Tecnologia Mecanica Para Desenhistas

5/20/2018 Tecnologia Mecanica Para Desenhistas

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Tecnologia Mecnica para Desenhistas

Carga horria: 20h

Competncia

Identificar os materiais e tratamentos aplicados s peas da mecnica, bem

como os processos convencionais de fabricao de peas e os elementos demquinas normalizados.

Conhecimentos

Materiais de construo mecnica: metais e no metais.

Processos de fabricao mecnica: torneamento, fresagem, furao eajustagem. Processos de tratamento trmico: tmpera, cementao, nitretao,revenimento e recozimento. Processos de tratamentos superficiais: pintura e metalizao. Elementos de mquinas normalizados.


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Classificao dos materiais

Todos os materiais existentes no universo so classificados de acordo

com suas caractersticas fsico-qumicas e sua estrutura atmica emmateriais metlicos, polimricos, cermicos ou compsitos. Tambm possvel encontrar classificaes mais especficas em funo de suasaplicaes como a dos semicondutores e biomateriais.


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Materiais metlicos:

So materiais obtidos pelas combinaes de elementos qumicosmetlicos, possuindo um nmero grande de eltrons no localizadosque podem se movimentar livremente de um tomo a outro, o que lhe

confere certas propriedades intrnsecas a esta classe de materiais.

So excelentes condutores de calor e eletricidade, opacos,normalmente de elevada resistncia mecnica e geralmente com altoponto de fuso. A ligao qumica predominante a metlica.Exemplos: alumnio (Al), ferro (Fe), cobre (Cu).


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Materiais cermicos:

So materiais de estrutura tipicamente cristalina cujascomposies so entre elementos metlicos e no metlicos,geralmente formando xidos, nitretos ou carbetos (Al2O3,Si3N4, WC, etc.).

So excelentes isolantes trmicos e eltricos resistentes aaltas temperaturas e ao desgaste, porm frgeis. Dependendodo mtodo de fabricao, podem variar de cermicas densas aporosas. A ligao qumica predominante a inica e emalguns casos pode existir a covalente.

Classificam-se em cermicas estruturais, refratrias, vidros,abrasivos, cimentos, materiais avanados, dentre outros.Exemplos: tijolos refratrios, vidros, pisos de revestimento,selos mecnicos.


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Materiais polimricos:

Comumente conhecidos como plsticos e borrachas. So compostosorgnicos de cadeia longa de origem natural ou sinttica baseados

nos hidrocarbonetos (carbono (C), hidrognio (H), nitrognio (N),dentre outros), geralmente oriundos do petrleo, gs natural, oumateriais naturais.

Suas principais caractersticas so baixa densidade, resistncia corroso, isolante eltrico e pouco resistente ao calor extremo.

Dividem-se basicamente em dois grandes grupos, os termoplsticose os termorrgidos


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Quantos tipos diferentes de materiais voc acha que so usadosna fabricao de um automvel, por exemplo? Para citar apenasalguns, vamos lembrar o ferro fundido, o ao, o alumnio, o plstico,a borracha, o tecido.

Cada um deles possui caractersticas prprias: o ferro fundido duro e frgil, o ao bastante resistente, o vidro transparente efrgil, o plstico impermevel, a borracha elstica, o tecido bom isolante trmico... Dureza, fragilidade, resistncia,impermeabilidade, elasticidade, conduo de calor...

Todas essas capacidades prprias de cada material e maisalgumas que estudaremos nesta parte da lio so o quechamamos de propriedades. O que no podemos esquecer que cada uma delas est relacionada natureza das ligaes queexistem entre os tomos de cada material, seja ele metlico ouno-metlico.

Propriedades dos Materiais


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Para tornar nosso estudo mais fcil, as propriedades foram reunidasem grupos, de acordo com o efeito que elas causam. Assim, temos:

propriedades fsicas;

propriedades qumicas.

Cada uma e todas elas devem ser consideradas na fabricao dequalquer produto.

Propriedades dos Materiais


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Esse grupo de propriedades determina o comportamento domaterial em todas as circunstncias do processo de fabricaoe de utilizao. Nele, voc tem as propriedades mecnicas, aspropriedades trmicas e as propriedades eltricas.

