Seleção de Materiais

SELEO DE MATERIAISMetodologia de Ashby

Introduo

Cabe ao engenheiro estudar a estrutura, aspropriedades, as aplicaes, o processamento e odesempenho de materiais novos ou j existentes.

Compete ao engenheiro atuar na fase de projeto, demodo a escolher os materiais mais indicados para asaplicaes desejadas

Projetos Mecnicos - Digo Fernandes da Cruz 2

Materiais na Engenharia

Materiais so substncias com propriedades que astornam teis na construo de mquinas, estruturas,dispositivos e produtos.

Os Materiais aos quais submetemos a processos deseleo se subdividem a cinco classes reconhecidascomo: Materiais Metlicos; Materiais Cermicos; MateriaisPolimricos; Materiais Compsitos e Materiais Naturais.


Materiais na EngenhariaMateriais Metlicos

Metais e ligas metlicas, so normalmentecombinaes de elementos metlicos. So bonscondutores de eletricidade e calor. Geralmente, os metaisapresentam boa ductilidade e resistncia, da o seu usoextenso em aplicaes estruturais.


Materiais na EngenhariaMateriais Metlicos

Ferrosos: tem o ferro como principal constituinte. de amplautilizao por ser abundante, por utilizar tcnicas relativamenteeconmicas para obteno e por serem extremamente versteis.

No Ferrosos: estas oferecem uma variedade enorme depropriedades mecnicas e fsicas. Servem de elementos de ligapara os materiais ferrosos.


Materiais na EngenhariaMateriais Cermicos

Caracterizados pela combinao entre elementosmetlicos e no-metlicos. Destacam-se os xidos, nitretose carbonetos. A esse grupo de materiais tambmpertencem os argilo-minerais, o cimento e o vidro.

Possuem normalmente baixa condutividade trmicae eltrica, consequentemente, so muito utilizados comoisolantes. Esses materiais so geralmente duros, masfrgeis (quebradios). Possuem excelente resistncia aaltas temperaturas.


Materiais na EngenhariaMateriais Cermicos

Cermica Avanada: proporcionam alta resistncia mecnica,baixo peso e alta resistncia corroso para aplicao emcondies extremas de temperatura e ambientes corrosivos.

Cermica Comum: isolantes passagem de eletricidade e decalor, e so mais resistentes a altas temperaturas e ambientesrudes do que metais e polmeros

Vidros: Os vidros so um grupo de cermicos familiares. Sosilicatos no cristalinos contendo outros xidos.


Materiais na EngenhariaMateriais Polimricos

Os polmeros so constitudos de macromolculasorgnicas sintticas ou naturais.

Os polmeros tem baixa condutividade trmica e eltrica.Tem baixa resistncia mecnica comparado a outrosmateriais utilizados em Engenharia.


Materiais na EngenhariaMateriais Polimricos

Polmeros termoplsticos: podem ser repetidamenteconformados mecanicamente desde que reaquecidos. (polietileno-PE, cloreto de polivilina-PVC, polipropileno-PP e poliestireno-PS)

Polmeros termofixos: so conformveis plasticamente apenasem um estgio intermedirio de sua fabricao. O produto final duro e no amolece mais com o aumento da temperatura.(baquelite, epxi, polisteres, poliuretanos)

Elastmeros: capazes de recuperar-se, rpida e foradamente, deuma grande deformao (borracha natural, neopreno, borracha debutila, borracha de nitrila, borracha de estireno)


Materiais na EngenhariaMateriais Compsitos

So materiais projetados de modo a conjugarcaractersticas desejveis de dois ou mais materiais. Comos materiais compsitos possvel obter produtos comdiferentes propriedades.

Concreto e fibra de vidro com resina de polisterso tpicos exemplos. Modernos meios de transporte areoe veculos espaciais tem se utilizados de compsitos defibra de carbono.


Materiais na EngenhariaMateriais Semicondutores

Tem propriedades eltricas intermedirias entrecondutores e isolantes. As caractersticas eltricas destesmateriais so extremamente sensveis presena depequenas concentraes de impurezas.

Os semicondutores tornaram possvel o adventodos circuitos integrados, que revolucionaram as indstriaseletrnicas e de computadores nas ltimas duas dcadas.


