Materiais de Construção Mecânica - Ementa e Metodologia

CENTRO UNIVERSITÁRIO JORGE AMADO ENGENHARIA MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÃNICA Alfredo Maccari Neto Salvador 1 DISCIPLINA MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA CARGA HORÁRIA 66 HORAS EMENTA Classificação dos Materiais de Construção Mecânica Estrutura Cristalina Diagramas de Fases Diagrama FeC Diagrama TTT Propriedades Mecânicas dos Metais tratamentos térmicos e tratamentos termoquímicos OBJETIVOS DA DISCIPLINA Proporcionar ao aluno a habilidade de identificar os diversos materiais ferrosos ligas classificações e nomenclaturas Promover ao aluno a integração da teoria com a prática através da vivência de problemas reais possivelmente em visitas técnicas a serem realizadas na indústria metalúrgica ou siderúrgica Correlacionar as propriedades físicas dos metais em função de suas aplicações e adequar as suas características por meio de tratamentos térmicos e termoquímicos adequados UNIDADE 4 Habilidades Aplicar conhecimentos matemáticos científicos tecnológicos e instrumentais à engenharia projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados identificar formular e resolver problemas de engenharia Conteúdo 13 Cobre e suas ligas 14 Alumínio e suas ligas 15 Zinco e suas ligas 16 Níquel e suas ligas METODOLOGIA O curso será apresentado através de aulas teóricas indutivas e experimentais sobre o conteúdo programático empregando recursos audiovisuais para fomentar uma melhor observação e entendimento dos conteúdos aplicados Como fator de diferenciação o curso contará com aulas práticas em laboratório articulada com os conteúdos desenvolvidos em sala de aula empregando técnicas qualitativas e quantitativas para melhor compreensão dos conteúdos AVALIAÇÃO A avaliação é entendida como um processo de construção de conhecimentos A avaliação será efetivada de forma qualitativa graduativa e dialógica em consonância com as competências e habilidades delineadas Poderão ser aplicadas provas elaboração de relatórios elaboração de protótipo eou trabalhos apresentações de seminários e debates em sala COMPETÊNCIAS E HABILIDADES Aplicar conhecimentos matemáticos científicos tecnológicos e instrumentais à engenharia projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados e identificar formular e resolver problemas de engenharia BIBLIOGRAFIA BASICA VAN VLAK L H Princípios de Ciências dos Materiais São Paulo Edgar Blücher 7ª edição 2003 CALLISTER William D RETHWISCH David G Ciência e engenharia de materiais uma introdução ed Rio de Janeiro RJ LTC c2012 xxii 817 p ISBN 9788521621249 Observação Esse acervo possui links 6201 C162c c2012 8 ed Ac45490 CHIAVERINI Vicente Tecnologia mecânica volume 3 processos de fabricação e tratamento 2 ed São Paulo SP Pearson 2013 xv 388 p ISBN 9780074500910 Ac45563 BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR ASKELAND D R Ciências e Engenharia de Materiais CENGAGE Learning São Paulo 6ª edição 2008 GARCIA Amauri Ensaios dos materiais Rio de Janeiro LTC c2012 MELCONIAN Sarkis Mecânica técnica e resistência dos materiais Rio de Janeiro LTC 2000 2002 2009 2012 SOUZA S A Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos São Paulo Edgar Blücher 5ª edição 1982b0 7 Gestão de Manutenção httpswwwyoutubecomwatchvY3WDU7nKYQfeatureyoutube