As propriedades mecnicas aparecem quando o materialest sujeito a esforos de natureza mecnica. Isso quer dizerque essas propriedades determinam a maior ou menorcapacidade que o material tem para transmitir ou resistir aosesforos que lhe so aplicados.

Essa capacidade necessria no s durante o processo defabricao, mas tambm durante sua utilizao. Do ponto devista da indstria mecnica, esse conjunto de propriedades considerado o mais importante para a escolha de uma matria-prima.

Propriedades Fsicas


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Dentre as propriedades desse grupo, a mais importante a resistnciamecnica. Essa propriedade permite que o material seja capaz de resistir ao de determinados tipos de esforos, como a trao e acompresso. Ela est ligada s foras internas de atrao existentesentre as partculas que compem o material.

Quando as ligaes covalentes unem um grande nmero de tomos,como no caso do carbono, a dureza do material grande.

A resistncia trao, por exemplo, uma propriedade bastantedesejvel nos cabos de ao de um guindaste. A elasticidade, por outrolado, deve estar presente em materiais para a fabricao de molas de

veculos.

Propriedades Fsicas


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A elasticidade a capacidade que o material deve ter de sedeformar, quando submetido a um esforo, e de voltar formaoriginal quando o esforo termina.

Quando se fala em elasticidade, o primeiro material a ser lembrado a borracha, embora alguns tipos de materiais plsticos tambmtenham essa propriedade. Porm, preciso lembrar que o ao, porexemplo, quando fabricado para esse fim, tambm apresenta essapropriedade. o caso do ao para a fabricao das molas.

Propriedades Fsicas

Elasticidade


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Propriedades Fsicas

Um material pode tambm ter plasticidade. Isso quer dizerque, quando submetido a um esforo, ele capaz de sedeformar e manter essa forma quando o esforo desaparece.

Essa propriedade importante para os processos defabricao que exigem conformao mecnica, como, porexemplo, na prensagem, para a fabricao de partes dacarroceria de veculos, na laminao, para a fabricao dechapas, na extruso, para a fabricao de tubos.

Isso se aplica para materiais, como o ao, o alumnio e olato. O que varia o grau de plasticidade de cada um. Aplasticidade pode se apresentar no material comomaleabilidade e a ductilidade.

Plasticidade


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Propriedades Fsicas

A dureza a resistncia do material penetrao, deformaoplstica permanente, ao desgaste. Em geral os materiais duros sotambm frgeis.

Por falar nisso, a fragilidade tambm uma propriedade mecnicana qual o material apresenta baixaresistncia aos choques. O vidro,por exemplo, duro e bastante frgil.

Dureza


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Propriedades Fsicas

Se voc colocar dois cubos macios do mesmo tamanho,sendo um de chumbo e um de plstico, em uma balanade dois pratos, ser fcil perceber a propriedade sobre a

qual vamos falar.

Certamente, o prato com o cubo de chumbo descer muitomais do que o prato com o cubo de plstico. Isso aconteceporque o chumbo mais denso que o plstico.

Em outras palavras, cabe mais matria dentro do mesmoespao. Essa propriedade se chama densidade.

Densidade


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As propriedades trmicas determinam o comportamento dosmateriais quando so submetidos a variaes detemperatura.Isso acontece tanto no processamento domaterial quanto na sua utilizao.

um dado muito importante, por exemplo, na fabricao deferramentas de corte.

As velocidades de corte elevadas geram aumento detemperatura e, por isso, a ferramenta precisa ser resistente

a altas temperaturas.

Propriedades Fsicas

Propriedade Trmicas


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Propriedades Fsicas

Dilatao

Essa propriedade faz com que os materiais, em geral,aumentem de tamanho quando a temperatura sobe.

Por causa dessa propriedade, as grandes estruturas

de concreto como prdios, pontes e viadutos, porexemplo, so construdos com pequenos vos oufolgas entre as lajes, para que elas possam seacomodar nos dias de muito calor. O espao que existeentre os trilhos dos trens tambm tem essa finalidade.


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Ele se refere temperatura em que o material passa doestado slido para o estado lquido. Dentre os materiaismetlicos, o ponto de fuso uma propriedade muitoimportante para determinar sua utilizao.

