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PMR-2330 Materiais para Sistemas Eletromecânicos Formação/Modificação da Microestrutura nas Propriedades Mecânicas
FUNÇÃO
MATERIAL
PROCESSO
FORMA
PROPRIEDADES MECÂNICAS
•APLICAÇÃO DE FORÇAS EM UM OBJETO GERA TENSÕES TENSÃO=FORÇA/ÁREA OU σ=F/A UNIDADES: psi=lb/in2OU N/m2=Pa •APLICAÇÕES DE TENSÕES GERA DEFORMAÇÕES DEFORMAÇÃO= • VARIAÇÃO NO COMPRIMENTO/COMPRIMENTO INICIAL OU ε=∆L/LO UNIDADES: in/in OU m/m •DEFORMAÇÕES:
ELÁSTICA
/
PLÁSTICA
PROPRIEDADES MECÂNICAS Existem várias propriedades que devem ser levadas
em
consideração
no
desenvolvimento
materiais e/ou alternativas de processo e aplicações:
Do ponto de vista Mecânico, os principais são: • MÓDULO DE ELASTICIDADE • RESISTÊNCIA À TRAÇÃO • LIMITE DE ESCOAMENTO • PLASTICIDADE / FRAGILIDADE
de
ENSAIO DE TRAÇÃO
ENSAIO DE TRAÇÃO
TIPOS DE MATERIAIS
Propriedades Mecânicas • ELASTICIDADE: CAPACIDADE EM SE DEFORMAR ELASTICAMENTE, SEM ATINGIR O CAMPO PLÁSTICO RELAÇÃO ENTRE TENSÃO E DEFORMAÇÃO É DADA PELO MÓDULO DE ELASTICIDADE • DUCTILIDADE: CAPACIDADE EM SE DEFORMAR PLASTICAMENTE, SEM ATINGIR A RUPTURA • FRAGILIDADE: OPOSTO À DUCTILIDADE • DUREZA: CAPACIDADE EM RESISTIR À PENETRAÇÃO EM SUA SUPERFÍCIE • TENACIDADE: CAPACIDADE EM ARMAZENAR ENERGIA SEM SE ROMPER (CAMPO PLÁSTICO) • RESISLIÊNCIA: CAPACIDADE EM ARMAZENAR ENERGIA NO CAMPO ELÁSTICO • FLUÊNCIA: CAPACIDADE EM SE DEFORMAR LENTAMENTE, QUANDO SUBMETIDO A TENSÕES MENORES QUE A DE ESCOAMENTO, SOB ALTAS TEMPERATURAS • RESISTÊNCIA: MÁXIMA CARGA SUPORTADA
Como podemos alterar essas Propriedades Mecânicas? MEXENDO NA MICROESTRUTURA!!! E COMO PODEMOS “MEXER” NA MICROESTRUTURA??
TRABALHANDO O DIAGRAMA DE FASES e APLICANDO PRESSÃO OU CHOQUE • DIAGRAMAS DE FASES: REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DAS FASES PRESENTES EM UM SISTEMA MATERIAL DE ACORDO COM AS CONDIÇÕES DE PRESSÃO, TEMPERATURA E COMPOSIÇÃO • FASE: EM TERMOS DE MICROESTRUTURA, FASE É UMA REGIÃO QUE DIFERE DE OUTRA EM RELAÇÃO À ESTRUTURA CRISTALINA E/OU COMPOSIÇÃO • MAIORIA DOS DIAGRAMAS DE FASE É OBTIDA EM CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO
INFORMAÇÕES OBTIDAS DE DIAGRAMAS DE FASES: • FASES PRESENTES EM DIFERENTES CONDIÇÕES • SOLUBILIDADES SÓLIDAS DE UM COMPONENTE NO OUTRO • TRANSFORMAÇÕES DE FASE • FORMAÇÃO DE NOVAS FASES DE UM SISTEMA
Propriedades Microestruturais
SUBSTÂNCIA PURA
MAIS DE UM COMPONENTE
TIPOS DE DIAGRAMAS DE FASES
SISTEMAS ISOMORFOS
SISTEMA EUTÉTICO
SISTEMA EUTÉTICO
SISTEMA EUTÉTICO
SISTEMA EUTÉTICO
LIGAS FERROSAS
LIGAS FERROSAS
AÇOS LIGA –CLASSIFICAÇÃO SAE
LIGAS DE ALUMÍNIO
Modificações da Microestrutura por Transformações de Fases em Metais • Diagramas TTT (Transformação Tempo-Temperatura) ou Diagramas TRC (Transformação por Resfriamento Continuo). • Tratamentos de: Recozimento; Normalização; Tempera; Austempera, Revenimento. • Estruturas do Aço: Austenita; Perlita; Bainita; Cementita; Martensita. (Revisar Cap. 10 do Callister)
