Mecanica e Resistencia

Mecânica e Resistência dos

MateriaisGelson Cerqueira Jr

Resistência dos Materiais é um ramo da mecânica que estuda as relações entre cargas externas aplicadas a um corpo deformável e a intensidade das forças internas que atuam dentro do corpo.

Os materiais estão tão presentes no nosso dia a dia que as vezes não notamos sua importância

INTRODUÇÃO

Historicamente, o desenvolvimento e o avanço das sociedades têm estado intimamente ligados às habilidades dos seus membros em produzir e manipular os materiais para satisfazer as suas necessidades. De fato, as civilizações antigas foram designadas de acordo com o seu nível de desenvolvimento em relação aos materiais (Idade da Pedra, idade do ferro e idade do Bronze)

HISTÓRICO

Os primeiros seres humanos tiveram acesso a apenas um número limitado de materiais, aqueles presentes na natureza: pedra, madeira, argila, peles, e assim por diante. Com o tempo, esses primeiros seres humanos descobriram técnicas para a produção de materiais com propriedades superiores àquelas dos materiais naturais; esses novos materiais incluíram as cerâmicas e vários metais.

HISTÓRICO

Além disso, foi descoberto que as propriedades de um material podiam ser alteradas por meio de tratamentos térmicos e pela adição de outras substâncias. Naquele ponto, a utilização dos materiais era um processo totalmente seletivo, isto é, consistia em decidir dentre um conjunto específico e relativamente limitado de materiais aquele que mais se adequava a uma dada aplicação, em virtude de suas características.

HISTÓRICO

Foi observado que apenas com tais conhecimentos haveria a possibilidade de gerar regras, padrões e procedimentos para determinar quais dimensões seriam seguras para atuar como elementos em dispositivos e estruturas.

Os egípcios inegavelmente já possuíam grandes conhecimentos desta área, pois sem eles seria impossível terem construído as pirâmides do Egito

HISTÓRICO

os gregos trariam mais um avanço na construção, criando e utilizando princípios de estática, a qual corresponde a base da resistência dos materiais.

Arquimedes (287-212 a.C.) deu uma enorme prova a respeito de condições de equilíbrio, ao utilizar uma alavanca, esboçando métodos de verificação de centro de gravidade dos corpos. Aplicou também sua teoria na construção de grandes dispositivos, tais como guinchos e guindastes.

HISTÓRICO

os romanos. Eram grandes construtores, pois além de elaborarem monumentos e templos, muitas de suas estradas, pontes e fortes estão mantidas até os dias atuais. Um de seus principais trunfos nas construções foram os arcos

Durante a Idade Média, grande parte do que foi estudado e descoberto fora perdido, sendo recuperado apenas com a chegada do Renascimento.

HISTÓRICO

Renascimento: Durante este período, o interesse pela ciência voltava à tona, surgindo grandes talentos artísticos no ramo da engenharia e arquitetura como Leonardo da Vinci, que apresentou grandes contribuições principalmente no estudo de vigas.

HISTÓRICO

Apenas no século XVII aconteceriam as primeiras tentativas de encontrar dimensões seguras de elementos de estruturas, de forma analítica.

O famoso livro “A Nova Ciência”, de Galileu Galilei, apresenta o esforço do mesmo em organizar métodos aplicáveis as análises de esforços em seqüências lógicas.

Assim, tem o início da resistência dos materiais como ciência.

HISTÓRICO

Muitos profissionais ficam expostos a problemas práticos de projetos ligados escolha dos materiais

Estimam-se mais de 50 mil tipos Condições de serviço Possível deterioração Fatores econômicos As peculiaridades do projeto definem as

propriedades necessárias As propriedades definem a categoria do material

NA ENGENHARIA

As categorias são determinadas em função da resposta dos materiais a estímulos específicos e são classificados em:

◦ Mecânica◦ Térmica◦ Elétrica◦ Magnética◦ Ótica ◦ Deteriorativa

NA ENGENHARIA

Esta classificação é baseada na estrutura atômica e nas ligações químicas predominantes em cada grupo.

◦ Materiais metálicos◦ Materiais cerâmicos◦ Materiais poliméricos◦ Materiais compósitos

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

MATERIAIS METÁLICOSSubstâncias inorgânicas compostas por elementos metálicos, mas que podem apresentar materiais não metálicos em sua estrutura

Arranjo espacial bem definido e ordenado

Boa resistência mecânica, condutibilidade elétrica e térmica

MATERIAIS METÁLICOS

MATERIAIS METÁLICOSAço carbono:Fe:98,5%C: 0,5-1,7%Si, S, P: Traços

Aço inox:Aço: 78%Cr: 18%Ni: 8%

Amalgama odontológico:Hg: 43,1%Ag: 29,9%Sn: 7,33%Cu: 4,55%Zn: 0,39%

Latão:Cu: 67%Zn: 33%

Ouro 18:Au: 75%Ag: 13%Cu: 12%

Pode apresentar arranjo ordenado ou desordenado

Metalicos+não metálicos Alta resistência a calor Alta resistência elétrica Alta dureza Alta fragilidade

(quebradiço) Muito desenvolvido nas

ultimas décadas Fácil controle no processo

produtivo

MATERIAIS CERÂMICOS

Naturais ou sintéticos Desenvolveu-se na

década de 20 Química do Carbono Cadeias moleculares de

grande extensão lineares ou ramificadas

O tipo de arranjo controla as propriedades

Não condutores Baixa estabilidade

térmica

MATERIAIS POLIMÉRICOS

Materiais conjugados Junção de dois ou mais

diferentes tipos de materiais

Não são solúveis entre eles

Limites bem definidos entre os materiais

Junção das propriedades Tradicionais e avançados

MATERIAIS COMPÓSITOS

As propriedades mecânicas dos materiais ferrosos são definidas principalmente pelas estruturas cristalinas