Materiais na EngenhariaBiomateriais

definido como todo material utilizado parasubstituir sistemas biolgicos que se encontram doentesou danificados.

Esses materiais no devem produzir substnciastxicas e devem ser compatveis com os tecidos do corpo.


Materiais na EngenhariaMateriais Naturais

Podem ser considerados materiais naturais, todosutilizados in natura.

Os materiais naturais tem sido muito pesquisadosultimamente como alternativas para diversas aplicaes,isto por serem reciclveis, biodegradveis e porapresentarem baixa toxidade.


Materiais na EngenhariaMateriais Naturais

Fibras: tem alta resistncia trao (ao longo de uma relativamente grande faixa de temperatura) e um alto mdulo de elasticidade, bem como boa resistncia abraso

Madeiras: consistem de fibras de celulose fortes e flexveis circundadas e mantidas juntas por um material mais rgido denominado lignina, pode ser considerada como um compsito natural.

Minerais: Minerais so substncias slidas, inorgnicas e homogneas, que possuem composio qumica definida e estrutura atmica caracterstica.


Panorama Evolutivo dos Materiais

DATA


Critrios de Seleo Consideraes

dimensionais; Consideraes de forma; Consideraes de peso; Consideraes de

resistncia mecnica; Resistncia ao desgaste; Conhecimento das

variveis de operao; Facilidade de fabricao; Requisitos de

durabilidade;

Nmero de unidades; Disponibilidade de

material; Custo; Existncia de

especificaes e cdigos; Viabilidade de reciclagem; Valor de sucata; Grau de normalizao; Tipo de carregamento.


Propriedades dos Materiais Propriedades Mecnicas

Propriedades Trmicas

Propriedades Fsicas

Propriedades Eltricas


Disponibilidade e CustoO preo e a disponibilidade dos materiais so

fatores importantes e muitas vezes decisivos na seleode materiais para determinado servio.

Ao selecionar os materiais para um determinadoproduto acabado, alm das exigncias em termos depropriedades, o engenheiro tem que levar em conta opreo e facilidade do material no mercado.


Recursos de Seleo


Recursos de SeleoExistem diversos critrios com base nas quais uma

deciso final atingida.

Na busca de ferramentas que facilitem o processode Seleo de Materiais o projetista necessita investigarbancos de dados. O conceito importante neste caso :

NDICE DE MRITO

MAPAS DE PROPRIEDADES DE MATERIAIS


ndices de Mrito (IM)So frmulas algbricas que combinam

propriedades dos materiais e que, quando maximizadas,aperfeioam algum aspecto de desempenho.

Sua frmula algbrica expressa um compromissoentre duas caractersticas ou propriedades. Em sua formamais simples um IM geralmente uma frao, tendo nonumerador a propriedade que se quer maximizar e nodenominador a que se deseja minimizar.


ndices de Mrito (IM)Para se deduzir o IM devem ser seguidas algumas

etapas:

Estabelecimento da funo do produto ou componente:normalmente realizada por simples inspeo do objeto.

Estabelecimento do objetivo principal: expressa o requisitoimposto quela etapa de seleo.

Identificao da restrio: identificada com o desempenho e coma propriedade que o controla, no contexto do objetivo desejado.


Mapas de Propriedades de Materiais(MPM)

A essncia desse conceito de Seleo de Materiaisencontra-se nos Mapas de Propriedades desenvolvidospor Ashby.

Eles procuram agrupar todas as famlias demateriais em grficos cujas coordenadas compe, sempreque possvel, ndices de mrito utilizados em clculos dedimensionamento e seleo.

O conceito fundamental dos MPM que os pares depropriedades sempre correspondem aos componentes deum IM, que por sua vez so integrveis nos mapas.


Mapas de Propriedades de Materiais(MPM)

Os grficos resumem as propriedades dosmateriais, cada rea dos mapas tem espaos ocupadospor cada classe de material. Que podem ser utilizados deduas maneiras:

1) para obter valores aproximados de propriedadesmateriais;

2) para selecionar materiais que tenham perfis prescritos.


Mdulo de Young x Densidade


Resistncia x Densidade


Tenacidade Fratura x Densidade


Mdulo de Young x Resistncia


Tenacidade Fratura x Resistncia


Resistncia x Temperatura


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