes dos materiais cerâmicos garantem, simultaneamente, dureza e refratariedade. A ausência de elétrons livres nos cerâmicos, o que torna-os bons isolantes térmicos e elétricos.suas temperaturas de fusão bastante elevados e grandes estabilidade química lhe confere também, uma boa resistência a corrosão.. Os materiais cerâmicos são geralmente divididos em dois grandes grupos, os cerâmicos tradicionais e os cerâmicos térmicos. Nomalmentes os cerâmicos térmicos tradicionais são obtidos a partir de três componentes básicos, a argila, a sílica e a feldspato. A telhas, tijolos,a porcelana, louça sanitária e moldações cerâmicos são exemplos de aplicação desde grupo de materiais.os cerâmicos técnicos são geralmente formados por compostos puros, ou quase puros, tal como oxido de alumínio (aluminia- Al2O3). As propriedade mecânica dos cerâmicos tradicionais são geralmente baixas, e atendido a sua tenacidade e ductilidade são satisfatórios para a maiorias das aplicações praticas, não tem. Condutividade térmica- a transferência de energia térmica (calor)nos materiais cerâmicos é significativamente diferente daquele que ocorre nos mentais. Dois fatores inter-relacionados contribuem para que haja esta diferença. COMPÓSITOS A busca cada vez maior do homem para dominar tecnologias que possam fornecer melhoria e facilidades no seu dia-a-da e alternativas para substituição de materiais com boas propriedades e menores situações indesejáveis, chegou se a descoberta de uma nova classe de materiais, denominados compósitos. Diversos materiais compósitos têm sido projetados consistindo de mais de um tipo de material. A fibra de vidro é um exemplo conhecido, no qual fibras de vidro são distribuídas dentro de um material polimérico. Um compósito é projetado para apresentar uma combinação das melhores características de cada material componente. A fibra de vidro adquire a resistência do vidro e a flexibilidade do polímero. A quantidade de materiais que compõe este grupo ainda é pequena, mas com tendência a um crescimento explosivo. Classificação dos materiais Semicondutores -Podem ser definidos como matérias que conduzem corrente elétrica melhor que os isolantes mas não melhor que os metais. Um grande numero de materiais satisfaz a estas condições. Normalmente a condutividade dos metais diminui com o aumento da temperatura. Biomateriais: são materiais empregados em componentes destinados ao implante no corpo humano, substituindo partes doentes ou danificadas. Esses materiais não devem produzir substancias tóxicas e devem ser compatível com os tecidos do corpo, isto é, não devem produzir reações biológicas adversas. Todas as classes de materiais podem ser utilizados como biomaterias – metais, cerâmicos, polímeros, semicondutores, compósitos – desde que sejam cuidadosamente selecionados. Propriedade dos materiais Propriedades mecânicas São aquelas que definem o comportamento do material segundo um determinado esforço a que ele pode ser submetido. O conjunto de propriedades mecânicas é baseado nas seguintes características do material: Resistência mecânica - É a propriedade apresentada pelo material em resistir a esforços externos, estáticos ou lentos. Tais esforços podem ser de natureza diversa, como sejam: Tração, compressão, flexão, torção, cisalhamento. Elasticidade - Propriedade apresentada pelos materiais em recuperar a forma primitiva tão depressa cesse o esforço que tenha provocado a deformação. A deformação elástica é reversível e desaparece quando a tenção aplicada é removida. Propriedade física Dentre o conjunto de propriedade física destacam-se: Densidade: e a relação entre o peso de certo volume de corpo e o peso de igual volume de água. E um numero abstrato.exemplo:Pb=11,4 Cu=8,9 Al=2,7 Mg=1,7 Peso especifico : e o peso da unidade de volume do corpo.aço e 7,8 kg/dm3. Tratamento Térmico dos Aços Generalidades Há muitos séculos atrás o homem descobriu que com