Materiais de Construção Mecânica – Seleção, Uso e Solução (Parte 2)

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Materiais de Construção Mecânica – Seleção, Uso e Solução
 “Materiais, pode-se dizer, são o alimento do design. Um produto de sucesso - que funciona bem, que tenha um bom retorno de valor investido, uma boa relação custo x benefício, que dá prazer para o usuário – utiliza os melhores materiais para o trabalho, explora plenamente o seu potencial e traz características vitais de rentabilidade e qualidade geral, por assim dizer.”
George E. Dieter



A Escolha
Olá, sejam todos bem vindos mais uma vez ao Blog Carroceiros de Plantão.
Dando continuidade ao desenvolvimento do artigo sobre Materiais de Construção Mecânica, iniciarei, de uma forma mais generalizada, a separar as possibilidades de uso e escolha dos materiais no desenvolvimento do produto. Mais a frente, nos próximos posts do artigo, serei mais pontual nas classes de materiais usualmente aplicadas hoje em dia na industria de manufatura de carrocerias automotivas.
Vamos lá então.
No desenvolvimento do produto, a gama que encontramos para a escolha de uma material para um determinado produto pode ser dividido em classes. As classes de materiais - metais, polímeros, cerâmicas, e assim por diante - serão introduzidos mais a frente. Mas não é, no final, um material que procuramos, é um determinado perfil de propriedades.

                                    

Figura 1: metais, polímeros, elastômeros, cerâmicas, vidros e compósitos.


Os membros de uma classe tem características em comum: propriedades semelhantes, rotas de processamento semelhantes, e, muitas vezes, semelhantes aplicações.
Metais tem módulos relativamente altos. Eles podem ser feitos por formação da liga por processos mecânicos, ligas fortes por tratamento térmico, mas permanecem dúctil, o que lhes permite ser formados por processos de deformação, conformação, usinagem, etc. Algumas ligas de alta resistência (aço-mola, por exemplo) têm ductilidades baixas, mas mesmo assim, suficiente para garantir que os rendimentos do material quanto a fratura e deformação, e quando ocorre, é de um tipo dúctil. Em parte por causa de sua ductilidade, os metais são materiais mais sujeitos à fadiga, e, de toda a as classes de materiais, são os menos resistentes à corrosão.
Cerâmicas e vidros, também possuem altos módulos, mas ao contrário de metais, eles são frágeis. Sua resposta a tensão, torção e a resistência à ruptura é frágil. A cerâmica não tem ductilidade, ela apresenta baixa tolerância a concentrações de tensão (como furos ou rachaduras) ou para as tensões de contato (clamp) em pontos de fixação, por exemplo.
Materiais dúcteis podem acomodar as concentrações de tensão através da deformação de uma maneira que redistribui a carga de maneira mais uniforme, e por isso, eles podem ser utilizados sob carga estática dentro uma pequena margem de sua força de rendimento. Cerâmica e vidros não podem.
Apesar disso, cerâmicas e vidros possuem características atraentes. Eles são duros, resistente à abrasão (daí seu uso em rolamentos e ferramentas de corte), eles mantêm a sua resposta a altas temperaturas, e resistem à muito bem a corrosão. Eles devem ser considerados como uma classe importante de material de engenharia.
Os polímeros e elastomeros estão no outro extremo do espectro. Possuem módulos baixos, aproximadamente SO vezes menos do que os de metais, mas eles podem ser bem resistentes, quase tão resistentes quanto os metais. São os polímeros de engenharia. Consequência disto é que as deflexões elásticas podem ser grandes. Suas propriedades dependem da temperatura de modo que um polímero que é resistente e flexível a 20° C pode ser frágil à 4° C, ou ainda apresentar fluência a 100 ° C. Se estes aspectos são permitidos no projeto, as vantagens dos polímeros podem ser explorados. E há muitos deles.
Quando aspropriedades de polímeros são combinadas, podemos ter materiais tão bons como os metais, com a vantagem de serem bem mais leves. São fáceis de moldar, tornado a vida dos designers mais descomplicada, pois podem apresentar forma complexa na qual um material metálico jamais conseguiria chegar com os atuais métodos e processos de manufatura. As deformações elásticas permitem a concepção de componentes de plástico que se encaixam, tornando o processo de montagem, rápido e barato. Podem apresentar textura, coloração, alto grau de tolerância e precisão, comprometimento com tempo, etc. Os polímeros são resistentes à corrosão, e tem baixos coeficientes de atrito. Um bom projetista, deve saber explorar essas propriedades  e potencialidades.
Compósitos combinam as propriedades atrativas de classes de materiais, evitando alguns dos seus inconvenientes. Eles são leves, rígidos e resistentes, e que pode ser difícil de encontrar numa categoria isolada.  A maioria dos compostos atualmente disponíveis para o engenheiro tem uma matriz de polímero - epóxi ou de poliéster, normalmente – reforçados por fibras de vidro, de carbono ou de Kevlar. Eles não pode ser utilizado acima de 250° C, porque a matriz de polímero suaviza, mas à temperatura ambiente o seu desempenho pode ser excelente. Componentes em materiais compósitos são caros e relativamente difíceis de formar. Portanto, apesar de suas propriedades atraentes a aplicação se dará apenas quando o desempenho adicional justificar o custo adicional.



Figura 2: Utilização, evolução e importância de materiais na engenharia em função dos anos (tempo em escala não linear)

A classificação da Figura 2 tem a vantagem de agrupar os materiais em termo de importância ao longo dos anos pelo seu processamento e uso. Esse quadro tem como objetivo demontrar as potencialidades e também os seus perigos, aos especialistas engessados (o metalúrgico que não sabe nada de polímeros) e os de pensamento conservador ("vamos usar o aço porque nós sempre usaram aço).
Nos próximos capítulos vamos examinar as propriedades de engenharia de materiais de uma perspectiva diferente, comparando propriedades em todas as classes de materiais. É o primeiro passo no desenvolvimento da liberdade de pensamento que o designer/projetista precisa.

Ficarei muito grato se puderem me dar um feedback sobre esse meu artigo, 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
Archer, B. (1974). Design awareness and planned creativity in industry. Toronto: Thorn Press Limited. ISBN 0-85072-016-8.
Hekkert, P., & Schifferstein, H. (2008). Product experience. Amsterdam: Elsevier Science Limited. ISBN 978-0-08-045089-6.
Koberg, J, & Bagnell, J (1991). The universal traveler: A soft systems guide to creativity, problem-solving and the process of reaching goals. W. Kaufmann. ISBN 978-0-913232-05-7.
Morris, R. (2009). The fundamentals of product design. AVA Publishing. ISBN 2-940373-17-5.
George E. Dieter (1997). "Overview of the Materials Selection Process", ASM Handbook Volume 20: Materials Selection and Design.



1° Curso de Restauração de Veículos Antigos do Brasil

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Olá muito boa noite! Bem vindos mais uma vez ao Blog Carroceiros de Plantão para falarmos sobre carrocerias automotivas. Espero que tenham todos gostado do primeiro post do nosso colega Mauro Gobbi, com certeza ele adicionará muito á esse Blog com a sua experiencia. 

Hoje publico aqui informações do primeiro curso de  Restauração de Veículos Antigos do Brasil. Particularmente eu não conheço as pessoas que preparam o curso mas imagino que seja  um bom curso pois do contrário o Clube do Carro Antigo não encabeçaria este projeto.

Aproveitem bem essa oportunidade!


Carlos Lindner
O Especialista




 

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