O alumnio, por exemplo, se funde a 660C, enquanto queo cobre se funde a 1.084C.

Ponto de Ebulio

O ponto de ebulio a temperatura em que o materialpassa do estado lquido para o estado gasoso. O exemplomais conhecido de ponto de ebulio o da gua que setransforma em vapor a 100C.

Propriedades Fsicas

Ponto de Fuso


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Condutividade Trmica

Propriedades Fsicas

Se voc segurar uma barra de metal por uma das pontas ecolocar a outra ponta no fogo, dentro de um certo tempo elavai ficar to quente que voc no poder mais segur-la.

Isso acontece por causa da condutividade trmica, que acapacidade que determinados materiais tm de conduzir calor.


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As propriedades qumicas so as que se manifestam quando omaterial entra em contato com outros materiais ou com oambiente.

Elas se apresentam sob a forma de presena ou ausncia deresistncia corroso, aos cidos, s solues salinas.

O alumnio, por exemplo, um material que, em contato com oambiente, resiste bem corroso. O ferro na mesma condio,por sua vez, enferruja, isto , no resiste corroso.

Propriedades Qumicas


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A histria do homem a histria do domnio datecnologia dos materiais. No toa que alguns deseus perodos se confundem com os materiais maisusados neles: Idade da Pedra, Idade do Bronze, Idadedo Ferro.

Ou com atividades econmicas relacionados ao domniodessa tecnologia, como a Revoluo Industrial.


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De todos os materiais disposio da indstria, certamente o ferro fundido eo ao so os mais utilizados. E no s na indstria mecnica, no: elesesto tambm na construo civil em edifcios, viadutos e pontes, ajudandoa manter unidas as estruturas de concreto; na indstria eltrica, nafabricao de motores que auxiliam a movimentar mquinas e equipamentosindustriais.


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O que voc deve sempre se lembrar que todo o progressoconseguido na tecnologia de fabricao do ferro fundido e doao no foi apenas o resultado da abundncia do metal nacrosta terrestre, o que facilitou sua utilizao.

Foi tambm conseqncia da curiosidade do homem para

saber mais sobre a estrutura e o comportamento dessesmateriais.

Assim, ao longo da histria da humanidade, o homemdescobriu como minerar, beneficiar e melhorar as propriedadesdos metais resultantes desse processo.


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Hoje praticamente impossvel encontrar alguma rea da atividade

humana na qual o metal no esteja presente e intimamente ligado aodesenvolvimento.

Mas, para isso, o homem percorreu um longo caminho: o ouro teria sido oprimeiro metal a ser usado, aproximadamente 8.000 anos antes de Cristo.Ele um metal encontrado em estado puro na natureza e no necessita

de processo de beneficiamento. Seu brilho foi o que, provavelmente,chamou a ateno de nossos antepassados.

Contudo, apesar de ser facilmente trabalhvel devido a suaspropriedades (alta ductilidade, baixa dureza e baixa resistnciamecnica), essas mesmas propriedades impediram que o material fosseusado para finalidades prticas, como a fabricao de armas eferramentas.


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O primeiro metal que foi usado como matria-prima tanto

para objetos de adorno quanto para ferramentas foi o cobre.Os livros de Histria nos ensinam que, 7.000 anos antes deCristo, o homem j fazia experincia com esse metal em umlugar hoje chamado Anatlia, l na antiga Unio Sovitica.

Por acaso, os primeiros artesos descobriram que, apesarde bastante dctil e malevel, o cobre ficava mais duroquando martelado com outra ferramenta. Descobriu tambmque era fcil sold-lo com ele mesmo e que, assim, erapossvel construir ferramentas mais complexas.


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Esse homem trabalhava o ferro por uma tcnica chamadaforjamento, na qual o metal aquecido at ficarincandescente, ou seja, at ficar vermelho, e martelado atatingir a forma desejada. Assim, no era necessrio fundir ometal, pois essa tcnica ele ainda no dominava.

Bem mais tarde, por volta do ano 1000 a.C. na China, foramconstrudos os primeiros fornos de reduo do minrio de ferropara a produo de ao e, depois, de ferro fundido. Essa tecnolo


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Bem mais tarde, por volta do ano 1000 a.C. na China,foram construdos os primeiros fornos de reduo dominrio de ferro para a produo de ao e, depois, deferro fundido.