Processos Primários de Fabricação • Nem sempre a estrutura de um metal obtido por fundição é adequado para determinadas aplicações que exigem altas resistências à tração e ductilidade, como é o caso, por exemplo, de perfis estruturais, chapas que serão conformadas, fios, cabos, etc. • Para obtenção de propriedades mais compatíveis com estes tipos de aplicação, os metais passam por outros tipos de processamento, que se caracterizam por trabalharem o metal através da aplicação de pressão ou choque. Este trabalho visa duas coisas: obtenção do metal na forma desejada e melhoria de suas propriedades mecânicas. • A melhoria é obtida com o rompimento e refino da estrutura dendrítica presente nos metais fundidos.
Processos Primários de Fabricação • Embora classificados como primários, estes processos podem dar origem a produtos acabados, tais como trilhos, arames, tubos, etc., mas, na maioria dos casos, é necessária a utilização de processos secundários para a obtenção da peça pronta. • Dentre os processos chamados de primários, os mais comuns são: · Laminação · Trefilação · Forjamento · Extrusão
• Nestes processos, o metal pode ser trabalhado a quente ou a frio: • Podemos definir como trabalho a quente aquele feito acima da temperatura de recristalização do metal e trabalho a frio como aquele realizado abaixo desta temperatura.
Conformação
a frio
e
a quente
As características preponderantes de cada um deles no que se refere às variáveis da matéria-prima, das ferramentas, dos produtos e do processo propriamente dito, são: i) matéria-prima: · composição química · microestrutura · propriedades mecânicas · acabamento superficial ii) ferramentas: · geometria, dimensões · material empregado · acabamento superficial iii) processo: · temperatura · lubrificação · taxa de deformação · grau de deformação iv) produto: · microestrutura · propriedades mecânicas · acabamento superficial · geometria, dimensões
Texturas produzidas por deformação a frio
Estrutura cristalina cfc
Processos Trefilação e Extrusão
ccc
Trefilação e Extrusão
hc
Trefilação e Extrusão
cfc
Laminação
ccc
Laminação
hc
Laminação
Textura <111>, <100> Paralela ao eixo do fio <110> Paralela ao eixo do fio <1010> Paralela ao eixo do fio {110}, <112> Paralela ao plano e/ou direção de laminação {001}, <110> Paralela ao plano e/ou direção de laminação {0001} <1120> Paralela ao plano e/ou direção de laminação
Características do trabalho a quente: · Não altera a dureza do metal; grãos deformados durante o processo, logo mudam para novos grãos não deformados. · Nesta mudança os grãos podem ser afinados através de rompimento e reformação, o que aumenta a tenacidade do metal. · O metal aumenta sua resistência à tração em determinada direção, uma vez que as impurezas existentes são segregadas em fibras com orientação definida. · O trabalho a quente é mais fácil e rápido, exigindo máquinas de potência menor para sua realização, porém que resistam às altas temperaturas do processo. · O metal pode ser deformado em formas extremas quando quente, porque a reformação contínua dos cristais elimina rupturas e trincas. Conseqüentemente as deformações são mais profundas que no trabalho a frio. · A temperatura de trabalho deve ser acima da de recristalização, mas não muito elevada para evitar a formação de granulometria grosseira.