aquecimento e resfriamento podia modificar as propriedades mecânicas de um aço, isto é, torná-los mais duro, mais mole, mais maleável, etc. Mais tarde, descobriu também que a rapidez com que o aço era resfriado e a quantidade de carbono que possuía influíam decisivamente nessas modificações. O processo de aquecer e resfriar um aço, visando modificar as sua propriedades, denomina-se TRATAMENTO TÉRMICO. (Fig. 1). Um tratamento térmico é feito em três fases distintas: 1 - aquecimento 2 - manutenção da temperatura 3 - resfriamento Tipos de tratamentos térmicos Existem duas classes de tratamentos térmicos: 1 - Os tratamentos que por simples aquecimento e resfriamento, modificam as propriedades de toda a massa do aço, tais como: a - Têmpera b - Revenimento c - Recozimento 2 - Os tratamentos que modificam as propriedades somente numa fina camada superficial da peça. Esses tratamentos térmicos nos quais a peça é aquecida juntamente com produtos químicos e posteriormente resfriado são: a - Cementação b - Nitretação Têmpera É o tratamento térmico aplicado aos aços com porcentagem igual ou maior do que 0,4% de carbono. O efeito principal da têmpera num aço é o aumento de dureza. Fases da têmpera 1ª Fase: – Aquecimento – A peça é aquecida em forno ou forja, até uma temperatura recomendada. (Por volta de 800ºC para os aços ao carbono). 2ª Fase: – Manutenção da temperatura – Atingida a temperatura desejada esta deve ser mantida por algum tempo afim de uniformizar o aquecimento em toda a peça. Tabela de cores de revenimento dos aços ao carbono. Amarelo claro 210ºC Castanho avermelhado 270ºC Amarelo palha 220ºC Violeta 280ºC Amarelo 230ºC Azul escuro 290ºC Amarelo escuro 240ºC Azul marinho 300ºC Amarelo ouro 250ºC Azul claro 310ºC Castanho claro 260º Azul acizentado 320º 2ª Fase: – Manutenção da Temperatura – Possível quando o aquecimento é feito em fornos. 3ª Fase: – Resfriamento – O resfriamento da peça pode ser: – Lento – deixando-a esfriar naturalmente. – Rápido – mergulhando-a em água ou óleo. Efeitos do revenimento Diminui um pouco a dureza da peça temperada, porém aumenta consideravelmente a sua resistência aos choques. Geralmente, toda peça temperada passa por um revenimento, sendo até comum dizer-se “peça temperada” ao invés de “peça temperada e revenida”. Recozimento O recozimento é o tratamento térmico que tem por finalidade eliminar a dureza de uma peça temperada ou normalizar materiais com tensões internas resultantes do forjamento, da laminação, trefilação etc.. Tipos de recozimento 1 - Recozimento para eliminar a dureza de uma peça temperada. 2 - Recozimento para normalizar a estrutura de um material. Fazes do recozimento 1ª Fase: Aquecimento – A peça é aquecida a uma temperatura que varia de acordo com o material a ser recozido. (Entre 500ºC e 900ºC). A escolha da temperatura de recozimento é feita mediante consulta a uma tabela. Exemplo de tabela: Material Temp. de recozimento Aço 1040 - 1050 800ºC Aço 1060 - 1080 785ºC Aço 1090 770ºC Aço rápido 900ºC 2ª Fase: Manutenção da temperatura – A peça deve permanecer aquecida por algum tempo na temperatura recomendada para que as modificações atinjam toda a massa da mesma. 3ª Fase: Resfriamento – O resfriamento deve ser feito lentamente, tanto mais lento quanto maior for a porcentagem de carbono do aço. No resfriamento para recozimento adotam-se os seguintes processos: 1 - Exposição da peça aquecida ao ar livre. (Processo pouco usado). 2 - Colocação da peça em caixas contendo cal, cinza, areia ou outros materiais. Observação – O material para resfriamento da peça deve estar bem seco. 3 - Interrompendo-se o aquecimento, deixando a peça esfriar dentro do próprio forno. Nota – No recozimento do cobre e latão o resfriamento deve ser o mais rápido possível. Efeitos do recozimento no aço  Elimina a dureza de uma peça temperada anteriormente, fazendo-se voltar a sua dureza normal.  