Essa tecnologia, de fundio bem sofisticada, foidesenvolvida, independentemente, na Europa s muitomais tarde, no sculo XIV.

Depois, a partir da segunda metade do sculo XIX, como desenvolvimento do alto-forno e o descobrimento do

processo de diminuio do carbono do ferro-gusa, foipossvel obter o ferro fundido e o ao em grandesquantidades. A partir da, o caminho estava aberto paratodas as utilizaes desses materiais que se fazem hoje.


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Para poder fabricar o ferro fundido e o ao, voc precisa do ferrogusa. um material duro e quebradio, formado por uma liga de ferro ecarbono, com alto teor, ou seja, uma grande quantidade de carbono eum pouco de silcio, mangans, fsforo e enxofre.

O grande problema tecnolgico que envolve a fabricao do gusa, aobteno das altas temperaturas que favoream a absoro do carbono.Um povo chamado Hitita foi o primeiro a explorar a indstriado ferro,mais ou menos 1.700 anos antes de Cristo, ao sul do Cucaso. Paraobter o ferro, eles faziam um buraco no cho e, dentro dele, aqueciamuma mistura do minrio e carvo vegetal.

Desse modo, formava-se uma massa pastosa que eles batiam paraeliminar as impurezas e, depois, trabalhavam por forjamento. Com esseprocesso, fabricavam punhais, espadas e armaduras que exportavampara os pases vizinhos.


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A prxima etapa foi o desenvolvimento de um forno semienterradoonde se colocavam camadas de minrio de ferro e carvo e no qualera soprado ar, por um fole manual, que aumentava a combusto, domesmo jeito que as labaredas na churrasqueira aumentam, quando agente abana as brasas de carvo.

Nessas condies, a temperatura podia atingir entre 1.000C e1.200C e se obtinha uma massa pastosa de ferro, da qual o oxigniodo minrio havia sido eliminado por reduo.

Hoje, um alto-forno pode ter at 35 metros de altura. Fica dentro de um

complexo industrial chamado usina siderrgica e o principal equipamentoutilizado na metalurgia do ferro. Sua produtividade diria gira em torno de8.000 toneladas.


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Ao sair do alto-forno, o gusa (com teor de carbono entre 3,0 e 4,5%)pode seguir um, entre dois caminhos: pode ir para a fundio, para serusado na fabricao de peas de ferro fundido, ou pode ir para aaciaria, onde pode ser misturado com sucata de ao ou,eventualmente, com outros metais, para se transformar em ao, ou

seja, uma liga ferrosa com um teor de carbono de menos de 2,0%.


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Para transformar o gusa em ao, necessrio que elepasse por um processo de oxidao - combinao do ferroe das impurezas com o oxignio - at que a concentraode carbono e das impurezas se reduza a valoresdesejados.

At que se descobrisse como fazer isso, os engenheirosderam tratos bola. A idia apresentada, simultaneamente,por um ingls, Henry Bessemer, e por um americano,William Kelly, em 1847, foi injetar ar sob presso a fim deque ele atravessasse o gusa. Esse processo permitiu aproduo de ao em grandes

quantidades.


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Os fornos que usam esse princpio, ou seja, a injeo de ar ou oxigniodiretamente no gusa lquido, so chamados conversores e so devrios tipos. Os mais conhecidos, ns vamos estudar juntos. Eles so:

Conversor Bessemer

Conversor Thomas

Conversor LD (Linz Donawitz)


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Os ferros fundidos so ligas de ferro e carbono com teoreselevados de silcio e tambm so fabricados a partir doferro gusa.

Eles ficam mais duros do que o ao. Alm disso, por causa

do silcio, forma-se grafite em sua estrutura. Portanto, no possvel forjlos, estir-los, lamin-los ou verg-los emqualquer temperatura.


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O ferro fundido o que chamamos de uma ligaternria. Isso quer dizer que ele composto de trselementos: ferro, carbono (2 a 4,5%) e silcio (1 a 3%).

Existe ainda o ferro fundido ligado, ao qual outroselementos de liga so acrescentados para dar algumapropriedade especial liga bsica.


