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PROPRIEDADES BÁSICAS DOS MATERIAIS

 Propriedades Mecânicas
      resistência à tração e compressão;
      resistência a flexão transversal;
      resistência ao impacto;
      resistência à fadiga, à fluência;
      dureza;
      plasticidade/ductilidade e tenacidade;
 Propriedades Químicas
      resistência à corrosão (há diversas formas);
      resistência à oxidação, etc.
Propriedades Físicas
     Propriedades Elétricas (condutividade elétrica,
   resistividade elétrica, etc)
      Propriedades Magnéticas (permeabilidade magnética;
   força coercitiva, indução magnética, etc.)
      Propriedades Térmicas (condutividade térmica;
   dilatação térmica, etc)
      Propriedades Óticas (transparência; índice de
   refração, etc.)
Propriedades Tribológicas
     resistência aos diversos tipos de desgaste (desgaste
   abrasivo, desgaste adesivo, desgaste erosivo, etc.);
     coeficiente de atrito do material.

                                             Par tribológico
par tribológico eixo-bucha
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
A seleção depende das propriedades do material

           Aplicação particular
                pretendida

         Conjunto de propriedades
         requerido pela aplicação


     Seleção do material que atende ao
         conjunto de propriedades


     Seleção do processo de fabricação
ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES

Para determinar as propriedades de um material são realizados ensaios
específicos para a cada propriedade. O procedimento de cada ensaio é
descrito em normais técnicas nacionais e internacionais como:
     ISO – International Standard Organization;
    ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas;
    DIN - Deutsche Industrie Normen;
    ASTM – American Society for Testing and Materials
    MPIF- Metal Powder Industry Federation, etc.
    A geometria das amostras a serem ensaiadas (chamados corpos de
  prova) e as condições técnicas de condução de cada ensaio são
  descritas nas normas técnicas.
Exemplo: Resistência à tração → é obtida através do chamado
        Ensaio de Tração (Tensile Test, ASTM Standards E 8 e E 8M)
Esforço de tração   Esforço de compressão
Esforço de cisalhamento   Esforço de torção
Propriedades mecânicas
1) ENSAIO DE TRAÇÃO          σ = F/A   (N/mm2)
                L0                                       A0


                                       corpo de prova
                                       antes do ensaio

                      estricção

                                        corpo de prova
                                        após ensaio

                Lf
Propriedades basicas
Representação
esquemática de
máquina de
ensaio de tração
Conceitos de Tensão e de deformação


Devemos diferenciar entre:
     tensão nominal ou tensão de engenharia
     (engineering stress) → σ = F/A0 [N/mm2]
     tensão real (true stress) → σ = F/A ! #
                                         "       $%


     O conhecimento da tensão real é mais interessante
   em estudos científicos sobre comportamento mecânico
   e mecanismos de deformação envolvidos.
     Na engenharia, para projetar estruturas e
   componentes mecânicos, utilizamos a tensão de
   engenharia.
Deformação
A deformação nominal ou de engenharia (engineering strain)
no sentido do comprimento do corpo de prova é dada por:
                         L - L0        ∆L
                   ε=      L0
                                  =
                                       L0
A deformação real (true strain) é dado por:

               L
                    dL            L            Ao
      εε =           L
                         = ln
                                  Lo
                                        = ln   A
               Lo

onde L = comprimento instantâneo e A = área instantânea
Gráficos σ x ε                     σe = tensão de escoamento
                                         / limite elástico
          F    N                   σt = resistência à tração
    σ=    A0   mm2                 σr = tensão de ruptura

     σt
     σr                                             Comparar com
                                                      Curva real
     σe




               Deformação ε   mm
                              mm
Curva tensão real versus deformação em tração

       σreal       )*




                                 (
                             '
                        '




                  & '        ε
Módulo de Elasticidade
O módulo de elasticidade é a inclinação da curva tensão
versus deformação (σ x ε ) na região elástica.
                   ∆σ
               E = ∆ε     σ ε

É uma propriedade muito importante pois representa a
rigidez do material, isto é, a sua resistência à deformação
elástica.
Valores do módulo de elasticidade:
     Metais: varia entre 45 GPa (Mg) e 407 GPa (W);
     Cerâmica: entre 70 e 500 GPa e Diamante = 1000GPa
     Polímeros: entre 0,007 e 4 GPa.

          (1GPa = 1000 MPa = 1000 N/mm2)
Módulo de Elasticidade

     F    N
σ=   A0   mm2
                          +    ,         -
σt
                                       ∆σ     σ
                                   E = ∆ε    σε ε
Le

          ∆σ                         σ      !ε




     ∆ε

           Deformação ε   mm
                          mm
. / 1.
   0/
      2           *
  '           '
     03
          4

              - 5,
6




& '                6

      γ)   θ
 7         6
σ de tração            σ de compressão




    σ = F/A                     σ
                                     7
                                         6
   6
& '
   6             γ)   θ
'           8




    3                '
        8
                     *
                         1
            9 $: 9 ;<0
8           7       7
                6
    '   8       -       =




    "               - "≅ 9 >!
Propriedades basicas
Propriedades basicas
5
Estricção
Chama-se de estricção o percentual de deformação
em área no local onde se forma a estricção
(pescoço), isto é,
                             Af – A0
                        φ=
                                 A0

                     estricção

                                       corpo de prova
                                       após ensaio


               Lf
Alongamento
  Chama-se de alongamento à deformação plástica
  total ocorrida no corpo de prova até a sua ruptura no
  ensaio de tração.
                              Lf – Lo (após ruptura)
                           A=
                               Lo
  Alongamento é a deformação plástica máxima na direção
  da aplicação da força
  È uma propriedade do material que se relaciona com a sua
  capacidade de deformar-se plasticamente (sua plasticidade).
  Quanto mais dúctil o material maior o seu alongamento.
# % ' ( !% ' )!$ ' * +
 !$ &  !        #
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             '         *           0
                 @ '
                 0
         ,   '                                '       '
        -                  '           , @0

        σ

    +
                           +

                               '




                 & '               ε
3                                               4
                   (       A   '
*   0
                                            1
            ;< 8       5       B 99
                                >       8
             (
        (                      <9   8   ;0999
8
LIMITE ELÁSTICO (LE)

Quando submetido a uma força de tração o material sofre,
inicialmente, apenas deformação elástica até ser alcançado
o limite elástico; a partir deste ponto do ensaio começa a
ocorrer, além da elástica, a deformação plástica ou
permanente.
                 ε = εel + εpl
TENSÃO DE ESCOAMENTO CONVENCIONADA σ           ,
                                               -
Quando não apresenta patamar de escoamento claramente
definido define-se, por norma, como tensão de escoamento
aquela tensão para a qual o material já apresenta 0,2% de
deformação permanente e determina-se graficamente (ver
figura).
ε = εel + εpl

Tensão σ    εel      εpl




                  Deformação ε
σ) .#     9




σ 0,2




        9 $C
               & '   ε
Ensaio de tração de Polímeros

As propriedades mecânicas de materiais poliméricos podem ser
descritas usando-se, em parte, os mesmos conceitos ou termos
utilizados para materiais metálicos e cerâmicos.
A figura a seguir mostra a curva tensão X deformação típica de
nylon (material polimérico).
EF E
        +E"
         (     4                                                   ,
-             4    '
                                                               0
                            4           7                  (            D -
                            '
                             4                         *           0"             4
*        ,@             σ @ε 4                        *        0
                                    ε
                        D )         σ dε
                                9
                   -                    *         4                           7
    5                   *                                          G

                       D ) Hσ ε
        ε ) σ#!,
                                                  -
                                    σ         σ
               D )Hσ                        ) $!
                                    !
(
       σ                      σ
                          *
                                         (


                              σr
 Limite
elástico


                   (
                          *
                                             I




           Deformação ε            & '       ε
#
            4                     *
            *          @ =
6,                      ,                    4               0
                          ,                              -           4
            '                                                    0
8                             σ
    *       -     @                                  *
        '

                        Limite
                       elástico


    '
                  *
,@              σ @ε


                                      Deformação ε
Material cerâmico         Material
    (comportamento          Metálico tenaz
          frágil )
σ                       σ                    σ

                                                    Material
                                                 Metálico dúctil




            ε                    ε                       ε
Propriedades basicas
Aspecto da fratura de materiais




       Fratura de material frágil




        Fratura de material dúctil




         Fratura de material tenaz
Propriedades basicas
Propriedades basicas
Propriedades basicas
Tabela 1. Propriedades mecânicas de alguns materiais


    MATERIAL        σesc.     Resistência    Módulo de     Alonga-   Coeficiente
                    [N/mm2]    [N/mm2]      Elasticidade    mento       de
                                              [N/mm2]        (%)      Poisson
Magnésio               41       165 T         45.000         14         0,29
Prata                  55       125 T         76.000         48         0,37
Alumínio (>99,5)       17        55 T         69.000         25         0,33
Ferro puro            130       260 T         207.000        45         0,27
Níquel ( > 99 )       138       483 T         207.000        40         0,31
Cobre (99,95)          69       220 T         110.000        45         0,35
Latão (70Cu+30Zn)      75       303 T         110.000        68         0,35
Bronze (92Cu+8Sn)     152       380 T         110.000        70         0,35
Titânio               240       330 T         107.000        30         0,34
Molibdênio                       1600         324.000        35
Tungstênio                       2100         390.000
Continuação Tabela 1


   MATERIAL         σesc.     Resistência    Módulo de     Alonga   Coeficiente
                    [N/mm2]    [N/mm2]      Elasticidade   mento       de
                                              [N/mm2]        (%)     Poisson
Aço 1040             350         520 T       207.000        30         0,30
Aço inox 310 –       205         515 T       193.000        60         0,30
aust.
Aço inox 410-        275         483 T       200.000        30         0,30
Mart.
Metal duro                    2200-2600 F
WC+10 % Co
Al2O3 sinterizado             210 a 340 F    370.000                   0,26
(5%poros)
Carbeto de                       170 F       470.000                   0,19
Silício
Diamante                      5000 Com.     1.000.000        0
Grafita                       3T, 8 F;        22.000
                              200C
Vidro de                         69 F         69.000                   0,20
Borosilicato
Continuação Tabela 1