httpswwwyoutubecomwatchveoEKYujUyk4featureyoutube httpswwwyoutubecomwatchvkXLM7ZNIgREfeatureyoutube httpswwwyoutubecomwatchv2apK5ncZYu4td4s hotel mercure httpsyoutube3s6Fd7BReXk httpsyoutubeTNlaJqRNoPc httpswwwyoutubecomwatchvTNlaJqRNoPcfeatureyoutube httpsyoutube4WgBmKQHUw0 httpsyoutuberfbOYOFXf6s Processo de Fabricação httpsyoutubeRqbk0ULWz7U httpswwwyoutubecomwatchvKoJlg0d6ao4featureyoutube httpswwwyoutubecomwatchv4gwXFZgFdD8t1s httpsyoutube8afl8OWNEhE httpswwwyoutubecomwatchvd7Mls2A1U UNIDADE 1 Habilidades Aplicar conhecimentos matemáticos científicos tecnológicos e instrumentais à engenharia projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados e identificar formular e resolver problemas de engenharia Conteúdo 1 Introdução 2 Tipos de Materiais 3 Origem e extração dos metais 4 Estrutura cristalina dos metais 8 Sistema de qualidade httpswwwyoutubecomwatchvIHaB000gYg httpswwwyoutubecomwatchvHlze0IjC0FQ httpswwwyoutubecomwatchv6djqBA12z9I UNIDADE 2 Habilidades Aplicar conhecimentos matemáticos científicos tecnológicos e instrumentais à engenharia projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados e identificar formular e resolver problemas de engenharia Conteúdo 5 Aços e ferros fundidos 6 Sistema de classificação dos aços e ferros e produção 7 Diagramas TTT 8 Diagrama de equilíbrio e transformações de fases 9 CAMPANHATCC Postar TCCpronto Qual tema doTCC Quando será feito UNIDADE 3 Habilidades Aplicar conhecimentos matemáticos científicos tecnológicos e instrumentais à engenharia projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados e identificar formular e resolver problemas de engenharia Conteúdo 9 Principais tratamentos térmicos Recozimento Normalização Tempera Revenido Tempera superficial e Tratamentos isotérmicos austenpra e martêmpera 10 Principais tratamentos termoquímicos Cementação Nitretação Cianetação e Carbonitretação 11 Ensaios físicos e propriedades 12 Introdução às técnicas metalográficas Macrografia e Micrografia AV3 MATERIAL PARA CONSTRUÇÃO DE ACESSÓRIOS DE ACESSIBILIDADE Centro Universitário Jorge Amado Engenharia MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÃNICA ALFREDO MACCARI NETO SALVADOR INOVAÇÃO O MOTOR DA INDÚSTRIA DO FUTURO Projeto inédito da Confederação Nacional da Indústria reúne mais de 40 pesquisadores para estudar como novas tecnologias vão impactar a economia brasileira nos próximos dez anos APESAR DO CUSTO BRASIL ser tema obrigatório na agenda de empreendedores do país existe uma outra questão que vive a diferença para o futuro do país nacional Tratase de velocidade com que o mundo vem sendo transformado pelas novas tecnologias como o internet nanotecnia temas que são exclusivos da fábrica da indústria A CNI por meio de Mobilização Empresarial pela inovação Para Renato da Fonseca gerente executivo de pesquisa e competitividade da CNI no momento atual da indústria brasileira é fundamental receber informações para saber de que forma se adaptar Há pela frente um grande desafio primeiro fazer a digitalização dos processos e em segundo lugar reorganizar a gestão para lidar com esse grande volume de informações afirma Fonseca OITO TECNOLOGIAS Na primeira etapa será aprofundado o conhecimento sobre oito grupos de inovações potencialmente disruptivas São elas INTERNET DAS COISAS permite