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1 Introdução
As propriedades mecânicas são o comportamento do material sob efeito de cargas externas. Ou seja, a capacidade de resistir a esforços sem fratura ou muita deformação. Quando em uso, os materiais estão sujeitos a cargas e forças. Assim, torna-se necessário conhecer suas respostas às propriedades mecânicas, de forma que, ao serem expostos a essas cargas e forças, a deformação final não seja excessiva.
2 Propriedades mecânicas dos materiais
2.1 Elasticidade
O comportamento elástico (também chamado módulo de elasticidade) de um material é a capacidade de sofrer deformações reversíveis. Isto é, quando forças exteriores atuam sobre um material e este se deforma, é produzido um trabalho destas forças que se armazena no material como energia potencial elástica. O sólido se comporta elasticamente quando, depois de removidos os esforços, esse incremento na energia interna for reversível (UNIOESTE, 2014).
Um exemplo claro do módulo de elasticidade é a mola, que se encontra em seu estado de equilíbrio quando não está sendo esticada ou comprimida. Após comprimida ou esticada, a mola produz uma força contrária à do movimento para voltar ao seu estado natural. A Figura 1 esquematiza a forma original de uma mola e como ela se deforma ao ser esticada pela ação de uma determinada força (peso preso à ponta).
Figura 1 - Esquema do funcionamento da mola
2.2 Plasticidade
O comportamento plástico é a propriedade de um corpo que, ao ser submetido a uma tensão, sofre deformações permanentes depois de superado certos limites de resistência. Como exemplo de materiais plásticos, podemos citar as argilas. Falando de uma perspectiva atômica, a deformação plástica é a recombinação de ligações químicas. Isso quer dizer que, devido à tensão aplicada, os átomos rompem suas ligações com os átomos vizinhos iniciais e formam ligações com novos átomos vizinhos. A plasticidade pode ser subdividida em maleabilidade e ductilidade.
A maleabilidade pode ser medida a quente ou a frio e é definida como a facilidade com que um material se deforma quando está sob ação de pressão ou choque. Diz-se que um material é maleável quando não sofre grandes alterações ou rupturas em sua estrutura sob a ação de, por exemplo, martelo ou forja. Um material é plástico quando sua maleabilidade a frio é grande. (DRB ACESSORIA EDUCACIONAL, 2014).
A ductilidade é a capacidade dos materiais de se deformarem sem se romperem. Pode ser medida por estricção (redução na área de um corpo) ou alongamento. Quanto mais dúctil for um material, maior será a sua capacidade de estricção e o alongamento antes de ocorrer a ruptura. Assim, a ductilidade mede a extensão da deformação antes da fratura (DRB ACESSORIA EDUCACIONAL, 2014).
2.3 Tenacidade
Simplificadamente falando, a tenacidade é a resistência à fratura. Ou seja, mede a capacidade do material de absorver energia mecânica até a fratura. Segundo a tenacidade, um material pode ser friável (quebra com facilidade. Exemplo: calcita), maleável (transformado facilmente em lâminas. Exemplo: ouro, prata e cobre), séctil (fácil de ser cortado. Exemplo: novamente ouro, prata e cobre), flexível (pode ser dobrado, apesar de não recuperar seu formato anterior. Exemplo: talco, gipsita) e elástico (pode ser dobrado e recuperará seu formato anterior. Exemplo: micas). Frequentemente, materiais dúcteis são mais maleáveis que materiais frágeis (MECÂNICA DA FRATURA, 2014).
2.4 Dureza
A dureza é a capacidade que o material possui de resistir à abrasão superficial. A dureza relativa dos minerais, por exemplo, é medida através da escala de Mohs mostrada na Tabela 1, que consiste em uma lista de materiais agrupados de maneira que os minerais mais acima na lista têm capacidade de riscar aqueles que estão abaixo deles. Assim, como o diamante é a substância mais dura que se conhece, é o primeiro da lista e possui índice de dureza igual a 10. Dessa maneira, qualquer substancia pode ser vinculada à escala de Mohs, de acordo com as substâncias padrão nela encontradas.