   MATERIAL        σesc.     Resistência    Módulo de     Alonga   Coeficiente
                   [N/mm2]    [N/mm2]      Elasticidade   mento       de
                                             [N/mm2]        (%)     Poisson
Carbeto de Boro                340 F        290.000
Sinterizado (HP)
Polietilieno de                  28            830        15-100
alta densidade
Poliester                       158           8960         2,7
PVC (cloreto de                  41           2800         2-30
polivinila)
nylon 66                        82,7          2830         60
ABS                            28-48          2100        20-80
Poliestireno                  1,4 - 3,0        1,6         440-
vulcanizado                                                600
Polisopreno                    17-25           1,3         750-
vulcanizado                                                850
ENSAIO DE COMPRESSÃO

      Força F1        Força F2 > F1        Força F3 > F2




H1      A1       H2         A2        H3           A3
ENSAIO DE COMPRESSÃO


   σreal




  σe                       (

            '              '




           & '         ε
Deformação em altura:    ∈altura = ∆H /H0
   Deformação em área: εA      = ∆A / A0
   Coeficiente de Poisson:   ν = εx / εz = ε      ε.
   O coeficiente de Poisson é a relação entre a
deformação elástica no sentido da aplicação da força e a
deformação elástica perpendicular a esta direção.
   Os valores do coeficiente de Poisson da maioria dos
materiais metálicos e cerâmicos encontram-se entre 0,26
e 0,35.
Ensaio de Ruptura por Flexão
  Em materiais muito duros, o ensaio de tração é muito difícil de ser
realizado na prática e, então, prefere-se utilizar o ensaio de flexão
para determinar a resistência do material, neste caso, chamada de
                                 material
resistência à ruptura por flexão.
  O ensaio de flexão é utilizado em todas as classes de materiais

  Ensaio de flexão em três pontos → ver figura.

          Q           Flexão em 3 pontos

                         b
                        h
          L                           L’
       ;J+
 σ   )
       $, $
         6
CORPO DE PROVA DO ENSAIO DE TRAÇÃO

               L0




                     estricção




                Lf
Cálculo da resistência à flexão:

                                 ;J+
   Secção retangular: σ        )
                                 $, $
                                   6
       σrup é a resistência à ruptura por flexão (medida em
       N/mm2 quando a força é dada em N);
       Q a carga aplicada;
       L = distância entre apoio, b = largura e h = altura do
       corpo de prova retangular
                                    J+
   Seção circular:    σ      ) 2,546 ;
                                    &
                          D é o diâmetro
EXERCÍCIOS


1) Baseado no resultado do ensaio de tração apresentado
  na figura a seguir, determinar:
   a) Módulo de elasticidade do material;
   b) Resistência do material ao escoamento;
   c) Resistência à tração;
   d) Alongamento.
σ [N/mm2]

700


600


500

400


300


200

100


                                    ε (%)
      0,2   0,4   0,6   1,0   2,0
σ [N/mm2]

700

600

500

400

300

200
           ∆σ
100

      ∆ε                                      ε (%)
       0,2 0,4 0,6       1,0            2,0
a) Módulo de elasticidade do material
       ∆σσ               300 N/mm2
 E=    =             =                = 150.000 N/mm2
    ∆ε   ε               0,002mm/mm
σ [N/mm2]

         700

         600

  σ0,2   500

         400

         300

         200

         100

                                                        ε (%)
                0,2 0,4 0,6     1,0               2,0
b) Resistência do material ao escoamento
   No caso, como não tem patamar de escoamento definido, utiliza-se o
   conceito de tensão de escoamento convencionada, ou seja, σ0,2

                     σ0,2 = 475 N/mm2
σ [N/mm2]

      700
σr
      600

      500

       400

      300

      200

      100

                                                 ε (%)
             0,2 0,4 0,6       1,0         2,0
     c) Resistência do material a tração

             σr = 625 N/mm2
σ [N/mm2]

  700

  600

  500

  400

  300

  200

  100


         0,2 0,4 0,6     1,0                2,0   ε (%)

d) Alongamento obtido no ensaio de tração
                   A = 1,8%
2) Baseado no resultado do ensaio de tração
  apresentado na figura a seguir, determinar:
   a) Módulo de elasticidade do material;
   b) Resistência do material ao escoamento;
   c) Resistência à tração;
   d) Alongamento.
Tensão   σ            2
              [ N /m m ]


1400



1200


1000



 800


 600



 400


 200




         0 ,4 0 ,8   1 ,6        2 ,4            3 ,2          4, 0   4 ,8   5 ,6
                            D e fo r m a ç ã o    ε     (% )
EXERCÍCIOS
2) Baseado no resultado do ensaio de tração apresentado
  na figura a seguir, determinar:
   a) Módulo de elasticidade do material;
   b) Resistência do material ao escoamento;
   c) Resistência à tração;
   d) Alongamento.
SOLUÇÃO                 2
               500 N/mm
     a) E =                   = 5 x 105N/mm2
              0,001 mm/mm
     b) Resistência ao escoamento:       esc =   0,2   = 900N/mm2
     c) Resistência a tração:    r=   1400N/mm2

     d) Alongamento é aproximadamente 5,8%
3) Uma base de medida de 50 mm é adotada num fio de cobre.
 O fio é tracionado até que as marcas da base de medida
 assumam a distância de 59 mm. Calcule a deformação.
 Solução: ε = ∆ L/Lo = (59 – 50)/50 = 9/50 = 0,18 mm/mm, ou
 seja, 18%
 4) Se o módulo de elasticidade médio de um aço é de 205.000
 MPa, de quanto será estendido um fio de aço com diâmetro de
 2,5 mm e comprimento inicial de 3 metros ao suportar uma carga
 de 4900N ?
Solução:
A = R2 = (D/2)2 = D2/4          OU        = F/A = F/ R2 ou 4F/ D2
     = ∆L/Lo ou ∆L = Lo             E= /      ou    = /E
            Então, temos que ∆L = ( /E )Lo = [F/ R2E]Lo
∆+ = 4.900 / [3,14 x (1,25)2 x 205.000] x 3000 = 14700000/1005781,25
               ∆ + ) B :<
                      >B
4) A resistência a ruptura por flexão de uma barra de secção
quadrada de 10 x 10 mm é de 600 N/mm2. Qual a carga mínima
necessária para romper a barra por flexão sendo a distância entre
os apoios de 100mm?                          Q
                                           ↓
SOLUÇÃO




                                      100 mm


      ;J+
σ   )                                  2bh 2
      $, $
        6                         Q =(       )σ rup
                                        3L

            2000mm3
    Q=    ( 300mm ) 600N/mm2 = 4000N
Ensaios de Dureza
   Para a engenharia de materiais e a metalurgia, dureza é
   a resistência do material à deformação plástica;
                                                     Q
O ensaio de dureza:
Aplica-se uma carga Q através de um
penetrador e mede-se o tamanho da
marca de deformação deixada pelo
mesmo (impressão de dureza).
                     dureza

                                           Material a ser ensaiado




        b)
                     φ
A dureza do penetrador deve ser maior do que a da
amostra a ser ensaiada
Materiais mais duros são mais resistentes a
deformação plástica e deixam uma impressão menor




                          Material B com dureza
     Material A              maior do que o
                                material A
Métodos de ensaios de dureza

1) Por risco – Escala de dureza Mohs

 Escala de dureza Mohs é uma tabela de 10 minerais
padrões em que o anterior é riscado pelo posterior na
seguinte ordem: talco, gipsita, calcita, fluorita, apatita,
ortoclásio, quartzo, topázio, safira e diamante. Por
tanto, ela serve para classificação de minérios “in loco”, no
campo ou em laboratório.
 Este tipo de medida de dureza é de grande utilidade na
área de mineralogia e geologia, mas apresenta pouco
interesse na área de materiais e metalurgia.
Q
2) Dureza por penetração

  No ensaio de dureza por
  penetração, aplica-se uma
  carga Q sobre a superfície
  polida do material a ser
                                   Material a ser ensaiado
  ensaiado através de um
  penetrador e mede-se a marca
  deixada pelo penetrador após a
  remoção da carga.



                                             φ
As principais escalas de dureza (ensaio por penetração):

 a) Dureza Vickers
 Penetrador: pirâmide de diamante com base quadrada, com
 um ângulo de 136 graus entre as faces opostas.

 Através do penetrador (pirâmide de diamante) pode se aplicar
 cargas desde muito pequenas (microdurômetro Vickers, Q <
 1N) até da ordem de 1500N (durômetro Vickers).

 O microdurômetro Vickers serve para medir a dureza de cada
 fase distinta do material, desde que a impressão de
 microdureza seja menor que o tamanho de partícula da fase.
HV = 1,8544Q/L2 [N/mm2]

Q = carga aplicada no
ensaio, isto é, ao penetrador
de diamante
L = medida da diagonal
da impressão de dureza.                  L

Lei de Meyer:
Para boa parte dos metais observa-se que HV~ 3σe,
onde σe é a tensão de escoamento do material

A escala Vickers é muito utilizada na pesquisa porque
permite comparação dos materiais entre si, desde os de
dureza mais baixa (metais) até os muito duros (cerâmica)
Microdureza em um material polifásico


                                         microdureza
                                         da fase A


                                        microdureza
                                        da fase B


                                        microdureza
                                        da matriz



                             5 µm
b) Dureza Brinell
   Penetrador: esfera de aço temperado; aplica-se carga Q
através da esfera; mede-se a calota esférica.