criar sistemas de monitoramento inteligentes atualizados em tempo real na tela de funções TECNOLOGIA DE REDES DE COMUNICAÇÃO garante que as mais diferentes empresas situadas em qualquer canto do planeta estejam sempre conectadas INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL sistemas como os que demandam grandes quantidades de dados Com eles as empresas podem se tornar mais ágeis BIG DATA software que gera inteligências que permitem decisões a partir da coleta de dados PRODUÇÃO INTELIGENTE E CONECTADA a base das máquinas interligadas que permitem revolucionar a produção de peças BIOPROCESSOS E TECNOLOGIAS AVANÇADAS algumas setores como por exemplo o agronegócio revolucionaram a produtividade NANOTECNOLOGIAS importantes para desenvolver novos produtos com características específicas O FUTURO HOJE CONHEÇA DUAS EMPRESAS BRASILEIRAS QUE ESTÃO OLHANDO PARA O SÉCULO XXI PROCESSO DE FABRICAÇÃO 14 PROPRIEDADE MATERIAL INTRODUÇÃO Porque se estudam os materiais Pedese muitas vezes a um engenheiro para Escolher o material certo entre inúmeros disponíveis para um determinado fim O material possui a melhor combinação de propriedades possíveis Ter em conta se haverá deterioração das propriedades do material durante a operação em serviço Fazer um compromisso entre custo e o conjunto ideal de propriedades para um determinado fim Os materiais devem ser escolhidos por terem boas qualidades em serviço a um preço razoável O material perfeito para um trabalho poderá ser demasiado caro EVOLUÇÃO DO USO DOS MATERIAIS 10000aC 5000aC 2000aC Lança depedra Cerâmica Bronze 16 EVOLUÇÃO DO USO DOS MATERIAIS 1000aC SécXIX Aço Alumínio Titânio SécXIX 17 EVOLUÇÃO DO USO DOS MATERIAIS SécXX Super ligas deNi SécXX Cerâmicas deEngenharia SécXXI Nanotecnologia 18 TRADICIONALMENTE OSMATERIAIS PODEM SER CLASSIFICADOS EM 4 GRUPOSBÁSICOS Cerâmicos Metálicos Poliméricos Compósitos 19 Embalagem TetraPak MATERIAIS METÁLICOS CaracterísticasGerais Possuem brilho Boa condutividade térmicae elétrica Boa maleabilidade Ponto de fusãomédio Dureza média Boa tenacidade Em geral resistência à corrosão é ruim Em geral densidade alta 20 2 Tipos deMateriais MATERIAIS METÁLICOS TIPOS METAIS FERROSOS METAIS LEVES METAIS DE BAIXO PONTO DE FUSÃO METAIS NOBRES METAIS REFRATÁRIOS METAIS RESISTÊNTES À CORROSÃO Exemplos Aço Ferro fundido Alumínio Titânio Berílio Chumbo Estanho Zinco Ouro Prata Platina Tungstênio Molibdênio Cobre Latão Bronze Níquel 21 MATERIAIS CERÂMICOS CaracterísticasGerais Em geral opacos mas podem ser transparentes Bons isolantes térmicos e elétricos Frágeis Dureza elevada Ponto de fusãoelevado Maleabilidade ruim Boa resistência à corrosão Densidade média ALUMINA 22 MATERIAIS CERÂMICOS Tipos Cerâmica Tradicional CerâmicaAvançada Revestimento Cerâmico Exemplos Tijolo azulejo porcelana vidro Diamante óxido de zircônio óxido de alumínio Carboneto de silício DLC Nitretos de ferro boretos de ferro etc 23 MATERIAIS POLIMÉRICOS CaracterísticasGerais Em geral opacos mas podem ser transparentes Bons isolantes térmicos e elétricos Boa plasticidade e elasticidade Baixa dureza Baixo ponto de fusão Resistência à corrosãomédia Baixa densidade 24 MATERIAIS POLIMÉRICOS Tipos Naturais Sintéticos Exemplos Latex pele DNA glicose celulose madeira unha chifre cabelo Acrílico isopor PVC Policarbonato