A Seleção de Materiais

Fundação Oswaldo Aranha – UniFOA

        Título: Seleção de Materiais

Nomes: Erick Tavares (201420413); Pedro Gabriel Koengkan (2010 10677)

7º Período – Metalografia e Tratamento Termomecânico

Professor (a): Shimeni Baptista Ribeiro

Resumo:

Para um Engenheiro de materiais, a realização de um projeto deve ser levado consideração diversos fatores. Começando pela seleção de um material, na qual, ele deva possuir as características e propriedades corretas para a devida aplicação desejada.

A Seleção do Material também não pode ser feita desconsiderando os processos de fabricação (Conformação, solda etc.) deles, pois eles também dependem das suas propriedades.

E por fim, o projeto pode significar o desenvolvimento de um processo para produção de um certo material que possua as indicadas propriedades para o fim.

1. O que é a Seleção de Materiais:

A Seleção de Materiais ou de componentes para a Engenharia de Materiais pode ser definida como sendo a seleção de produtos com intuito de obter um novo produto, componente, ou planta industrial através do material com as propriedades corretas ou a obtenção de um novo material com as propriedades e características para aquela finalidade de projeto.

1. Como é feita:

Problemas de projeto não possuem uma única solução, embora algumas soluções possam parecer claramente melhores do que outras. Em função das condições de contorno de uma determinada época ou ciclo industrial.

 Primeira ferramenta que um projetista precisa é cabeça aberta: desejo em considerar todas as possibilidades e criar uma peneira de restrições para selecionar as soluções excelentes.

As condições de contorno do projeto são obtidas através da elaboração da “Tradução dos Requisitos de Projeto” (translation of design requirements).

A elaboração desta tradução deve ser feita através das respostas:

Qual a função do componente?

Suportar momento fletor, conter uma pressão externa, transmitir calor, etc.

Quais condições essenciais devem ser atendidas?

O componente deve suportar as tensões sem falhar, possuir controle dimensional adequado, suportar faixas de temperaturas e diferentes ambientes.

Quais os objetivos do projeto?

Fazer produto o mais barato possível, ou mais leve, ou seguro talvez.

Quais parâmetros que o projetista tem liberdade de alterar?

Geometria, condições de uso

As respostas definem respectivamente qual será: função, restrições, objetivos e variáveis livres do projeto

• São a base para a quantificação índice de performance (desempenho) dos materiais.

• As restrições são divididas em geométricas e funcionais, estas últimas contêm os limites e valores desejáveis das propriedades dos materiais.

• A partir da definição das propriedades restritivas (quantitativas) do projeto (por exemplo: limite de escoamento, tenacidade à fratura, condutividade térmica, temperatura máxima de uso) e dos objetivos do projeto (eficiência, custo, meio-ambiente), criam-se condições para a seleção de materiais.

1. Exemplo de Seleção de Material:

SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA UM EIXO CILÍNDRICO TENSIONADO EM TORÇÃO:

Sabemos que o eixo está sujeito a uma tensão de torção. A resistência do eixo deverá ser considerada em detalhes, e serão desenvolvidos critérios para a maximização da resistência em relação tanto a um mínimo de massa de material quanto ao custo mínimo. Outros parâmetros que possam ser importantes também serão discutidos.

Para o eixo requerido, adotamos que é necessário um material leve e resistente. O comprimento do eixo é especificado, enquanto o raio (ou a área da seção reta) poderá variar. A aplicação de um momento de torção (Mt) gera um ângulo de torção (φ). A tensão de cisalhamento (T) é definida pela equação: T=Mt.r/J

O J aqui representa o momento polar de inercia de um cilindro. Dessa forma a fórmula se apresenta como: T=2Mt/ πr³

Com o objetivo de estabelecer um critério que leve à seleção de materiais que sejam leves e resistentes, substituímos a tensão de cisalhamento pela resistência ao cisalhamento do material (Tf) dividida pelo Fator de segurança (N): Tf/N = 2Mt/ πr³

Torna-se necessário agora levar em consideração a massa do material. A massa (m) de uma dada quantidade de material é simplesmente o produto da densidade desse material pelo seu volume. Juntando as equações e resolvendo a expressão chegamos a equação:

[pic 1]

Os parâmetros do lado direito da equação estão agrupados em três conjuntos de parênteses. Aqueles contidos no primeiro conjunto, estão relacionados ao funcionamento seguro do eixo. Dentro do segundo conjunto está o parâmetro geométrico. E no último conjunto de parênteses as propriedades do material (densidade e resistência).

A conclusão sobre a equação, é que os melhores materiais para serem utilizados para que se obtenha um eixo leve e que possa sustentar com segurança um momento de torção especificado, são aqueles que possuem uma baixa razão do terceiro parêntese (densidade/tensão de cisalhamento).

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