   HB = Q/Sc =Q/πDp (em N/mm2)
   D = Diâmetro; Q = carga; Sc = Superfície da calota
   p = profundidade da impressão (deformação plástica).

     A dureza Brinell ou seja, a escala Brinell é muito
utilizada em metais de elevada a média ductilidade, isto é,
metais não muito duros
c) Dureza Rockwell
   Penetrador: Vários; o principal é um cone de
diamante. O ensaio é baseado na profundidade de
penetração subtraída da recuperação elástica.
Muito utilizado para medir a dureza de aços duros
(aços temperados ou aços temperados +
revenidos)
Propriedades basicas
.       / K
         0;B



    (

    '
'    &
 L '
M , L
Propriedades basicas
(   E
Resistência ao impacto / Ensaio de impacto



    Martelo Charpy


                                                       hi


     hf




    Representação esquemática do ensaio de impacto tipo charpy

 A diferença entre a altura hi e hf está correlacionada com a perda
 da energia do martelo gasta para romper o corpo de prova.
Corpos de prova para ensaios de impacto:
 Existem dois tipos e são especificados pela norma ASTM E-23
     - corpo de prova Charpy e,
     - corpo de prova Izod.
Os corpos de prova para o ensaio Charpy são retangulares com as
dimensões: h = b = 10 mm e L = 55mm.
Um entalhe é feito no meio do corpo de prova para facilitar a fratura.
Existem 3 tipos de entalhes praticados:

                                    Charpy tipo A
                                    (entalhe em V)

                                    Charpy tipo B
                                    (entalhe em forma de
                                    buraco de fechadura)

                                    Charpy tipo C
                                    (entalhe em U)
                   55 mm
Ensaio de impacto IZOD

          15o

                22 mm     Corpo de prova
                          Izod engastado
Martelo




            28 mm




                        75mm
Propriedades basicas
Energia absorvida no
              ensaio de impacto (Joules)




       - 30   - 20   -10    0   10     20   30   40    50       60
                           Temperatura do corpo de prova (0C)


A resistência ao impacto dos materiais metálicos varia com a temperatura. Eles
possuem uma transição de dúctil para frágil em determinada faixa de
temperaturas, de acordo com a composição química e a microestrutura do aço.

Aços especiais para que mantém elevada energia de impacto em temperaturas
baixas chamam-se aços criogênicos.
Propriedades basicas
Propriedades basicas
Observações:
  O ensaio de impacto é um ensaio dinâmico, isto é, a energia de
impacto é transferida de forma instantânea ao corpo de prova.
Mede-se a energia necessária para ocasionar a fratura.
   O resultado do ensaio só serve para comparar entre si
materiais ensaiados nas mesmas condições; Entretanto, não
fornece indicações seguras sobre o comportamento ao impacto de
peças em geral.

    Indicações mais seguras sobre o comportamento ao impacto
de uma peça só são possíveis de serem obtidas se pudermos
ensaiar a peça inteira sob as condições que ocorrem na prática
(situação real de uso da peça).
  Quanto maior a energia absorvida no ensaio de impacto (para
materiais ensaiados nas mesmas condições) mais tenaz é o
material.
  O teste não faz sentido para materiais cerâmicos.
/0    #
*             12       +
  4                '

      *             '
 ,                 @
      '


3)'       4
  @           B            N

 )                             '


σ )       '
Propriedades basicas
Propriedades basicas
4   5
Resistência do material ao calor  variação da
 Dureza ou resistência
resistência e da dureza com a temperatura
                              A → material metálico
  A dureza e a resistência dos materiais diminuem à medida
                                B → ligas metálicas
                       C
que aumenta a temperatura na qual estas propriedades são
                                    resistentes ao calor
                                  C → material cerâmico
medidas.
   Chamamos de materiais resistentes ao calor aqueles que
                   B
apresentam menor perda (diminuição) da sua dureza e da sua
resistência em função do aumento de temperatura, ou seja, as
propriedades se deterioram apenas em temperaturas mais altas.
               A
  Os metais refratários e os materiais cerâmicos possuem
maior resistência ao calor.
   Quando dizemos "as propriedades se deterioram" queremos
dizer que ficam abaixo do valor necessário para a aplicação na
                             Temperatura
temperatura desejada (temperatura em serviço). Ver Figura!!
Supor que uma dada aplicação requer D ≥
                             D1; então:
Dureza ou resistência
                             - A → material metálico trabalho for maior
                               se a temperatura de
                               que→ 1ligas metálicas grupo A não serve!
                                 B T , o material do
                        C            resistentes ao calor
                             - se a temperatura de trabalho for maior
                               que C2→ material cerâmico
                                   T , só grupo C serve!

                   B
  D1


               A




       T1               T2                 T3
                             Temperatura
Fadiga

O limite de resistência que determinamos no ensaio de
tração vale para apenas um ciclo de carregamento. Este
não vale mais quando o material está sujeito a
carregamentos cíclicos (carregamentos repetidos).

Quando são aplicados esforços dinâmicos repetidos ou
flutuantes a um material metálico, o mesmo pode romper-
se com uma tensão bem inferior ao limite de resistência
determinado no ensaio de tração (ou compressão),
podendo variar de 1/4 a 1/2 da tensão de ruptura.
Sob carregamento cíclico o material sofre fadiga !
ENSAIO DE FADIGA

Para determinar a resistência à fadiga, ensaiamos corpos
de prova em tensões sucessivamente menores e medimos
o número de ciclos de carregamento que estes suportam
até se romper. Os resultados são traçados em diagramas
tensão versus número de ciclos chamados de diagramas
de Wöhler.
ENSAIO DE FADIGA

           Movimento alternado
          de tração e compressão
 Tração


+σ


  0                                   tempo



-σ

Compressão   N=1      N=2       N=3

             N = número de ciclos
Fadiga em tração


 Tração



 +σ




σ=0
                                    tempo

             N=1        N=2        N=3

            N = número de ciclos
Fadiga em compressão


                                      tempo
σ=0




-σ

Compressão
              N=1       N=2          N=3

              N = número de ciclos
Limite de Resistência à fadiga

   é o valor da tensão para a qual o material suporta um
número suficientemente elevado de ciclos de
carregamento e descarregamento sem se romper (este
número depende da aplicação do material !)

     Especificamos um número definido de ciclos a suportar
   (de 106 a 108 ) e a tensão para a qual o material suporta
   este número de ciclos chamamos de resistência à fadiga.
Tensão em N/mm 2

 550

 500

 450

 400
                              Aço ao carbono tratado
350                                   (0,47%C)

300
                          Aço doce
 250
                                Liga de alumínio
200

150

 100                      Ferro fundido cinzento


        104    105    106     107     108    109
              N = número de ciclos
Propriedades basicas
Propriedades basicas
Propriedades basicas
Resistência à fluência

   Fluência pode ser definida como a deformação plástica
que ocorre em elevada temperatura sob carga constante ao
longo do tempo.
  A fluência ocorre em tensões inferiores à tensão de
escoamento medida no ensaio de tração.

  A fluência, isto é, a deformação plástica por fluência,
depende da temperatura, do tempo e da tensão aplicada.

Materiais resistentes à fluência são aqueles que melhor
resistem a deformação plástica na temperatura de trabalho, ou
seja, aqueles que sofrem pouca fluência (pouca deformação)
na temperatura de trabalho durante a sua vida útil.
São resistentes a fluência:
  metais refratários (metais de alto ponto de fusão) como o
  Tungstênio e o Molibdênio e suas ligas, e ligas especiais à
  base de Níquel.
  as cerâmicas de engenharia (cerâmica avançada) via de
  regra possuem elevada resistência à fluência.


ENSAIO DE FLUÊNCIA

O teste de fluência é realizado em temperaturas da
ordem de 1/3 a 1/2 da temperatura (na escala kelvin)
de fusão do material. O corpo de prova é aquecido por
um forno acoplado à máquina de ensaios.
Propriedades basicas
Propriedades térmicas
 Dilatação térmica
 O coeficiente de dilatação térmica linear é dada por:

       α = ∆L / ∆T Lo               ∆L = α ∆T Lo
 O conhecimento da dilatação térmica de um material é muito
 importante para o design de materiais, de componentes e de
 estruturas em materiais de engenharia.
Exemplo 1: Peças em contato que possuem movimento relativo entre si:
Durante o serviço (em funcionamento!) ocorre aquecimento
 devido ao atrito, ocasionando variações dimensionais nos
componentes; um coeficiente de dilatação térmica distinto nas
peças em contato acarreta desajuste dimensional.
Resultado: engripamento, vibrações e ruído; desgaste acelerado
em pontos específicos.
Propriedades basicas
Exemplo 2: Materiais revestidos com camadas ou filmes

                                          Revestimento
                                          (camada superficial)
                                           Substrato




Quando o coeficiente de dilatação térmica do substrato for
acentuadamente diferente daquele do revestimento, pode
ocorrer o desplacamento da camada, ou o seu trincamento.
Exs.: vidrado (esmalte cerâmico) sobre azulejos; Filmes
DLC (são filmes de elevada dureza e baixo coeficiente de
atrito a base de carbono); Cromagem, zincagem,
nitretação, cementação, etc.
3) Junção metal - cerâmica

       material cerâmico   material de junção




                                        metal




Os materiais metálicos possuem em geral, coeficiente de
dilatação térmica muito maior que os materiais cerâmicos.
Isto complica a junção de componentes metálicos com
componentes cerâmicos, isto é, a brasagem de metal em
cerâmica.
4) Materiais compósitos
      Matriz metálica + fibras cerâmicas
      Matriz metálica + partículas cerâmicas
(arranjo/ mistura tridimensional de fases com distintos
coeficientes de dilatação).
Condutividade térmica

É a capacidade que o material tem de conduzir o calor.