Náilon 25 MATERIAIS COMPÓSITOS CaracterísticasGerais São materiais produzidos de modo a se obter uma otimização de propriedades Temse propriedades que não se consegue num único material ou que seja economicamente mais vantajoso 26 MATERIAIS COMPÓSITOS Tipos Mesma classe Classes distintas Exemplos Folha de flandresaços galvanizados Pneu embalagem tetrapak fibra de carbono fibra de vidro fio condutor de eletricidade com isolante 27 Estrutura As asas ailerons flaps fuselagem dianteira e cauda são fabricados principalmente em epoxi grafite fibra de carbono e outros compósitos Fuselagem central e traseira rebordos das asas pontas das asas pontas e rebordos da asa vertical são de liga de alumínio Escudos de calor da fuselagem inferior dianteira e traseira e zona fonteira do parabrisas feitas de titânio Estrutura Os quadros são geralmente feitos de alumínio aço titânio ou várias ligas destes 3 metais Os quadros feitos de compósitos de fibra de carbono são de uso cada vez mais popular Quadros idênticos feitos de materiais diferentes têm rigidez diferentes maior para o aço e menor para o alumínio Quadros feitos de materiais diferentes têm características diversas e diferentes métodos de construção É necessário compreender as características dos materiais para um melhor design com vistas a uma determinada aplicação Teste de Materiais Como se testam os materiais Os materiais quando em serviço são sujeitos a forças ou cargas Por exemplo a liga de alumínio usada no fabrico das asas do avião sofre uma grande variedade de tensões aplicadas É necessário avaliar as propriedades mecânicas do material para fazer o design da peça de modo a que não ocorra qualquer falha Esta é a razão principal para o teste mecânico de materiais Testes Mecânicos de Materiais Como se testam os materiais Ensaios de tração falha em tração eg cabos ou cordas Ensaios de compressão falha em compressão eg asfalto ou betão Ensaios de rigidez resistência à dobragem eg batons de ski Ensaios de dureza resistência ao riscar eg materiais para chão Ensaios de impacto resistência a forças abruptas eg garrafas de refrigerantes Ensaios de fadiga resistência ao uso contínuo em geral dobragem eg cauda do avião 2 MATERIAIS METÁLICOS 32 METAIS Principaiscaracterísticas Brilho Nãotransparente Boa condução decalor Boa condução deeletricidade Formam ligas com outros metais e comnãometais Elasticidade Plasticidade Boa resistênciamecânica Importância de conhecer o material para oPROJETO httpswwwyoutubecomwatchvvhjCtRZHHxE Ponte rolante httpswwwyoutubecomwatchvv1DD028dbmo Projeto de Vigas httpswwwyoutubecomwatchvaxatD5PSzLc Metalurgia do pó Taplicada Tfusão PROCESSOS DE FABRICAÇÃO MATÉRIA PRIMA METÁLICA Mecânicos emprego de tensão Metalúrgicos emprego de temperatura Tratamentos térmicos Usinagem Soldagem Fundição Lingotamento aplicada ruptura aplicada ruptura Taplicada Tfusão Laminação Trefilação Extrusão Forjamento 70 METAIS Ocorrência dosmetais Alguns metais sãoencontrados Em estado natural ouro platina cobre prata mercúrio Combinado com outros elementos na forma de óxidos hidróxidos sulfetos carbonatos etc hematita limonita calcita quartzo feldspato cassiterita mica etc Principais minérios deferro Hematita Fe2O3 Magnetita Fe3O4 Siderita FeCO3 LimonitaFe2O3H2O Pirita FeS2 Hematita70 ferro e 30oxigênio 71 3 ORIGEM E