Todo projeto de componente mecânico, ou até qualquer projeto de engenharia, requer o conhecimento das características, propriedades e comportamento dos materiais disponíveis.
Os critérios de especificação ou de escolha de materiais impõem, para a realização dos ensaios, métodos normalizados para levantar as propriedades mecânicas e seu comportamento sob determinadas condições de esforços.
O comportamento mecânico de um material de engenharia é função de sua estrutura interna (microestrutura) e de sua aplicação em projeto (mecânica).
As características a que o material especificado deve atender podem ser divididas em duas categorias: a) de processamento: propriedades físicas da matéria-prima como função dos processos de fabricação envolvidos na manufatura do produto final; b) de aplicação: propriedades físicas desejadas no produto acabado como função direta de sua utilização e comportamento estrutural.
Tomando como referência a fabricação de um eixo de transmissão, por exemplo, as características a que o material especificado deve atender são:
a) Características de processamento:
- Forjabilidade: facilidade de preenchimento da matriz, do molde.
- Usinabilidade: condições adequadas de corte, de usinagem.
- Tratamentos térmicos e termoquímicos: possuir condições de modificação estrutural para melhorar ou adequar localmente as propriedades mecânicas via tratamentos.
b) Características de aplicação:
- Resistência mecânica: apresentar a resistência especificada em projeto.
- Resistência ao desgaste: os dentes de engrenagem para transmissão de movimento devem possuir determinado nível de dureza para evitar desgaste prematuro.
- Ductilidade: a possibilidade de o eixo sofrer impactos durante o funcionamento exige que o seu núcleo não seja frágil.
Os ensaios do material de referência são imprescindíveis nas seguintes etapas:
I) Recebimento de matéria-prima do fornecedor: análise química da composição química do material encomendado, resistência mecânica e dureza.
II) Peça acabada: resistência mecânica, microestrutura e dureza, que devem estar compatíveis com a faixa de aceitação exigida pelo projeto. Peças fora de especificação devem ser rejeitadas, e, acima de certo percentual, devem exigir ajustes nas etapas de fabricação para diminuir o índice de rejeição.
A execução dos ensaios de materiais permite obter informações rotineiras do produto (ensaios de controle) no recebimento de materiais de fornecedores e no controle final do produto acabado, bem como desenvolver novas informações sobre os materiais no desenvolvimento de novos materiais, de novos processos de fabricação e de novos tratamentos.
Os ensaios mecânicos permitem determinar propriedades mecânicas que se referem ao comportamento do material quando sob a ação de esforços expressadas em função das tensões e/ou deformações.
Entre as principais propriedades dos materiais obtidas por ensaio, destacam-se: resistência mecânica, elasticidade, plasticidade, resiliência e tenacidade.
A classificação dos ensaios dos materiais pode se dar:
A) Quanto à integridade geométrica e dimensional da peça ou componente:
i) Destrutivos: provocam a inutilização parcial ou total da peça. Ex: tração, dureza, fadiga e fluência.
ii) Não-destrutivos: não comprometem a integridade da peça. Ex: raios-X, raios gama, ultrassom, partículas magnéticas.
B) Quanto à velocidade de aplicação da carga:
i) Estáticos: carga aplicada lentamente, induzindo a uma sucessão de Estados de equilíbrio. Ex: tração, compressão, flexão, dureza e torção.
ii) Dinâmicos: carga aplicada rapidamente ou ciclicamente. Ex: fadiga e impacto.
iii) Carga constante: carga aplicada durante um longo período. Ex: fluência.
C) Ensaios de fabricação: não avaliam propriedades mecânicas, fornecendo apenas indicações do comportamento do material quando submetido a um processo de fabricação: estampabilidade, dobramento, etc.
Métodos de Ensaios: determinam que os ensaios devem ser realizados em função da geometria da peça, do processo de fabricação e de acordo com as normas técnicas vigwntes, podendo ser ensaios na própria peça, de modelos, em amostras e em corpos-de-prova retirados de parte da estrutura.
A normalização dos materiais e dos métodos de ensaios objetivam fixar os conceitos e procedimentos gerais aplicados de modo a tornar a qualidade do produto mais uniforme possível, reduzir os tipos similares de materiais, orientar o projetista na escolha do material adequado, permitir a comparação de resultados obtidos em diferentes laboratórios e reduzir desentendimentos entre produtor e consumidor.
Fonte: GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A., Ensaios dos Materiais, Rio de Janeiro: LTC, 247 p., 2000.
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