.@            67 8
  J           7            -
                       *                          4

                                 O#   $0
              OJ ) 1P @

P4                 5                6
               4                 O# 0 0°P    Q# 0°P
Alguns valores de condutividade térmica
             ( em W/m.°K = J/m.s. °K)
Diamante tipo IIa   2,3 x 103             SiO 2      1,4
             SiC    4,9 x 102         concreto    9,3 x 10-1
           Prata    4,29 x 102            vidro   9,5 x 10-1
          Cobre     4,01 x 102      polietileno   3,8 x 10-1
        Aluminio    2,37 x 102           teflon 2,25 x 10-1
           Ferro    8,02 x 101        madeira     1,6 x 10-1
           Al2O 3   3,5 x 101    Fibra de vidro    5 x 10-3
Materiais de elevada condutividade
térmica servem para transportar o calor
gerado por componentes em serviço para
fora do local onde é gerado, impedindo o
superaquecimento localizado.

  Materiais de baixa condutividade térmica
são utilizados para blindagem térmica de
fornos (confinamento de calor).
Blindagem térmica
A blindagem térmica de fornos (isolamento térmico) é feita com
blocos (tijolos refratários) de cerâmica com elevada porosidade
ou com mantas feitas de fibras cerâmicas, sendo que as fibras
devem ficam ordenadas perpendicularmente à direção de
propagação do calor.




  a) Blindagem térmica        b) Blindagem térmica
  com tijolo porosos de       com mantas de cerâmica
  cerâmica
Propriedades magnéticas
Sempre que uma carga elétrica encontra-se em
movimento gera-se um campo magnético. Um dos
conceitos mais fundamentais em magnetismo é a idéia do
campo magnético.

Quando é gerado um campo magnético em um dado
volume do espaço:

  há uma variação da energia neste espaço (gradiente de
energia) que gera força magnética

  a força magnética se manifesta sobre uma carga
elétrica que esteja dentro deste campo. Esta força acelera
a carga elétrica.
+
Quando um condutor (p. ex. um fio metálico) encontra-
se dentro do espaço onde existe o campo magnético, este
induz uma corrente elétrica no condutor.


De forma resumida:

Cargas elétricas em movimento geram um campo
magnético e, por outro lado, um campo magnético induz
corrente elétrica em condutores, ou seja, acelera cargas
elétricas.
Magnetização

   Os átomos possuem momentos magnéticos (dipolos
magnéticos) devido ao movimento de rotação dos elétrons
(momento orbital) e ao spin (grandeza magnética intrínseca ao
elétron). Assim, os materiais interagem com campos magnéticos.

   Quando um material é submetido a um campo magnético
externo, pode sofrer uma magnetização, isto é, pode ocorrer o
alinhamento dos dipolos magnéticos atômicos na mesma direção
do campo magnético aplicado, verificando-se a seguinte relação:

              M = χ.H
onde M é a magnetização, H o campo magnético externo aplicado
e χ é a susceptibilidade magnética.

A magnetização é uma propriedade macroscópica que representa
a soma dos momentos magnéticos dos átomos no material.
A susceptibilidade magnética χ é um parâmetro característico de
cada material e representa a resposta deste ao campo magnético
aplicado.


De acordo com o valor obtido para a susceptibilidade, pode-se
classificar os materiais em:
   - diamagnéticos,
   - paramagnéticos,
   - ferromagnéticos,
   - antiferromagnéticos e
   - ferrimagnéticos.
Os materiais diamagnéticos (χ < 0)
Apresentam uma baixa magnetização quando submetidos a
um campo magnético e em sentido contrário ao campo
aplicado (antiparalelo).
Essas substâncias não possuem dipolos magnéticos
intrínsecos, ou seja, são constituídos de átomos ou íons que
possuem as camadas eletrônicas completas. Exemplos são
os gases nobres, He, Ne, Ar, Kr, Xe e os sólidos que formam
ligação iônica, como NaCl, KBr, LiF e CaF2, cujos átomos
trocam elétrons para completar suas camadas. Esses
materiais não apresentam dependência da magnetização com
a temperatura ou com o campo aplicado.
Os materiais paramagnéticos (χ > 0)
Possuem magnetização nula na ausência de campos
magnéticos externos, isto é, os momentos magnéticos dos
átomos estão distribuídos aleatoriamente. No entanto, em
presença de campo externo, produzem uma pequena
magnetização na mesma direção e sentido (paralela) do campo
aplicado. Os principais materiais paramagnéticos são os
metais não magnéticos e os materiais que contêm átomos ou
íons de elementos do grupo de transição do ferro, terras raras
e dos actinídeos. Existe uma fraca dependência da
magnetização em relação à temperatura nestes materiais.
Os materiais ferromagnéticos, antiferromagnéticos e
               ferro            antiferro
  ferrimagnéticos têm característica semelhantes. Enquanto
  ferri
  nos ferromagnéticos os dipolos magnéticos (momentos
  magnéticos) tendem a se alinhar aos seus vizinhos, nos
  antiferromagnéticos e ferrimagnéticos os dipolos tendem a
  se alinhar no sentido contrário, conforme figura.




a) ferromagnético       b) antiferromagnético   c) ferrimagnético
A magnetização diminui à medida que a temperatura aumenta até um
Os materiais ferromagnéticos demonstram uma grande
valor de temperatura chamada temperatura crítica ou temperatura de
dependência da magnetização com a temperatura. Na figura a
Curie (Tc). A partir desta temperatura a magnetização é nula, o que
       Tc
seguir é apresentada uma curva (genérica) da magnetização
decorre do fato que a elevação da temperatura provoca uma
em função da temperatura.
distribuição aleatória dos dipolos magnéticos. Para temperaturas
acima de Tc o material passa a ter um comportamento paramagnético.
           Magnetização M




                                   Tc
                           Temperatura T
! !            "
        #            ! $!
    %
            !
                              &'
    (                 !
        #                              !
)                         #            !
                *
*           !                              !
A variação da magnetização de um material em função do
campo magnético externo aplicado (ver figura) denomina-se
curva de histerese magnética.
                         M



                    Mr



         H = - Hc

                                           H
                                 Hc
Em uma curva de histerese típica contata-se que com o aumento
da intensidade de campo magnético, a magnetização cresce
continuadamente até atingir um valor de saturação.
A partir da curva de histerese pode-se determinar, por exemplo, a
magnetização remanente Mr (magnetização que resta no material
quando o campo externo volta a ser nulo) e o campo coercivo Hc
(campo necessário para remover a magnetização remanente do
material).

Pela análise da curva de histerese pode-se classificar os materiais
em materiais magnéticos moles (soft magnetic materials) e
materiais magnéticos duros (ímãs permanentes ou hard magnetic
materials), dependendo do valor do campo coercivo a ele
associado.
M                            M

                                   Mr
      Mr

                        - H = Hc
- H = Hc

                    H                                 H




a) material magnético         b) material magnético
          mole                          duro
As unidades físicas utilizadas em magnetismo:
Para campo magnético: Tesla (T) e Gauss (G), sendo
1T(Tesla)=10000 G (Gauss)
Para campo coercivo usa se predominantemente o Oersted
(Oe), sendo que 1 Tesla equivale a 6000 Oersted.
Principais materiais magnéticos soft:
  Ferro puro, Fe + 3 a 4% de Si, Fe + 0,4 a 0,6%P
  Ferrites de Niquel e Manganês (ferrites soft)
  Ligas Fe-Ni-Co, etc.
Principais materiais magnéticos Hard (ímãs):
  Alnico (liga a base de Alumínio Níquel e cobalto);
  Ferrites de Estrôncio e de Bário;
  Ligas SmCo5; Nd-Fe-B e Sm-Fe-N
Propriedades basicas
RESISTÊNCIA À CORROSÃO
  Corrosão é o resultado destrutivo de reações químicas entre o
metal ou ligas metálicas e o meio ambiente.

  Com exceção de poucos como o ouro, os metais são sempre
encontrados na natureza na forma de compostos: óxidos,
sulfetos, etc. Isto significa que tais compostos são as formas mais
estáveis para os mesmos.

  A corrosão pode ser vista como nada mais do que a tendência
para o retorno a um composto estável. Assim, por exemplo,
quando uma peça de aço enferruja, o ferro, principal componente,
está retornando à forma de óxido que é o composto original do
minério.
PRINCIPAIS FORMAS DE CORROSÃO

      Corrosão ao ar ou oxidação

      Corrosão por ação direta

      Corrosão biológica

      Corrosão galvânica

      Corrosão Eletrolítica
1) Corrosão ao ar ou oxidação
   Materiais que são utilizados em condições de trabalho
 onde ocorrem temperaturas elevadas necessitam
 resistência especial à oxidação.
   Na oxidação são desfeitas as ligações metálicas e
 formam-se ligações iônicas entre o átomo metálico e o
 oxigênio, ou seja, forma-se o óxido do metal, que é um
 composto (Ex.: Mn → MnO).
   A cinética do processo de oxidação cresce com a
 temperatura, isto é, quanto mais alta a temperatura, mais
 rapidamente o metal se oxida ao longo da sua seção.
Cinética da oxidação em temperatura elevada

                X = espessura da camada de óxido
X [µm]
  30                                          material A


   20
                                              material B

  10                                           material C



                   1         10         100
                                     Tempo (horas)
        O material C forma uma camada estável e impermeável
        ao oxigênio, evitando a progressão da oxidação
2) Corrosão por ação direta
      Podemos incluir neste item os casos em que o
metal está diretamente em contato com substâncias que
o atacam. É comum em processos industriais. Podemos
citar como exemplos: soluções químicas, sais ou outros
metais fundidos, atmosferas agressivas em fornos, etc.
A prevenção e controle são específicos para cada caso.