EXTRAÇÃO DOS METAIS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃOMECÂNICA 35 FABRICAÇÃO DOAÇO Alguns percentuaiscomparativos TIPOS DE FOFOS FERROS FUNDIDOS 37 TIPO FOFOs C Si Mn S P Branco 1836 0519 025080 006020 006018 Cinzento 2540 1030 02510 002025 00510 NodularDúctil 3040 1828 01010 003 máx 010 máx Classificação dos Fofos quanto ao tipo deliga Fofo branco fratura cor clara elementos de liga C e Si estrutura de C combinadoFe3C Fofo cinzento fratura cor escura principais elementos C e Si estrutura com C livre grafita lamelar e no estado combinadoFe3C Fofo dúctil ou nodular grafita esferoidal devido a TT no estado líquido boa ductilidade Fofo maleável obtido a partir do fofo branco mediante TT demaleablização transformando todo Ferro combinadoem grafita em nódulos Branco perlita e ledeburita FERROS FUNDIDOS ESTRUTURA 38 Cinzento veios grafita e perlita Nodular ferrita e nódulosgrafita Nodular perlita e nódulos grafita FERROOSPFROUCENSSDOIDDEOFUSNDIÇÃO É A TÉCNICA MAIS CONVENIENTE DE FABRICAÇÃO 39 Fe3C 3Feα CGrafita O diagrama de equilíbrio FeC é um pouco diferente doFeFe3C Ferro Fundido Cinzento GRAFITA Ferro Fundido Branco CEMENTITA Acementita é um compostometaestável e pode se dissociarna forma FERROS FUNDIDOS PROPRIEDADES DOS FOFOS 40 Baixo custo Ponto de fusão mais baixo que oaço Boa fluidez Versatilidade de propriedadese aplicações FERROS FUNDIDOS 41 Ainoculação Consiste na adição de um material no metal líquido no próprio forno ou panela de fundição pouco antes do vazamento nos moldes para a nucleação de grafita facilitar a grafitização e obter ferros fundidos cinzentos de melhores propriedades mecânicas A INOCULAÇ ÃO 42 Inoculantes grafitizantes comuns grafita silício metálicoferrosilício Inoculantes grafitizantes especiais maior efeito grafitizanteCaSi CaSiTi CaSiMn Siterras rarasetc Inoculantes estabilizadores perlitizantes para fofos 4045CCr Si CrSiMn CrSiMnZr etc FERROS FUNDIDOS EFEITO DA VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO 43 44 Fatores que favorecem formação daGrafita Ferro Fundido CINZENTO Alto teorde C Alto teorde Si Resfriamentolento Seçõesespessas Presença de S P Al Mg Sb Sn Cu Ni Co Adição deInoculantes É de boa resistência Mecânica até 40 Kgfmm2 e aodesgaste Éde fácilusinageme difícilsoldagem FERRO FUNDIDO CINZENTO 45 Elevado coeficiente de amortecimento os veios de grafita absorvem o impacto e o som A grafita apresenta baixa resistência mecânicaou seja age como vazios na estrutura do material Base para máquinasferramentas FOFO CINZENTO Propriedades A fratura é de corcinzenta Ébarato É o maisusado É de boa resistência Mecânica até 40 Kgfmm2 e aodesgaste É de fácil usinagem e difícilsoldagem É obtido pelo resfriamentolento É de fácil fusão Aplicações Ferro fundido mais usado75 Fundição decomponentes mecânicos emgeral Blocos de motores Engrenagens de grandes dimensões Máquinasagrícolas Carcaças e suportes demáquinas 130 47 ClassificaçãodosfofoscinzentossegundoABNT FCXX XX Limite máximo de resistência àtração NOMENCLATURA Não se faz pela composição química mas sim pela resistência ASTM A48 Classe 20 30 A Classe determina a resistência à tração mínima em 1000 psi FERRO FUNDIDO CINZENTO FERRO FUNDIDO CINZENTO 48 emkpsi VIDEO DE TRAÇÃO NORMAABNTNBR85831984PEÇASDEFERRO FUNDIDOCINZENTO CLASSIFICADASCONFORMEA