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.