3) Corrosão biológica
       Microorganismos também podem provocar
corrosão em metais. Isto é particularmente importante
em indústrias alimentícias e similares.
4) Corrosão galvânica

                       Quando -
                            e dois materiais metálicos com diferentes
  potenciais estão em contato, imersos em um as reações
                             Nestas condições, eletrólito,
  ocorre uma diferença de potencial entre estes causando
                             serão:
      Cobre (catodo)




                               Ferro ( anodo)
  uma transferência de carga elétrica de um+para o outro, -
                             No catodo: O 4e- + 2H O 4OH     2         2
  ocorrendo a corrosão galvânica.
                            No anodo: 2Fe                         2Fe++ + 4e-

                                                Assim, no anodo ocorre uma reação
                                                de oxidação (corrosão do material) e
Solução aquosa com íons como                    no catodo, uma reação de redução.
 Na+, Cl- e oxigênio dissolvidos


             Célula galvânica
A corrosão galvânica, provavelmente, é o tipo mais
comum. Isto porque a corrosão devido à presença
de água quase sempre se deve ao processo
galvânico. Seja um metal exposto ao tempo e,
portanto, sujeito à ação da umidade e da chuva ou
submerso ou, ainda, sob o solo. É o caso típico de
reservatórios, tubulações, estruturas, etc.
5. Corrosão Eletrolítica

      A corrosão eletrolítica acontece quando a
corrente elétrica causadora da corrosão origina-se em
fontes que não pertencem à estrutura que está se
corroendo.

Tubulações enterradas, como oleodutos, gasodutos,
adutoras, minerodutos e cabos telefônicos, estão
freqüentemente sujeitos a esses casos devido às
correntes elétricas de interferência que abandonam o
seu circuito normal para fluir pelo solo ou pela água.
FIM DO CAPITULO
Propriedades basicas
Camada de nitretos = 10µm
Tipo de fase: fase ε
X = espessura da camada de óxido
X [µm]
  30                                        material A


   20
                                            material B

  10                                         material C



                1          10         100
                                   Tempo (horas)
         Cinética da oxidação em temperatura elevada
M



