Propriedades dos Materiais Metálicos e Ensaios

Qual a importância de conhecer as propriedades dos materiais metálicos?

A ciência de materiais busca satisfazer as necessidades da sociedade por meio do estudo de características, custo e disponibilidade mais favoráveis, a fim de incorporá-los em um projeto que seja seguro, confiável e compatível com o bem-estar de cada um. Os materiais metálicos possuem um conjunto de propriedades formáveis para aplicações comuns e especiais, onde se faz necessária boa resistência, ductilidade, baixo custo e facilidade de obtenção.

Defina e indique no gráfico “tensão X deformação” as propriedades obtidas através do ensaio de tração.

• Limite de Ruptura: Ocorre na fase plástica e define o valor máximo de deformação antes do rompimento do material.
• Limite de Escoamento: É o limite que divide o material da fase elástica para a fase plástica, ou seja, é o valor máximo que o material sofre de deformação não permanente.
• Alongamento: Medida linear em que o material sofre deformação permanente ou não.

Explique o comportamento dúctil e frágil de um material.

O comportamento dos materiais sob carga classifica-se em dúctil ou frágil, segundo o material demonstre ou não capacidade para ser deformado de maneira permanente. Os materiais dúcteis são os materiais que se deformam muito e os materiais frágeis são os que deformam pouco.

• Ductilidade: Propriedade do material de sofrer deformação permanente sem romper.
• Tenacidade: Propriedade de um material absorver energia na zona plástica. É medida através do módulo de tenacidade (UT), que é a quantidade de energia por unidade de volume que o material pode resistir até a sua ruptura.

Resistência à Fadiga: É a máxima tensão alternativa que o material pode resistir durante um número específico de ciclos de carga.

Defina usinabilidade, soldabilidade e temperabilidade.

• Usinabilidade: A facilidade com que um material pode ser cortado, de acordo com as dimensões, forma e acabamento superficial requeridos. Sua determinação é difícil, realizando-se por comparação com materiais padrões em condições de usinagem pré-estabelecidas.
• Soldabilidade: Propriedade de um material de ser apto a formar uniões soldadas com outros metais, através de diferentes procedimentos de soldagem. Depende da composição química e estrutura do metal, de suas propriedades físicas e do processo de soldagem escolhido.
• Temperabilidade: Essa propriedade é determinada pela profundidade de endurecimento após têmpera e deve ser ligada à obtenção da máxima tenacidade. A máxima dureza superficial dos aços é função quase que exclusiva do teor de carbono, sendo importante o tamanho de grão austenítico do aço.

Quais os critérios para a escolha de um material?

Em primeiro lugar, deve-se caracterizar quais as condições de operações que será submetido o referido material e levantar as propriedades requeridas para tal aplicação, saber como esses valores foram determinados e quais as limitações e restrições quanto ao uso dos mesmos. A segunda consideração na escolha do material refere-se ao levantamento sobre o tipo de degradação que o material sofrerá em serviço. Finalmente, a consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica: Qual o custo do produto acabado? Um material pode reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo elevadíssimo.

Quais as características dos metais, cerâmicas, polímeros, compósitos, semicondutores e biomateriais?

• Metais: São geralmente uma combinação de elementos metálicos; os elétrons não estão ligados a nenhum átomo em particular e por isso são bons condutores de calor e eletricidade; não são transparentes à luz visível; têm aparência lustrosa quando polidos; geralmente são resistentes e deformáveis; são muito utilizados para aplicações estruturais.
• Cerâmicas: São geralmente uma combinação de elementos metálicos e não metálicos; geralmente são óxidos, nitretos e carbetos; são geralmente isolantes de calor e eletricidade; são mais resistentes a altas temperaturas e a ambientes severos que metais e polímeros; com relação às propriedades mecânicas, são duras, porém frágeis; em geral, leves.
• Polímeros: São geralmente compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não metálicos; são constituídos de moléculas muito grandes (macromoléculas); tipicamente esses materiais apresentam baixa densidade e podem ser extremamente flexíveis; incluem plásticos e borrachas.
• Compósitos: São constituídos de mais de um tipo de material insolúveis entre si, são “desenhados” para apresentarem a combinação das melhores características de cada material constituinte; muitos dos recentes desenvolvimentos em materiais envolvem materiais compósitos; um exemplo clássico é o compósito de matriz polimérica com fibra de vidro. O material apresenta a resistência da fibra de vidro associado à flexibilidade do polímero.
• Semicondutores: Apresentam propriedades elétricas que são intermediárias entre metais e isolantes; as características elétricas são extremamente sensíveis à presença de pequenas quantidades de impurezas, cuja concentração pode ser controlada em pequenas regiões do material; tornam possível o advento do circuito integrado que revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores.
• Biomateriais: São empregados em componentes para implantes de partes em seres humanos; não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição); metais, cerâmicas, compósitos e polímeros podem ser usados como biomateriais.

Explique como é realizado o ensaio de Dureza Brinell.

É baseado na relação existente entre uma carga aplicada “F” a uma esfera sobre a peça a ser controlada e a área de impressão produzida pela esfera na peça. Assim, se pressionarmos uma esfera de diâmetro D a uma peça sob uma carga “F”, teremos uma impressão em forma de calota esférica permanente no metal cujo diâmetro é “d”, o qual é medido por intermédio de um micrômetro óptico. O valor de “d” deve ser tomado como média de duas leituras feitas a 90º uma da outra.