Tabela 1 - Escala de Mohs
Mineral
Índice de dureza
Diamante
10
Corindo
9
Topázio
8
Quartzo
7
Feldspato
6
Apatita
5
Fluorita
4
Calcita
3
Gesso
2
Talco
1
Fonte: Infopédia, 2014.
2.5 Fluência
A deformação plástica ocorrida num material sob tensão constante ou quase constante em função de um longo espaço de tempo é chamada fluência. A fluência ocorre devido à movimentação de falhas que existem nas estruturas cristalinas dos metais e é altamente influenciada pela temperatura: enquanto alguns metais só mostram o fenômeno em altas temperaturas, outros são frágeis até mesmo à temperatura ambiente. Independente disso, quanto maior a temperatura, mais veloz é a deformação.
Esse tipo de deformação pode ser observada em todos os materiais. Entretanto, os polímeros amorfos, como plásticos e borrachas, são os materiais menos resistentes à fluência. Por outro lado, sabendo que a fluência é dependente desse movimento de discordância nas estruturas, qualquer intervenção que reduza essas discordâncias e limite a formação de outras, será efetivo na prevenção contra a fluência. Em geral, metais com estruturas cristalinas compactas como o CFC (clorofluorcarboneto) ou o HC (hidrocarboneto) são os mais apropriados (CALLISTER, 2012).
2.6 Resiliência
Resiliência é a maior ou menor resistência de um material a esforços externos dinâmicos (choques, percussão, etc.) sem sofrer deformação permanente ou ruptura, através do acúmulo de energia. Materiais com alta resiliência podem ou não ser danificados após tensão, e caso sejam, terão a capacidade de retornar à sua forma normal. A resiliência também pode ser representada em tabela (MSP INFORMAÇÕES TÉCNICAS, 2014).
2.7 Fadiga
Fadiga está mais para um problema característico do material sujeito à esforços cíclicos do que para que uma propriedade. Ao ser exposto à esforços dinâmicos por muito tempo, observa-se um enfraquecimento das propriedades mecânicas, que leva à ruptura. A fadiga também pode ser superficial, ocasionando desgaste de peças sujeitas a esforços cíclicos, por exemplo. É comum que ocorra em dentes de engrenagens (DBR ACESSORIA EDUCACIONAL, 2014).
2.8 Cisalhamento
Um elemento submete-se a esforço de cisalhamento, quando sofre a ação de uma força cortante. Desprezando o efeito do momento de força, o elemento sofrerá uma deformação que fará com que as seções permaneçam planas e paralelas. Este movimento pode ser dito como um escorregamento entre as seções. Em engenharia, por exemplo, as vigas são submetidas a esse tipo de esforço. (UNISANTA, 2014).
2.8 Flexão
Flexão pode simplesmente ser definida como um esforço onde a deformação ocorre de maneira perpendicular ao eixo do corpo, paralela à força atuante. Esse tipo de esforço pode ser observado na Figura 2. A flexão pode ser dividida em: flexão normal, flexão oblíqua, flexão pura, flexão simples e flexão composta.
Figura 2 - Esquema do funcionamento da flexão.
2.9 Torção
Torção é referente ao giro de uma barra retilínea quando carregada por momentos (ou torques) que produzem rotação sobre o eixo longitudinal da barra. Pode ser exemplificada pelo giro de uma chave de fenda, ocasionada por um torque aplicado no cabo.
3 Referências
CALLISTER, W. D. J. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. São Paulo: LTC, 2012.
DRB ACESSORIA EDUCACIONAL. Propriedades dos materiais. Disponível em: . Acesso em: 18 fev. 2014.
INFOPÉDIA. Escala de Mohs. Disponível em: . Acesso em: 19 fev. 2014.
MECANICA DA FRATURA. Capítulo I – Propriedades mecânicas dos materiais. Disponível em: . Acesso em: 18 fev. 2014.
MSP INFORMAÇÕES TÉCNICAS. Resiliência, tenacidade e ductibilidade. Disponível em: . Acesso em: 19 fev. 2014.
UNIOESTE. Propriedades dos materiais. Disponível em: . Acesso em: 18 fev. 2014.
UNISANTA. Tensões de cisalhamento. Disponível em: . Acesso em: 19 fev. 2014.