           Mr



H = - Hc

                         H
                    Hc

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  • 1. PROPRIEDADES BÁSICAS DOS MATERIAIS Propriedades Mecânicas resistência à tração e compressão; resistência a flexão transversal; resistência ao impacto; resistência à fadiga, à fluência; dureza; plasticidade/ductilidade e tenacidade; Propriedades Químicas resistência à corrosão (há diversas formas); resistência à oxidação, etc.
  • 2. Propriedades Físicas Propriedades Elétricas (condutividade elétrica, resistividade elétrica, etc) Propriedades Magnéticas (permeabilidade magnética; força coercitiva, indução magnética, etc.) Propriedades Térmicas (condutividade térmica; dilatação térmica, etc) Propriedades Óticas (transparência; índice de refração, etc.)
  • 3. Propriedades Tribológicas resistência aos diversos tipos de desgaste (desgaste abrasivo, desgaste adesivo, desgaste erosivo, etc.); coeficiente de atrito do material. Par tribológico
  • 5. SELEÇÃO DOS MATERIAIS A seleção depende das propriedades do material Aplicação particular pretendida Conjunto de propriedades requerido pela aplicação Seleção do material que atende ao conjunto de propriedades Seleção do processo de fabricação
  • 6. ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES Para determinar as propriedades de um material são realizados ensaios específicos para a cada propriedade. O procedimento de cada ensaio é descrito em normais técnicas nacionais e internacionais como: ISO – International Standard Organization; ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas; DIN - Deutsche Industrie Normen; ASTM – American Society for Testing and Materials MPIF- Metal Powder Industry Federation, etc. A geometria das amostras a serem ensaiadas (chamados corpos de prova) e as condições técnicas de condução de cada ensaio são descritas nas normas técnicas. Exemplo: Resistência à tração → é obtida através do chamado Ensaio de Tração (Tensile Test, ASTM Standards E 8 e E 8M)
  • 7. Esforço de tração Esforço de compressão
  • 8. Esforço de cisalhamento Esforço de torção
  • 9. Propriedades mecânicas 1) ENSAIO DE TRAÇÃO σ = F/A (N/mm2) L0 A0 corpo de prova antes do ensaio estricção corpo de prova após ensaio Lf
  • 12. Conceitos de Tensão e de deformação Devemos diferenciar entre: tensão nominal ou tensão de engenharia (engineering stress) → σ = F/A0 [N/mm2] tensão real (true stress) → σ = F/A ! # " $% O conhecimento da tensão real é mais interessante em estudos científicos sobre comportamento mecânico e mecanismos de deformação envolvidos. Na engenharia, para projetar estruturas e componentes mecânicos, utilizamos a tensão de engenharia.
  • 13. Deformação A deformação nominal ou de engenharia (engineering strain) no sentido do comprimento do corpo de prova é dada por: L - L0 ∆L ε= L0 = L0 A deformação real (true strain) é dado por: L dL L Ao εε = L = ln Lo = ln A Lo onde L = comprimento instantâneo e A = área instantânea
  • 14. Gráficos σ x ε σe = tensão de escoamento / limite elástico F N σt = resistência à tração σ= A0 mm2 σr = tensão de ruptura σt σr Comparar com Curva real σe Deformação ε mm mm
  • 15. Curva tensão real versus deformação em tração σreal )* ( ' ' & ' ε
  • 16. Módulo de Elasticidade O módulo de elasticidade é a inclinação da curva tensão versus deformação (σ x ε ) na região elástica. ∆σ E = ∆ε σ ε É uma propriedade muito importante pois representa a rigidez do material, isto é, a sua resistência à deformação elástica. Valores do módulo de elasticidade: Metais: varia entre 45 GPa (Mg) e 407 GPa (W); Cerâmica: entre 70 e 500 GPa e Diamante = 1000GPa Polímeros: entre 0,007 e 4 GPa. (1GPa = 1000 MPa = 1000 N/mm2)
  • 17. Módulo de Elasticidade F N σ= A0 mm2 + , - σt ∆σ σ E = ∆ε σε ε Le ∆σ σ !ε ∆ε Deformação ε mm mm
  • 18. . / 1. 0/ 2 * ' ' 03 4 - 5,
  • 19. 6 & ' 6 γ) θ 7 6
  • 20. σ de tração σ de compressão σ = F/A σ 7 6 6 & ' 6 γ) θ
  • 21. ' 8 3 ' 8 * 1 9 $: 9 ;<0
  • 22. 8 7 7 6 ' 8 - = " - "≅ 9 >!
  • 25. 5
  • 26. Estricção Chama-se de estricção o percentual de deformação em área no local onde se forma a estricção (pescoço), isto é, Af – A0 φ= A0 estricção corpo de prova após ensaio Lf
  • 27. Alongamento Chama-se de alongamento à deformação plástica total ocorrida no corpo de prova até a sua ruptura no ensaio de tração. Lf – Lo (após ruptura) A= Lo Alongamento é a deformação plástica máxima na direção da aplicação da força È uma propriedade do material que se relaciona com a sua capacidade de deformar-se plasticamente (sua plasticidade). Quanto mais dúctil o material maior o seu alongamento.
  • 28. # % ' ( !% ' )!$ ' * + !$ & ! # ? - ' ' * 0 @ ' 0 , ' ' ' - ' , @0 σ + + ' & ' ε
  • 29. 3 4 ( A ' * 0 1 ;< 8 5 B 99 > 8 ( ( <9 8 ;0999 8
  • 30. LIMITE ELÁSTICO (LE) Quando submetido a uma força de tração o material sofre, inicialmente, apenas deformação elástica até ser alcançado o limite elástico; a partir deste ponto do ensaio começa a ocorrer, além da elástica, a deformação plástica ou permanente. ε = εel + εpl TENSÃO DE ESCOAMENTO CONVENCIONADA σ , - Quando não apresenta patamar de escoamento claramente definido define-se, por norma, como tensão de escoamento aquela tensão para a qual o material já apresenta 0,2% de deformação permanente e determina-se graficamente (ver figura).
  • 31. ε = εel + εpl Tensão σ εel εpl Deformação ε
  • 32. σ) .# 9 σ 0,2 9 $C & ' ε
  • 33. Ensaio de tração de Polímeros As propriedades mecânicas de materiais poliméricos podem ser descritas usando-se, em parte, os mesmos conceitos ou termos utilizados para materiais metálicos e cerâmicos. A figura a seguir mostra a curva tensão X deformação típica de nylon (material polimérico).
  • 34. EF E +E" ( 4 , - 4 ' 0 4 7 ( D - ' 4 * 0" 4 * ,@ σ @ε 4 * 0 ε D ) σ dε 9 - * 4 7 5 * G D ) Hσ ε ε ) σ#!, - σ σ D )Hσ ) $! !
  • 35. ( σ σ * ( σr Limite elástico ( * I Deformação ε & ' ε
  • 36. # 4 * * @ = 6, , 4 0 , - 4 ' 0 8 σ * - @ * ' Limite elástico ' * ,@ σ @ε Deformação ε
  • 37. Material cerâmico Material (comportamento Metálico tenaz frágil ) σ σ σ Material Metálico dúctil ε ε ε
  • 39. Aspecto da fratura de materiais Fratura de material frágil Fratura de material dúctil Fratura de material tenaz
  • 43. Tabela 1. Propriedades mecânicas de alguns materiais MATERIAL σesc. Resistência Módulo de Alonga- Coeficiente [N/mm2] [N/mm2] Elasticidade mento de [N/mm2] (%) Poisson Magnésio 41 165 T 45.000 14 0,29 Prata 55 125 T 76.000 48 0,37 Alumínio (>99,5) 17 55 T 69.000 25 0,33 Ferro puro 130 260 T 207.000 45 0,27 Níquel ( > 99 ) 138 483 T 207.000 40 0,31 Cobre (99,95) 69 220 T 110.000 45 0,35 Latão (70Cu+30Zn) 75 303 T 110.000 68 0,35 Bronze (92Cu+8Sn) 152 380 T 110.000 70 0,35 Titânio 240 330 T 107.000 30 0,34 Molibdênio 1600 324.000 35 Tungstênio 2100 390.000
  • 44. Continuação Tabela 1 MATERIAL σesc. Resistência Módulo de Alonga Coeficiente [N/mm2] [N/mm2] Elasticidade mento de [N/mm2] (%) Poisson Aço 1040 350 520 T 207.000 30 0,30 Aço inox 310 – 205 515 T 193.000 60 0,30 aust. Aço inox 410- 275 483 T 200.000 30 0,30 Mart. Metal duro 2200-2600 F WC+10 % Co Al2O3 sinterizado 210 a 340 F 370.000 0,26 (5%poros) Carbeto de 170 F 470.000 0,19 Silício Diamante 5000 Com. 1.000.000 0 Grafita 3T, 8 F; 22.000 200C Vidro de 69 F 69.000 0,20 Borosilicato
  • 45. Continuação Tabela 1 MATERIAL σesc. Resistência Módulo de Alonga Coeficiente [N/mm2] [N/mm2] Elasticidade mento de [N/mm2] (%) Poisson Carbeto de Boro 340 F 290.000 Sinterizado (HP) Polietilieno de 28 830 15-100 alta densidade Poliester 158 8960 2,7 PVC (cloreto de 41 2800 2-30 polivinila) nylon 66 82,7 2830 60 ABS 28-48 2100 20-80 Poliestireno 1,4 - 3,0 1,6 440- vulcanizado 600 Polisopreno 17-25 1,3 750- vulcanizado 850
  • 46. ENSAIO DE COMPRESSÃO Força F1 Força F2 > F1 Força F3 > F2 H1 A1 H2 A2 H3 A3
  • 47. ENSAIO DE COMPRESSÃO σreal σe ( ' ' & ' ε
  • 48. Deformação em altura: ∈altura = ∆H /H0 Deformação em área: εA = ∆A / A0 Coeficiente de Poisson: ν = εx / εz = ε ε. O coeficiente de Poisson é a relação entre a deformação elástica no sentido da aplicação da força e a deformação elástica perpendicular a esta direção. Os valores do coeficiente de Poisson da maioria dos materiais metálicos e cerâmicos encontram-se entre 0,26 e 0,35.
  • 49. Ensaio de Ruptura por Flexão Em materiais muito duros, o ensaio de tração é muito difícil de ser realizado na prática e, então, prefere-se utilizar o ensaio de flexão para determinar a resistência do material, neste caso, chamada de material resistência à ruptura por flexão. O ensaio de flexão é utilizado em todas as classes de materiais Ensaio de flexão em três pontos → ver figura. Q Flexão em 3 pontos b h L L’ ;J+ σ ) $, $ 6
  • 50. CORPO DE PROVA DO ENSAIO DE TRAÇÃO L0 estricção Lf
  • 51. Cálculo da resistência à flexão: ;J+ Secção retangular: σ ) $, $ 6 σrup é a resistência à ruptura por flexão (medida em N/mm2 quando a força é dada em N); Q a carga aplicada; L = distância entre apoio, b = largura e h = altura do corpo de prova retangular J+ Seção circular: σ ) 2,546 ; & D é o diâmetro
  • 52. EXERCÍCIOS 1) Baseado no resultado do ensaio de tração apresentado na figura a seguir, determinar: a) Módulo de elasticidade do material; b) Resistência do material ao escoamento; c) Resistência à tração; d) Alongamento.
  • 53. σ [N/mm2] 700 600 500 400 300 200 100 ε (%) 0,2 0,4 0,6 1,0 2,0
  • 54. σ [N/mm2] 700 600 500 400 300 200 ∆σ 100 ∆ε ε (%) 0,2 0,4 0,6 1,0 2,0 a) Módulo de elasticidade do material ∆σσ 300 N/mm2 E= = = = 150.000 N/mm2 ∆ε ε 0,002mm/mm
  • 55. σ [N/mm2] 700 600 σ0,2 500 400 300 200 100 ε (%) 0,2 0,4 0,6 1,0 2,0 b) Resistência do material ao escoamento No caso, como não tem patamar de escoamento definido, utiliza-se o conceito de tensão de escoamento convencionada, ou seja, σ0,2 σ0,2 = 475 N/mm2
  • 56. σ [N/mm2] 700 σr 600 500 400 300 200 100 ε (%) 0,2 0,4 0,6 1,0 2,0 c) Resistência do material a tração σr = 625 N/mm2
  • 57. σ [N/mm2] 700 600 500 400 300 200 100 0,2 0,4 0,6 1,0 2,0 ε (%) d) Alongamento obtido no ensaio de tração A = 1,8%
  • 58. 2) Baseado no resultado do ensaio de tração apresentado na figura a seguir, determinar: a) Módulo de elasticidade do material; b) Resistência do material ao escoamento; c) Resistência à tração; d) Alongamento.
  • 59. Tensão σ 2 [ N /m m ] 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 ,4 0 ,8 1 ,6 2 ,4 3 ,2 4, 0 4 ,8 5 ,6 D e fo r m a ç ã o ε (% )
  • 60. EXERCÍCIOS 2) Baseado no resultado do ensaio de tração apresentado na figura a seguir, determinar: a) Módulo de elasticidade do material; b) Resistência do material ao escoamento; c) Resistência à tração; d) Alongamento. SOLUÇÃO 2 500 N/mm a) E = = 5 x 105N/mm2 0,001 mm/mm b) Resistência ao escoamento: esc = 0,2 = 900N/mm2 c) Resistência a tração: r= 1400N/mm2 d) Alongamento é aproximadamente 5,8%