Torna o aço mais homogêneo, melhora sua ductilidade tornando-o facilmente usinável. Cementação Muitas peças de mecânica necessitam ter elevada dureza externa para resistirem ao desgaste; entretanto, internamente precisam permanecer “moles”, para suportarem solavancos. Aços para Construção Mecânica Sistema de classificação dos aços O número de tipos de aço é muito elevado, pois além dos aços simplesmente ao carbono com teores variáveis de carbono, é muito grande a quantidade de aços ligados. Para facilitar sua seleção, associações técnicas especializadas classificam os aços pela sua composição química, dando origem aos sistemas SAE e AISI (americanos), DIN (alemão), ABNT (brasileiro) etc. Alguns desses sistemas estão indicados no Anexo 1. O sistema brasileiro da ABNT baseou-se nos sistemas americanos. Neles, basicamente, os vários tipos de aços até 1% de carbono, com os elementos comuns manganês, silício, fósforo e enxofre ou com a presença de elementos de liga em baixos teores, são indicados por quatro algarismos: os dois últimos correspondem ao teor de carbono médio e os dois primeiros à presença ou não de elementos de liga. Assim, toda vez que os dois primeiros algarismos sejam 1 e 0, trata-se de aços-carbono; a mudança de um desses algarismos ou de ambos indica um novo tipo de aço, com a presença de outros elementos que não os comuns, ou com estes elementos comuns em teores superiores aos que são considerados normais. Por exemplo: 1045 - aço-carbono com teor médio de C 0,45% 1120 - aço de usinagem fácil, ao enxofre, com 0,20% de carbono médio 4420 - aços ao Ni-Cr-Mo, com 1,85% Ni, 0,50% Cr, 0,25% Mo e 0,20% C 5140 - aço ao Cr com 0,70% a 0,90% Cr e 0,40% C. A norma alemã DIN adota outro critério para classificar os aços. Os aços comuns, por exemplo, são indicados pelo símbolo St (Stal = aço), seguido de um algarismo que corresponde ao valor mínimo de resistência à tração - St42, St35 etc. Os aços especiais, com teores de carbono acima de 1% ou com a presença de elementos de liga em altos teores, como aços para ferramentas e matrizes, resistentes à corrosão e ao calor etc., obedecem a outros critérios de classificação. ANEXO 1 SISTEMAS SAE e AISI DE CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS Designação Tipo de aço SAE AISI 10XX 11XX 13XX 23XX 25XX 31XX 33XX 303XX 40XX 41XX 43XX 46XX 47XX 48XX 50XX 51XX 501XX 511XX 521XX 514XX 515XX 61XX 86XX 87XX 92XX 93XX 98XX 950 XXBXX XXLXX C10XX C11XX 13XX 23XX 25XX 31XX E33XX - 40XX 41XX 43XX 46XX 47XX 48XX 50XX 51XX - E511XX E521XX - - 61XX 86XX 87XX 92XX 93XX 98XX - XXBXX CXXLXX Aços-carbono comum Aços de usinagem fácil, com alto S Aços-Mn com 1,75%Mn médio Aços-Ni com 3,5%Ni Aços-Ni com 5,0%Ni Aços-Ni-Cr com 1,25%Ni e 0,65%Cr e 0,80Cr Aços-Ni-Cr com 3,50%Ni, 1,50 e 1,57%Cr Aços resistentes à corrosão e ao calor Ni-Cr Aços-Mo com 0,25%Mo médio Aços-Cr-Mo com 0,50% ou 0,95%Cr e 0,12%, 0,20%, 0,25% e 0,30%Mo Aços-Ni-Cr-Mo com 1,82%Ni, 0,50% ou 0,80%Cr, 0,25%Mo Aços-Ni-Mo com 0,85% ou 1,82%Ni e 0,20% ou 0,25%Mo Aços-Ni-Cr-Mo com 1,05%Ni, 0,45%Cr, 0,20% e 0,35%Mo Aços-Ni-Mo com 3,50%Ni e 0,25%Mo Aços-Cr com 0,27%, 0,40%, 0,50%Cr e 0,65%Cr Aços-Cr com 0,80% a 1,05%Cr Aços para rolamentos de baixo cromo, com 0,50%Cr Aços para rolamentos de médio cromo, com 1,02%Cr Aços para rolamentos de alto cromo, com 1,45%Cr Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Cr Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Cr Aços-Cr-V com 0,60%, 0,80% e 0,95%Cr e 0,10% ou 0,15%V (mín.) Aços-Ni-Cr-Mo com 0,55%Ni, 0,50% ou 0,65%Cr, 0,20%Mo Aços-Ni-Cr-Mo com 0,55%Ni, 0,50%, 0,25%Mo Aços-Si,Mn com 0,65%, 0,82%, 0,85% ou 0,87%Mn, 1,40% ou 2,00%Si e 0%, 0,17%, 0,32% ou 0,65%Cr Aços-Ni-Cr-Mo com 3,25%Ni, 1,20%Cr e 0,12%Mo Aços-Ni-Cr.Mo com 1,00%Ni, 0,80%Cr e 0,25%Mo Aços de baixo teor em liga e alta resistência Aços-boro com 0,0005% de B mín. Aços-chumbo com 0,15% a 0,35% de chumbo
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