Acima de 1534º C o Ferro é amorfo

Sua cristalização se da em cubos

Dependendo da disposição dos átomos em seu interior teremos:◦ O Ferro alfa (α), gama (γ) e delta (δ)

Estrutura cristalina do Ferro puro

Temperaturas criogênicas até 912º C Ferro alfa, ferro CCC ou ferrita Sua estrutura é cúbica de corpo centrado A célula unitária contem 2 átomos de Ferro

Ferro alfa (α)

Espaços vazios Fator de empacotamento atômico (FEA) Do Ferro é 68%

Ferro alfa (α)

912ºC<x<1394ºC Ferro CFC ou Austenita Cúbica de face centrada (CFC) A célula unitária contem 4 átomos Seu FEA é 74%

Ferro gama (γ)

Ferrita ou Ferrita delta Possui a mesma disposição do Ferro alfa

◦ CCC◦ FEA 68%

1394ºC<x<1536ºC

Ferro delta (δ)

5 estados◦ 3 sólidos (alfa, gama e delta)◦ Líquido (1536ºC<x)◦ Gasoso (2860ºC<x)

Transformações polimórficas do Ferro

Vazios◦ Defeito pontual◦ Ocasionado pelo aquecimento◦ Aceitável até um determinado valor (1/100.000)

Defeitos Cristalinos

Átomo intersticial◦ Defeito pontual◦ Também causado pelo aquecimento◦ Causa pouco impacto nas propriedades◦ Aceitável na ocorrência de 1/100.000


Contornos de grãos◦ Defeito grave◦ Gerado pela solidificação em núcleos◦ Tratamentos térmicos podem amenizar ou

contornar (diminuição do grão)


Discordâncias◦ Um dos mais importantes defeitos em metais◦ Caracterizado por uma fileira extra na rede

cristalina◦ Comanda o mecanismo de deformação do

material


Caféliq + açúcarsol Curva de solubilidade Solução monofásica

◦ Concentração abaixo da curva

Solução difásica (bifásica)◦ Concentração acima da

curva

Solução sólida

Cobre + Estanho = Bronze◦ Aquecimento>Fusão>Solidificaçã

o Solução sólida intersticial

◦ Aço carbono Solução sólida substitucional

◦ Aço inox

Solução sólida

Resistência mecânica Elasticidade Ductilidade (plasticidade) Dureza Tenacidade

Propriedade mecânicas dos materiais

Resistência mecânica: Capacidade do material a resistir a esforços mecânicos sem se romper

Tração* Compressão Cisalhamento Torção Flexão


Elasticidade: Capacidade do material voltar às suas dimensões originais após submetido a esforços mecânicos tendo suas dimensões alteradas


Ductilidade (plasticidade): Capacidade do material de se deformar de maneira permanente antes da sua ruptura


Dureza: São várias as definições, as principais são:◦ Resistência a ser riscado◦ Resistência a deformação plástica superficial


Tenacidade: Capacidade de absorver energia antes da sua ruptura. Esta propriedade está associada com a resistência a impactos.


Usinabilidade Conformabilidade Temperabilidade Soldabilidade

Propriedades Tecnológicas dos materiais

Usinabilidade◦ Facilidade de um material em ser usinado, de ser

usado para a fabricação de uma peça qualquer através da remoção de suas partes


Conformabilidade◦ Capacidade do material de

ser deformado plasticamente até o formato desejado


Temperabilidade◦ Capacidade de um determinado material de ser

endurecido após passar por um tratamento térmico de têmpera. Esta capacidade está associada à profundidade a que o tratamento irá atingir.


Soldabilidade◦ Capacidade de um material de ser ligado a outro

pelo processo de soldagem tendo como objetivo a continuidade das suas propriedades físicas, químicas e mecânicas


Aços e Ferros Fundidos

Aços e Ferros FundidosLigas metálicas ferrosas

Fe + C + X◦ 97,891%<Fe<99,998%◦ 0,008%<C<2,11%◦ X0

Temperatura de fusão: 1250-1450º C Boa resistência mecânica Muito tenazes Boa soldabilidade, temperabilidade,

usinabilidade e conformabilidade Densidade: 7,9 g.cm-3

Aços e Ferros FundidosAços

Aços carbono◦ X0

Aços baixa liga◦ X<5%◦ ABNT: Y1Y2XX◦ Y1: Classe◦ Y2: Número de liga◦ XX: % de carbono

Aços alta liga◦ X>5%

Aços e Ferros FundidosAços

Aços baixos◦ 0,008<%C<0,3

Aços médios◦ 0,3<%C<0,5

Aços altos◦ 0,5<%C<2,11◦ Manganês, Silício, Enxofre e Fósforo◦ Alta dureza e resistência a tração◦ Redução na ductilidade e tenacidade

Aços e Ferros FundidosAço-carbono

Microestruturas◦ Forma como os constituintes estão organizados

no material◦ Impressão digital


Contorno de grãos◦ Fronteiras

Grãos claros◦ Ferrita isolada◦ Única fase (Ferro α + Carbono)

C<0,008% Grãos escuros

◦ Perlita◦ Duas fases (Ferro α + Cementita)

Cementita = Fe3C C~6,67%


Mais Carbono>Mais grãos escuros>Mais perlita>Maior dureza>Maior resistência a tração


Date post:	29-Nov-2023
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