  • 61. 3) Uma base de medida de 50 mm é adotada num fio de cobre. O fio é tracionado até que as marcas da base de medida assumam a distância de 59 mm. Calcule a deformação. Solução: ε = ∆ L/Lo = (59 – 50)/50 = 9/50 = 0,18 mm/mm, ou seja, 18% 4) Se o módulo de elasticidade médio de um aço é de 205.000 MPa, de quanto será estendido um fio de aço com diâmetro de 2,5 mm e comprimento inicial de 3 metros ao suportar uma carga de 4900N ? Solução: A = R2 = (D/2)2 = D2/4 OU = F/A = F/ R2 ou 4F/ D2 = ∆L/Lo ou ∆L = Lo E= / ou = /E Então, temos que ∆L = ( /E )Lo = [F/ R2E]Lo ∆+ = 4.900 / [3,14 x (1,25)2 x 205.000] x 3000 = 14700000/1005781,25 ∆ + ) B :< >B
  • 62. 4) A resistência a ruptura por flexão de uma barra de secção quadrada de 10 x 10 mm é de 600 N/mm2. Qual a carga mínima necessária para romper a barra por flexão sendo a distância entre os apoios de 100mm? Q ↓ SOLUÇÃO 100 mm ;J+ σ ) 2bh 2 $, $ 6 Q =( )σ rup 3L 2000mm3 Q= ( 300mm ) 600N/mm2 = 4000N
  • 63. Ensaios de Dureza Para a engenharia de materiais e a metalurgia, dureza é a resistência do material à deformação plástica; Q O ensaio de dureza: Aplica-se uma carga Q através de um penetrador e mede-se o tamanho da marca de deformação deixada pelo mesmo (impressão de dureza). dureza Material a ser ensaiado b) φ
  • 64. A dureza do penetrador deve ser maior do que a da amostra a ser ensaiada Materiais mais duros são mais resistentes a deformação plástica e deixam uma impressão menor Material B com dureza Material A maior do que o material A
  • 65. Métodos de ensaios de dureza 1) Por risco – Escala de dureza Mohs Escala de dureza Mohs é uma tabela de 10 minerais padrões em que o anterior é riscado pelo posterior na seguinte ordem: talco, gipsita, calcita, fluorita, apatita, ortoclásio, quartzo, topázio, safira e diamante. Por tanto, ela serve para classificação de minérios “in loco”, no campo ou em laboratório. Este tipo de medida de dureza é de grande utilidade na área de mineralogia e geologia, mas apresenta pouco interesse na área de materiais e metalurgia.
  • 66. Q 2) Dureza por penetração No ensaio de dureza por penetração, aplica-se uma carga Q sobre a superfície polida do material a ser Material a ser ensaiado ensaiado através de um penetrador e mede-se a marca deixada pelo penetrador após a remoção da carga. φ
  • 67. As principais escalas de dureza (ensaio por penetração): a) Dureza Vickers Penetrador: pirâmide de diamante com base quadrada, com um ângulo de 136 graus entre as faces opostas. Através do penetrador (pirâmide de diamante) pode se aplicar cargas desde muito pequenas (microdurômetro Vickers, Q < 1N) até da ordem de 1500N (durômetro Vickers). O microdurômetro Vickers serve para medir a dureza de cada fase distinta do material, desde que a impressão de microdureza seja menor que o tamanho de partícula da fase.
  • 68. HV = 1,8544Q/L2 [N/mm2] Q = carga aplicada no ensaio, isto é, ao penetrador de diamante L = medida da diagonal da impressão de dureza. L Lei de Meyer: Para boa parte dos metais observa-se que HV~ 3σe, onde σe é a tensão de escoamento do material A escala Vickers é muito utilizada na pesquisa porque permite comparação dos materiais entre si, desde os de dureza mais baixa (metais) até os muito duros (cerâmica)
  • 69. Microdureza em um material polifásico microdureza da fase A microdureza da fase B microdureza da matriz 5 µm
  • 70. b) Dureza Brinell Penetrador: esfera de aço temperado; aplica-se carga Q através da esfera; mede-se a calota esférica. HB = Q/Sc =Q/πDp (em N/mm2) D = Diâmetro; Q = carga; Sc = Superfície da calota p = profundidade da impressão (deformação plástica). A dureza Brinell ou seja, a escala Brinell é muito utilizada em metais de elevada a média ductilidade, isto é, metais não muito duros
  • 71. c) Dureza Rockwell Penetrador: Vários; o principal é um cone de diamante. O ensaio é baseado na profundidade de penetração subtraída da recuperação elástica. Muito utilizado para medir a dureza de aços duros (aços temperados ou aços temperados + revenidos)
  • 73. . / K 0;B ( ' ' & L ' M , L
  • 75. ( E
  • 76. Resistência ao impacto / Ensaio de impacto Martelo Charpy hi hf Representação esquemática do ensaio de impacto tipo charpy A diferença entre a altura hi e hf está correlacionada com a perda da energia do martelo gasta para romper o corpo de prova.
  • 77. Corpos de prova para ensaios de impacto: Existem dois tipos e são especificados pela norma ASTM E-23 - corpo de prova Charpy e, - corpo de prova Izod. Os corpos de prova para o ensaio Charpy são retangulares com as dimensões: h = b = 10 mm e L = 55mm. Um entalhe é feito no meio do corpo de prova para facilitar a fratura. Existem 3 tipos de entalhes praticados: Charpy tipo A (entalhe em V) Charpy tipo B (entalhe em forma de buraco de fechadura) Charpy tipo C (entalhe em U) 55 mm
  • 78. Ensaio de impacto IZOD 15o 22 mm Corpo de prova Izod engastado Martelo 28 mm 75mm
  • 80. Energia absorvida no ensaio de impacto (Joules) - 30 - 20 -10 0 10 20 30 40 50 60 Temperatura do corpo de prova (0C) A resistência ao impacto dos materiais metálicos varia com a temperatura. Eles possuem uma transição de dúctil para frágil em determinada faixa de temperaturas, de acordo com a composição química e a microestrutura do aço. Aços especiais para que mantém elevada energia de impacto em temperaturas baixas chamam-se aços criogênicos.
  • 83. Observações: O ensaio de impacto é um ensaio dinâmico, isto é, a energia de impacto é transferida de forma instantânea ao corpo de prova. Mede-se a energia necessária para ocasionar a fratura. O resultado do ensaio só serve para comparar entre si materiais ensaiados nas mesmas condições; Entretanto, não fornece indicações seguras sobre o comportamento ao impacto de peças em geral. Indicações mais seguras sobre o comportamento ao impacto de uma peça só são possíveis de serem obtidas se pudermos ensaiar a peça inteira sob as condições que ocorrem na prática (situação real de uso da peça). Quanto maior a energia absorvida no ensaio de impacto (para materiais ensaiados nas mesmas condições) mais tenaz é o material. O teste não faz sentido para materiais cerâmicos.
  • 84. /0 # * 12 + 4 ' * ' , @ ' 3)' 4 @ B N ) ' σ ) '
  • 87. 4 5
  • 88. Resistência do material ao calor variação da Dureza ou resistência resistência e da dureza com a temperatura A → material metálico A dureza e a resistência dos materiais diminuem à medida B → ligas metálicas C que aumenta a temperatura na qual estas propriedades são resistentes ao calor C → material cerâmico medidas. Chamamos de materiais resistentes ao calor aqueles que B apresentam menor perda (diminuição) da sua dureza e da sua resistência em função do aumento de temperatura, ou seja, as propriedades se deterioram apenas em temperaturas mais altas. A Os metais refratários e os materiais cerâmicos possuem maior resistência ao calor. Quando dizemos "as propriedades se deterioram" queremos dizer que ficam abaixo do valor necessário para a aplicação na Temperatura temperatura desejada (temperatura em serviço). Ver Figura!!
  • 89. Supor que uma dada aplicação requer D ≥ D1; então: Dureza ou resistência - A → material metálico trabalho for maior se a temperatura de que→ 1ligas metálicas grupo A não serve! B T , o material do C resistentes ao calor - se a temperatura de trabalho for maior que C2→ material cerâmico T , só grupo C serve! B D1 A T1 T2 T3 Temperatura
  • 90. Fadiga O limite de resistência que determinamos no ensaio de tração vale para apenas um ciclo de carregamento. Este não vale mais quando o material está sujeito a carregamentos cíclicos (carregamentos repetidos). Quando são aplicados esforços dinâmicos repetidos ou flutuantes a um material metálico, o mesmo pode romper- se com uma tensão bem inferior ao limite de resistência determinado no ensaio de tração (ou compressão), podendo variar de 1/4 a 1/2 da tensão de ruptura. Sob carregamento cíclico o material sofre fadiga !
  • 91. ENSAIO DE FADIGA Para determinar a resistência à fadiga, ensaiamos corpos de prova em tensões sucessivamente menores e medimos o número de ciclos de carregamento que estes suportam até se romper. Os resultados são traçados em diagramas tensão versus número de ciclos chamados de diagramas de Wöhler.
  • 92. ENSAIO DE FADIGA Movimento alternado de tração e compressão Tração +σ 0 tempo -σ Compressão N=1 N=2 N=3 N = número de ciclos
  • 93. Fadiga em tração Tração +σ σ=0 tempo N=1 N=2 N=3 N = número de ciclos
  • 94. Fadiga em compressão tempo σ=0 -σ Compressão N=1 N=2 N=3 N = número de ciclos
  • 95. Limite de Resistência à fadiga é o valor da tensão para a qual o material suporta um número suficientemente elevado de ciclos de carregamento e descarregamento sem se romper (este número depende da aplicação do material !) Especificamos um número definido de ciclos a suportar (de 106 a 108 ) e a tensão para a qual o material suporta este número de ciclos chamamos de resistência à fadiga.
  • 96. Tensão em N/mm 2 550 500 450 400 Aço ao carbono tratado 350 (0,47%C) 300 Aço doce 250 Liga de alumínio 200 150 100 Ferro fundido cinzento 104 105 106 107 108 109 N = número de ciclos
  • 100. Resistência à fluência Fluência pode ser definida como a deformação plástica que ocorre em elevada temperatura sob carga constante ao longo do tempo. A fluência ocorre em tensões inferiores à tensão de escoamento medida no ensaio de tração. A fluência, isto é, a deformação plástica por fluência, depende da temperatura, do tempo e da tensão aplicada. Materiais resistentes à fluência são aqueles que melhor resistem a deformação plástica na temperatura de trabalho, ou seja, aqueles que sofrem pouca fluência (pouca deformação) na temperatura de trabalho durante a sua vida útil.
  • 101. São resistentes a fluência: metais refratários (metais de alto ponto de fusão) como o Tungstênio e o Molibdênio e suas ligas, e ligas especiais à base de Níquel. as cerâmicas de engenharia (cerâmica avançada) via de regra possuem elevada resistência à fluência. ENSAIO DE FLUÊNCIA O teste de fluência é realizado em temperaturas da ordem de 1/3 a 1/2 da temperatura (na escala kelvin) de fusão do material. O corpo de prova é aquecido por um forno acoplado à máquina de ensaios.
  • 103. Propriedades térmicas Dilatação térmica O coeficiente de dilatação térmica linear é dada por: α = ∆L / ∆T Lo ∆L = α ∆T Lo O conhecimento da dilatação térmica de um material é muito importante para o design de materiais, de componentes e de estruturas em materiais de engenharia. Exemplo 1: Peças em contato que possuem movimento relativo entre si: Durante o serviço (em funcionamento!) ocorre aquecimento devido ao atrito, ocasionando variações dimensionais nos componentes; um coeficiente de dilatação térmica distinto nas peças em contato acarreta desajuste dimensional. Resultado: engripamento, vibrações e ruído; desgaste acelerado em pontos específicos.
  • 105. Exemplo 2: Materiais revestidos com camadas ou filmes Revestimento (camada superficial) Substrato Quando o coeficiente de dilatação térmica do substrato for acentuadamente diferente daquele do revestimento, pode ocorrer o desplacamento da camada, ou o seu trincamento. Exs.: vidrado (esmalte cerâmico) sobre azulejos; Filmes DLC (são filmes de elevada dureza e baixo coeficiente de atrito a base de carbono); Cromagem, zincagem, nitretação, cementação, etc.