DUREZABRINELL 49 Classe Faixa de dureza Brinell FCHB 158 145170 FCHB 175 150200 FCHB 200 170230 FCHB 225 190260 FCHB 265 240290 FCHB 295 270320 FERROS FUNDIDOS FATORES QUE FAVORECEM FORMAÇÃO DA CEMENTITA FERRO FUNDIDO BRANCO 50 Baixo teor de C Baixo teor de Si Resfriamento rápido Seçõesfinas Adição de Ti V Cr Mn Mo FOFO BRANCO 51 Propriedades Grande resist à compressão e ao desgastecementita Extremamentefrágil Não pode ser usinado Soldagemimpossível Baixocusto Aplicações Principal aplicação é a produção de ferro fundido maleável Peças sujeitas a elevada compressão e atrito Esferas de moinhos e rolosde laminadores Elevada taxa de resfriamento necessária limita o tamanho daspeças Cilindros de laminação rodas de vagões peças empregadas em equipamentospara britamento de minério e moagem de cimento DUREZA BRINELL 450 RC 44 FERRO FUNDIDO BRANCO 52 CARACTERÍSTICAS 35 C a 40 18 a Si a 30 Carbono livre na forma esferoidal Devido Ao tratamento feito no estado líquido Inoculação da liga FeMgSi comum Em vez de flocos de C formamse nódulos A matriz é ferrítica veloc baixa ou perlítica veloc moderada Grafita em nódulos proporciona maior resistência ductilidade e tenacidade FERRO FUNDIDO DUCTIL OU NODULAR OU ESFEROIDAL 53 PROPRIEDADES 54 Alta resistência tenacidade e ductilidade Excelente usinabilidade Possibilidade de deformação aquente Grande resistência ao desgaste Fluidez boa Soldabilidade melhorada Baixo custo superior ao ff cinzento FERRO FUNDIDO DUCTIL ou nodular ou esferoidal APLICAÇÕES Válvulas carcaça de bombas virabrequins engrenagenspinhões cilindros e outros componentes de máquinas e automóveis FERRO FUNDIDO DUCTIL ou nodular ou esferoidal 55 FERRO FUNDIDO DUCTIL OU NODULAR MICROESTRUTURA ELEMENTOS CONSTITUINTESIDÊNTICAS AO FERRO FUNDIDOBRANCO OBTIDO DO FF BRANCO PORTRATAMENTO TÉRMICO DE MALEABILIZAÇÃO A MICROESTRUTURA OBTIDA RESULTA DA DECOMPOSIÇÃO DA CEMENTITA EMROSETAS DE GRAFITE NUMA MATRIZ DE FERRITAPERLITA OU MARTENSITA 57 FERRO FUNDIDO MALEÁVEL DUREZA BRINELL 300 RC 30 A alta taxa de resfriamento necessária para produzir inicialmente a estrutura do fofo branco restringe o tamanho e a espessura das peças de fofo maleável menores de 45 Kg FERRO FUNDIDO MALEÁVEL 58 PROPRIEDADES Variando a taxa de resfriamento pode obterse um largo espectro de propriedades Boa resistência à corrosão Boa usinabilidade efluidez Propriedades similares ao ff dúctil Alta resistência tenacidade e ductilidade Temperatura Tempo cementitegrafite Martensite Perlite Ferrite FERRO FUNDIDO MALEÁVEL 143 APLICAÇÕES Aplicação similares ao ffdúctil Peças sujeitas a altatemperatura Elementos de ligação Juntas universais Pequenas ferramentas FERRO FUNDIDO MALEÁVEL 60 FORMA DA GRAFITA EM UM FERRO FUNDIDO MALEÁVEL FORMA DEAMEBAS 61 AV3 VALIDAR ESPECIFICAÇÕES VÍDE OS Como fazer motor httpswwwyoutubecomwatchv2Zku5UxL0w Como fazer motor 2 httpswwwyoutubecomwatchvQEEWBfGG16E CST Laminação httpswwwyoutubecomwatchvM98xHGalX0 Laminação de perfis httpswwwyoutubecomwatchvGX9S6dQFWr0 Trefiladora httpswwwyoutubecomwatchvL6c8LxTNmAU Trefiladora 2 httpswwwyoutubecomwatchvT0uBYlmCLc Tempera por indução httpswwwyoutubecomwatchvjdFFIeSgKJQ Parafusos httpswwwyoutubecomwatchvChgnmH5S6jk Laminação httpswwwyoutubecomwatchvISd43MI1gswlistPL406ikT7daqeku5yJK5YR3dfD 9TKESqz 40 httpswwwyoutubecomwatchvNUJOToLqL0