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Universidade Federal de Campina Grande Centro de Ciências e Tecnologia Unidade Acadêmica de Engenharia de Materiais Disciplina: Propriedades Mecânicas do Materiais Prof. Rômulo Feitosa Navarro ESTUDO SOBRE OS PRINCIPAIS FATORES QUE DEVEM SER CONSIDERADOS NO PROCESSO DE SELEÇÃO DE MATERIAIS Escrito por: Thiago G. de Souza Graduando em Engenharia de Materiais Email: Campina Grande, março de 2015 SELEÇÃO DE MATERIAIS Por Thiago G. de Souza | INTRODUÇÃO Todo engenheiro de materiais deve ter como principal característica a capacidade de escolher os materiais que serão utilizados em uma determinada aplicação. Porém a escolha de um material, dentre tantos existentes não é uma tarefa fácil. Existem vários critérios que devem ser considerados, para que a seleção de um material para determinado produto, seja a mais acertada possível. Na sua formação acadêmica, o engenheiro de materiais aprende que o processo de seleção de materiais está associado a quatro pilares: Processamento; Estrutura; Propriedades e Desempenho em Aplicações. Em outras palavras, é o profissional que explica o “macro” a partir do “micro”. A seleção de materiais envolve uma gama de conhecimentos técnicos cuja amplitude dificilmente pode ser coberta por uma única categoria profissional. Assim, a seleção de materiais é o ponto focal de uma série de especialidades tecnológicas, que vão desde a criação do projeto até a análise de desempenho em campo. Exemplificando, no desenvolvimento de um produto, o estabelecimento de requisitos a serem atendidos norteia uma primeira descrição funcional de projeto. (FERRANTE, 2009) As funções requeridas de um produto determinam as especificações necessárias ao projeto; estas são as especificações de desempenho que consistem num conjunto de características que permitem a utilização do produto de forma eficiente; enquanto que as especificações de projeto compõem-se de um rol de indicações técnicas referentes à forma, às dimensões, às tolerâncias, ao acabamento e aos materiais constituintes do produto que permitem atender às especificações de desempenho. As especificações de desempenho devem ser analisadas segundo dois aspectos: A definição dos requisitos de desempenho; As consequências de uma superavaliação ou subavaliação dos requisitos de desempenho. Algumas vezes é difícil conciliar as especificações de desempenho. Porém, deve-se procurar encontrar um "ponto ótimo" onde se estabeleça equilíbrio entre os requisitos e as possibilidades técnicas de realização. As consequências de uma subavaliação das especificações podem ser um desempenho deficiente onde a probabilidade de surgir falhas graves em serviço - com custos materiais e humanos – não pode deixar de ser considerada. A superavaliação conduz quase sempre a custos de fabricação mais elevados, com o uso de energia, de material ou de mão de obra em excesso para a obtenção do produto final. As considerações de resistência a corrosão também são importantes para determinados meios ambiente, particularmente quando ocorre interação com os esforços mecânicos atuantes. A análise da fratura da peça permite estudar e determinar as causas de sua falha em serviço e os procedimentos de projeto mais corretos para a sua prevenção. As especificações dos materiais e de seus processos de fabricação estão condicionadas pelo dimensionamento, e este por aqueles num processo iterativo de obtenção de um projeto ótimo para o produto e param processo de fabricação. Por exemplo, as dimensões de uma peça afetam a seleção do material constituinte e o seu processo de fabricação; determinados materiais são mais resistentes, contudo são mais difíceis de serem processados para a obtenção da peça; alguns processos somente permitem obter peças de pequenas dimensões ou tem limitações quando às tolerâncias dimensionais; e assim por diante. As quantidades de peças a serem fabricados também afetam fundamentalmente o projeto do processo de fabricação, pois determinados processos somente se aplicam - economicamente - para quantidades mínimas de fabricação. A análise de valores de custo conduz a busca do projeto de produto e dá processo de fabricação que melhor atende os requisitos funcionais e às condições de menor custo de fabricação. CRITÉRIOS DE SELEÇÃO DE MATERIAIS Existem diversas formas de estabelecer critérios de seleção de materiais, e não existe ainda um consenso entre os profissionais que atuam na área. Segundo (FERRANTE, 2009) existem alguns critérios mais representativos: Considerações dimensionais; Considerações de forma; Considerações de peso; Considerações de resistência mecânica; Resistência ao desgaste; Conhecimento de variáveis de operação; Facilidade de fabricação; Requisitos de durabilidade; Número de unidades; Disponibilidade do material; Custo; Existência de especificações; Viabilidade de reciclagem; Valor da sucata; Grau de normalização; Tipo de carregamento. PROPRIEDADES MECÂNICAS As propriedades mecânicas dos materiais devem ser consideradas como uma das questões básicas apresentadas na seleção e especificarão desses materiais. Contudo, os critérios de seleção não se apoiam somente nas propriedades mecânicas mas também em considerações referentes às propriedades de resistência à corrosão, às propriedades físicas em geral, às propriedades de fabricação e aos fatores condicionantes de natureza econômica. As propriedades mecânicas devem ser analisadas de acordo com o tipo de solicitação e, dessa forma, elas podem ser agrupadas em duas categorias: propriedades mecânicas estáticas; propriedades mecânicas dinâmicas. As propriedades mecânicas estáticas são obtidas comumente do ensaio de tração. Contudo outros ensaios estáticos são aplicados para condições particulares com o ensaio de compressão, de tração e de flexão. O ensaio de dureza também é de uso comum em face da facilidade de sua execução. As propriedades dinâmicas são determinadas a partir de ensaios de fadiga, de impacto de fluência; contudo os valores obtidos para as propriedades são muito dependentes das condições de realização dos ensaios, o que conduz a um certo grau de incerteza quanto ao comportamento em serviço do material ensaiado. Dentre os parâmetros determinados nos diferentes ensaios principais são os seguintes: a) Limite de resistência à tração: É um parâmetro determinado no ensaio estático de tração e corresponde a relação entre a carga máxima, suportada pelo corpo de prova constituído do material a ser ensaiado, e a seção transversal do corpo de prova; essa propriedade é comumente utilizada como índice de resistência mecânica do material pois reflete a sua capacidade de suportar cargas, contudo a sua utilização sofre limitações de três ordens: primeira, ela se refere a um valor limite acima do qual já se inicial a instabilidade plástica que conduz à fratura; em segunda, que decorre da primeira, é necessário para determinara tensão de projeto utilizar um fator de segurança cujo valor é uma questão discutível em face da confiabilidade desejada; e terceira, nem sempre é possível estabelecer uma correlação entre esse parâmetro e outras propriedades mecânicas exigidas para um determina do projeto. b) Limite de escoamento: É também um parâmetro obtido no ensaio de tração e se constitui em uma propriedade fundamental tanto para
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