  • 106. 3) Junção metal - cerâmica material cerâmico material de junção metal Os materiais metálicos possuem em geral, coeficiente de dilatação térmica muito maior que os materiais cerâmicos. Isto complica a junção de componentes metálicos com componentes cerâmicos, isto é, a brasagem de metal em cerâmica.
  • 107. 4) Materiais compósitos Matriz metálica + fibras cerâmicas Matriz metálica + partículas cerâmicas (arranjo/ mistura tridimensional de fases com distintos coeficientes de dilatação).
  • 108. Condutividade térmica É a capacidade que o material tem de conduzir o calor. .@ 67 8 J 7 - * 4 O# $0 OJ ) 1P @ P4 5 6 4 O# 0 0°P Q# 0°P
  • 109. Alguns valores de condutividade térmica ( em W/m.°K = J/m.s. °K) Diamante tipo IIa 2,3 x 103 SiO 2 1,4 SiC 4,9 x 102 concreto 9,3 x 10-1 Prata 4,29 x 102 vidro 9,5 x 10-1 Cobre 4,01 x 102 polietileno 3,8 x 10-1 Aluminio 2,37 x 102 teflon 2,25 x 10-1 Ferro 8,02 x 101 madeira 1,6 x 10-1 Al2O 3 3,5 x 101 Fibra de vidro 5 x 10-3
  • 110. Materiais de elevada condutividade térmica servem para transportar o calor gerado por componentes em serviço para fora do local onde é gerado, impedindo o superaquecimento localizado. Materiais de baixa condutividade térmica são utilizados para blindagem térmica de fornos (confinamento de calor).
  • 111. Blindagem térmica A blindagem térmica de fornos (isolamento térmico) é feita com blocos (tijolos refratários) de cerâmica com elevada porosidade ou com mantas feitas de fibras cerâmicas, sendo que as fibras devem ficam ordenadas perpendicularmente à direção de propagação do calor. a) Blindagem térmica b) Blindagem térmica com tijolo porosos de com mantas de cerâmica cerâmica
  • 112. Propriedades magnéticas Sempre que uma carga elétrica encontra-se em movimento gera-se um campo magnético. Um dos conceitos mais fundamentais em magnetismo é a idéia do campo magnético. Quando é gerado um campo magnético em um dado volume do espaço: há uma variação da energia neste espaço (gradiente de energia) que gera força magnética a força magnética se manifesta sobre uma carga elétrica que esteja dentro deste campo. Esta força acelera a carga elétrica.
  • 113. +
  • 114. Quando um condutor (p. ex. um fio metálico) encontra- se dentro do espaço onde existe o campo magnético, este induz uma corrente elétrica no condutor. De forma resumida: Cargas elétricas em movimento geram um campo magnético e, por outro lado, um campo magnético induz corrente elétrica em condutores, ou seja, acelera cargas elétricas.
  • 115. Magnetização Os átomos possuem momentos magnéticos (dipolos magnéticos) devido ao movimento de rotação dos elétrons (momento orbital) e ao spin (grandeza magnética intrínseca ao elétron). Assim, os materiais interagem com campos magnéticos. Quando um material é submetido a um campo magnético externo, pode sofrer uma magnetização, isto é, pode ocorrer o alinhamento dos dipolos magnéticos atômicos na mesma direção do campo magnético aplicado, verificando-se a seguinte relação: M = χ.H onde M é a magnetização, H o campo magnético externo aplicado e χ é a susceptibilidade magnética. A magnetização é uma propriedade macroscópica que representa a soma dos momentos magnéticos dos átomos no material.
  • 116. A susceptibilidade magnética χ é um parâmetro característico de cada material e representa a resposta deste ao campo magnético aplicado. De acordo com o valor obtido para a susceptibilidade, pode-se classificar os materiais em: - diamagnéticos, - paramagnéticos, - ferromagnéticos, - antiferromagnéticos e - ferrimagnéticos.
  • 117. Os materiais diamagnéticos (χ < 0) Apresentam uma baixa magnetização quando submetidos a um campo magnético e em sentido contrário ao campo aplicado (antiparalelo). Essas substâncias não possuem dipolos magnéticos intrínsecos, ou seja, são constituídos de átomos ou íons que possuem as camadas eletrônicas completas. Exemplos são os gases nobres, He, Ne, Ar, Kr, Xe e os sólidos que formam ligação iônica, como NaCl, KBr, LiF e CaF2, cujos átomos trocam elétrons para completar suas camadas. Esses materiais não apresentam dependência da magnetização com a temperatura ou com o campo aplicado.
  • 118. Os materiais paramagnéticos (χ > 0) Possuem magnetização nula na ausência de campos magnéticos externos, isto é, os momentos magnéticos dos átomos estão distribuídos aleatoriamente. No entanto, em presença de campo externo, produzem uma pequena magnetização na mesma direção e sentido (paralela) do campo aplicado. Os principais materiais paramagnéticos são os metais não magnéticos e os materiais que contêm átomos ou íons de elementos do grupo de transição do ferro, terras raras e dos actinídeos. Existe uma fraca dependência da magnetização em relação à temperatura nestes materiais.
  • 119. Os materiais ferromagnéticos, antiferromagnéticos e ferro antiferro ferrimagnéticos têm característica semelhantes. Enquanto ferri nos ferromagnéticos os dipolos magnéticos (momentos magnéticos) tendem a se alinhar aos seus vizinhos, nos antiferromagnéticos e ferrimagnéticos os dipolos tendem a se alinhar no sentido contrário, conforme figura. a) ferromagnético b) antiferromagnético c) ferrimagnético
  • 120. A magnetização diminui à medida que a temperatura aumenta até um Os materiais ferromagnéticos demonstram uma grande valor de temperatura chamada temperatura crítica ou temperatura de dependência da magnetização com a temperatura. Na figura a Curie (Tc). A partir desta temperatura a magnetização é nula, o que Tc seguir é apresentada uma curva (genérica) da magnetização decorre do fato que a elevação da temperatura provoca uma em função da temperatura. distribuição aleatória dos dipolos magnéticos. Para temperaturas acima de Tc o material passa a ter um comportamento paramagnético. Magnetização M Tc Temperatura T
  • 121. ! ! " # ! $! % ! &' ( ! # ! ) # ! * * ! !
  • 122. A variação da magnetização de um material em função do campo magnético externo aplicado (ver figura) denomina-se curva de histerese magnética. M Mr H = - Hc H Hc
  • 123. Em uma curva de histerese típica contata-se que com o aumento da intensidade de campo magnético, a magnetização cresce continuadamente até atingir um valor de saturação. A partir da curva de histerese pode-se determinar, por exemplo, a magnetização remanente Mr (magnetização que resta no material quando o campo externo volta a ser nulo) e o campo coercivo Hc (campo necessário para remover a magnetização remanente do material). Pela análise da curva de histerese pode-se classificar os materiais em materiais magnéticos moles (soft magnetic materials) e materiais magnéticos duros (ímãs permanentes ou hard magnetic materials), dependendo do valor do campo coercivo a ele associado.
  • 124. M M Mr Mr - H = Hc - H = Hc H H a) material magnético b) material magnético mole duro
  • 125. As unidades físicas utilizadas em magnetismo: Para campo magnético: Tesla (T) e Gauss (G), sendo 1T(Tesla)=10000 G (Gauss) Para campo coercivo usa se predominantemente o Oersted (Oe), sendo que 1 Tesla equivale a 6000 Oersted. Principais materiais magnéticos soft: Ferro puro, Fe + 3 a 4% de Si, Fe + 0,4 a 0,6%P Ferrites de Niquel e Manganês (ferrites soft) Ligas Fe-Ni-Co, etc. Principais materiais magnéticos Hard (ímãs): Alnico (liga a base de Alumínio Níquel e cobalto); Ferrites de Estrôncio e de Bário; Ligas SmCo5; Nd-Fe-B e Sm-Fe-N
  • 127. RESISTÊNCIA À CORROSÃO Corrosão é o resultado destrutivo de reações químicas entre o metal ou ligas metálicas e o meio ambiente. Com exceção de poucos como o ouro, os metais são sempre encontrados na natureza na forma de compostos: óxidos, sulfetos, etc. Isto significa que tais compostos são as formas mais estáveis para os mesmos. A corrosão pode ser vista como nada mais do que a tendência para o retorno a um composto estável. Assim, por exemplo, quando uma peça de aço enferruja, o ferro, principal componente, está retornando à forma de óxido que é o composto original do minério.
  • 128. PRINCIPAIS FORMAS DE CORROSÃO Corrosão ao ar ou oxidação Corrosão por ação direta Corrosão biológica Corrosão galvânica Corrosão Eletrolítica
  • 129. 1) Corrosão ao ar ou oxidação Materiais que são utilizados em condições de trabalho onde ocorrem temperaturas elevadas necessitam resistência especial à oxidação. Na oxidação são desfeitas as ligações metálicas e formam-se ligações iônicas entre o átomo metálico e o oxigênio, ou seja, forma-se o óxido do metal, que é um composto (Ex.: Mn → MnO). A cinética do processo de oxidação cresce com a temperatura, isto é, quanto mais alta a temperatura, mais rapidamente o metal se oxida ao longo da sua seção.
  • 130. Cinética da oxidação em temperatura elevada X = espessura da camada de óxido X [µm] 30 material A 20 material B 10 material C 1 10 100 Tempo (horas) O material C forma uma camada estável e impermeável ao oxigênio, evitando a progressão da oxidação
  • 131. 2) Corrosão por ação direta Podemos incluir neste item os casos em que o metal está diretamente em contato com substâncias que o atacam. É comum em processos industriais. Podemos citar como exemplos: soluções químicas, sais ou outros metais fundidos, atmosferas agressivas em fornos, etc. A prevenção e controle são específicos para cada caso. 3) Corrosão biológica Microorganismos também podem provocar corrosão em metais. Isto é particularmente importante em indústrias alimentícias e similares.
  • 132. 4) Corrosão galvânica Quando - e dois materiais metálicos com diferentes potenciais estão em contato, imersos em um as reações Nestas condições, eletrólito, ocorre uma diferença de potencial entre estes causando serão: Cobre (catodo) Ferro ( anodo) uma transferência de carga elétrica de um+para o outro, - No catodo: O 4e- + 2H O 4OH 2 2 ocorrendo a corrosão galvânica. No anodo: 2Fe 2Fe++ + 4e- Assim, no anodo ocorre uma reação de oxidação (corrosão do material) e Solução aquosa com íons como no catodo, uma reação de redução. Na+, Cl- e oxigênio dissolvidos Célula galvânica
  • 133. A corrosão galvânica, provavelmente, é o tipo mais comum. Isto porque a corrosão devido à presença de água quase sempre se deve ao processo galvânico. Seja um metal exposto ao tempo e, portanto, sujeito à ação da umidade e da chuva ou submerso ou, ainda, sob o solo. É o caso típico de reservatórios, tubulações, estruturas, etc.
  • 134. 5. Corrosão Eletrolítica A corrosão eletrolítica acontece quando a corrente elétrica causadora da corrosão origina-se em fontes que não pertencem à estrutura que está se corroendo. Tubulações enterradas, como oleodutos, gasodutos, adutoras, minerodutos e cabos telefônicos, estão freqüentemente sujeitos a esses casos devido às correntes elétricas de interferência que abandonam o seu circuito normal para fluir pelo solo ou pela água.
  • 137. Camada de nitretos = 10µm Tipo de fase: fase ε
  • 138. X = espessura da camada de óxido X [µm] 30 material A 20 material B 10 material C 1 10 100 Tempo (horas) Cinética da oxidação em temperatura elevada
  • 139. M Mr H = - Hc H Hc