Materiais de Construção Mecânica – Seleção, Uso e Solução (Parte 3)

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Materiais de Construção Mecânica – Seleção, Uso e Solução
Propriedades
Olá, novamente sejam todos bem vindos ao Blog Carroceiros de Plantão.
Avançando no desenvolvimento do artigo sobre Materiais de Construção Mecânica, apontarei hoje de uma forma menos generalizada as principais características de um material, isto é, propriedades  por definição.
Preparados? A partir de hoje, a “coisa” fica mais técnica.

Como vimos nos posts anteriores, nosso processo de seleção de material seguiu as seguintes etapas:


Sabendo das necessidades de aplicação, e sabendo qual tipo de classe de material iremos utilizar, precisamos saber agora, quais propriedades esse material escolhido possui. Mas quais são essas propriedades, e o que precisamos saber sobre elas?
Cada material pode ser considerado como tendo um conjunto de atributos para a sua definição, e esse conjunto é chamado de propriedades intrinsicas. Não é um material, por si só, que o designer procura, é uma combinação específica destes atributos, uma propriedade de perfil. O nome do material é o identificador de uma determinada propriedade de perfil. As principais propriedades dos mateirias são:
Principais Propriedades Físicas:
 - Densidade;
 - Elétricas (condutividade elétrica, resistividade elétrica, etc);
 - Magnéticas (permeabilidade magnética; força coercitiva, indução magnética, etc.);
 - Térmicas (condutividade térmica; dilatação térmica, etc);
 - Óticas (transparência; índice de refração, etc.).

Principais propriedades químicas:
 - Resistência à corrosão;
 - Resistência à oxidação.

Principais propriedades mecânicas:
 - Resistência à tração e compressão,
 - Resistência a flexão transversal, 
 - Resistência ao impacto,
 - Resistência à fadiga,
 - Resistência a fluência,
 - Dureza,
 - Plasticidade/ductilidade
Propriedades Tribológicas:
 - Resistência aos diversos tipos de desgaste (desgaste abrasivo, desgaste adesivo, desgaste erosivo, etc.);
 - Coeficiente de atrito do material.
Conhecendo as propriedades, poderemos enfim,  partir para a escolha da classe de material mais adequado ao nosso produto e ao processo de fabricação. Como somos Carroceiros, vamos nos focar primeiramente na classe dos  metálicos, o material mais difundido quando falamos em carrocerias automotivas.

Precisamos entender alguns conceitos sobre materiais metálicos. Muitos deles são parecidos em constituição físico-químico, estrutura morfológica, aparência, etc. Por isso precisamos classifica-los – iremos tratar desse assunto mais a frente em outros posts. Mas pelo momento, precisamos entender que os materiais metálicos são bem diferentes entre sí e se faz necessário classificar e catalogar.

Para isso, a metalurgia e a mecânica lançam mão de análises de propriedades intrínsecas desses materiais e para entender como isso é feito, alguns conceitos precisam ser introduzidos. Para a mecânica, os mais importantes são as propriedades físicas e mecânicas, pois afetam diretamente a design, a utilização e a forma como nosso produto será manufaturado. Como vimos, precisamos entender um pouco mais sobre densidade, pois esta vai influenciar diretamente a classificação dos materiais e sua resistência, física e mecânica. Precisaremos entender um pouco mais como são obtidos e pra que nos servem coeficientes e módulos, para então entender como eles se comportam sob a ação de cargas e esforços solicitantes. Vamos fazer um apanhado geral, não falaremos de todas, mas algumas serão melhor abordadas.

Entendendo melhor algumas propriedades físicas e mecânicas;

Densidade, ρ (unidade SI: kg/m³): a densidade relativa de um material é a relação entre a sua densidade absoluta e a densidade absoluta de uma substância estabelecida como padrão. A densidade absoluta escolhida como padrão é a da água (1000g/cm³ a 4.0°C). O principio de Arquimedes (figura 1) enuncia que, “um fluído em equilíbrio age sobre o corpo sólido (monólito) nele imerso total o parcialmente com força vertical orientada de baixo para cima, denominada empuxo, aplicada ao centro de gravidade do volume de fluido deslocado, cuja intensidade é igual a do peso deslocado”.


Figura 1: Demontração do principio de Arquimedes para a determinação da densidade de um corpo sólido



Módulo de Elasticidade (Módulo de Young), E (unidade SI: GPa): é um parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um material sólido. É definido como "a inclinação” da parte linear elástica da curva de tensão-deformação.


Figura 2: Módulo de Elasticidade (Young) E x Densidade do Material ρ


Coeficiente de Poisson, ν (adimensional): mede a deformação transversal (em relação à direção longitudinal de aplicação da carga) de um material homogêneo e isotrópico.

Figura 3: Demonstração da determinação do Coeficiente de Poisson

Módulos de Resistência (unidade SI: MPa): no campo da mecânica dos sólidos a Resistência Mecânica é entendida como a força resultante da aplicação de uma força sobre um material. É a deformação do material que gera a força resultante, na medida direta de seu módulo de elasticidade. Na engenharia, a resistência mecânica é a sua capacidade de suportar as solicitações externas sem que estas venham a lhe causar deformações plásticas Os módulos são correspondentes as Cargas Normais (tração e compressão - figura 4), Momentos Fletores (flexão pura, transversal, inclinada – figura 5), Momentos Torcionais (torque ou torção – figura 6) e Forças Cisalhantes (corte – figura 7).


                                    
Nos próximos posts, abordarei de forma mais aprofundada como obter os coeficientes de resistência mecânica de um material, seus limites e suas implicações práticas no desenvolvimento do produto.

Ficarei muito grato se puderem me dar um feedback sobre meus, aqui mesmo no Blog no campo COMENTÁRIOS.
Desejo a todos um bom fim de semana e até a próxima.
 








Mauro Chilese Gobbi
CAE Specialist Engineer


Bibliografia
Dieter, G.E. (1991) Engineering Design, A Materials and Processing Approach, 2nd edition, Chapter 5, McGraw-Hill, New York.

Siddall, J.N. (1982) Optimal Engineering Design, Marcel Dekker, New York.
Ashby, Michael (1999). Materials Selection in Mechanical Design (3rd edition ed.). Burlington, Massachusetts: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-4357-9.

LQES – Laboratório de Quimica do Estado Sólido – Instituto de Química da Universidade de Campinas UNICAMP – Vivência LQES, Métodos, Processos e Técnicas – Italo Odone Mazali – 1987
D’Oliveira, Ana S.C. M. – Introdução aos Materiais, Propriedades Mecânicas 2009.1 - LaMaTS Engenharia de Superfícies – Universidade Federal do Paraná, UFPR – 2009.



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