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Os ferros fundidos cinzentos apresentam boa usinabilidade egrande capacidade de amortecer vibraes. Por causa dessascaractersticas, so empregados nas indstrias automobilstica, deequipamentos agrcolas e de mquinas e, na mecnica pesada, nafabricao de blocos e cabeotes de motor, carcaas e plats deembreagem, suportes, barras e barramentos para mquinas

industriais.


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O ferro fundido branco formado no processo desolidificao, quando no ocorre a formao da grafita e todo ocarbono fica na forma de carboneto de ferro (ou cementita). Da,sua cor clara. Para que isso acontea, tanto os teores de carbonoquanto os de silcio devem ser baixos e a velocidade deresfriamento deve ser maior. Nos ferros fundidos brancos ligados,elementos como o cromo, o molibdnio e o vandio funcionamcomo estabilizadores dos carbonetos, aumentando a dureza.


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Por causa da elevada dureza, os ferros fundidos brancos sofrgeis, embora tenham uma grande resistncia compresso,ao desgaste e abraso. Essa resistncia e dureza se mantmmesmo em temperaturas elevadas.

Por isso, esse tipo de material ferroso empregado emequipamentos de manuseio de terra, minerao e moagem,rodas de vages e revestimentos demoinhos.


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O ferro fundido malevel um material que rene asvantagens do ao e as do ferro fundido cinzento. Assim, eletem, ao mesmo tempo, alta resistncia mecnica e altafluidez no estado lquido, o que permite a produo depeas complexas e finas.

O ferro fundido malevel produzido a partir de um ferrofundido branco submetido a um tratamento trmico, porvrias horas, que torna as peas fabricadas com essematerial mais resistentes ao choque e s deformaes.Dependendo das condies do tratamento trmico, o ferropode apresentar o ncleo preto ou branco.


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Finalmente, temos o ferro fundido nodular, cuja estruturaapresenta partculas arredondadas de grafita. Isso obtidocom a adio de elementos, como o magnsio, na massametlica ainda lquida.

Com o auxlio de tratamentos trmicos adequados, essematerial pode apresentar propriedades mecnicas, como aductilidade, a tenacidade, a usinabilidade e as resistnciasmecnica e corroso, melhores do que as de alguns aos-carbono.


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O alumnio um metal com caractersticas excepcionais: leve, resistente corroso, bom condutor de calor eeletricidade. Reflete a luz, possui colorao agradvel etem um baixo ponto de fuso: 658C.

Por isso, a utilizao mais comum que conhecemos doalumnio, alm das panelas da cozinha, comoembalagem: desde o creme dental, passando pelosremdios, alimentos e bebidas, incluindo nossa sagradacervejinha. Todos esses produtos esto protegidos contra aumidade e a luz e podem, assim, ser conservados pormuito mais tempo, graas ao alumnio.


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Por ser muito resistente corroso, ou seja, a ataques do meioambiente, o alumnio tambm empregado na fabricao deesquadrias para prdios residenciais ou industriais, tanques paratransporte e armazenamento de combustveis e produtosqumicos.

Aliada a essa resistncia, est a alta condutividade eltrica, quepermite o uso do alumnio na fabricao de cabos areos para atransmisso de energia eltrica.


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Inicialmente, por causa da cor e da possibilidade de trabalhar ometal a frio, o homem deve ter usado o cobre principalmente parafazer objetos de adorno: brincos, colares, pulseiras.

Depois, percebendo as enormes possibilidades do material,passou a fabricar outros tipos de objetos: vasilhas, taas, armas e

ferramentas.,No antigo Egito, por exemplo, cunhas e serras feitasde cobre foram usadas na construo das pirmides.


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Em contato com o ar seco e em temperatura ambiente, ocobre no sofre alteraes, isto , no se oxida.

Em contato com o ar mido, no entanto, ele se recobre de

uma camada esverdeada popularmente conhecida porazinhavre, ou zinabre(carbonato bsico de cobre).


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O cobre um metal relativamente escasso. H somente 0,007% de cobrena crosta terrestre e, como vem sendo usado h milhares de anos, seucusto alto em relao a outros metais mais abundantes.

Por isso, para muitas aplicaes o cobre vem sendo substitudo peloalumnio.

Por suas caractersticas, o cobre usado nas seguintes aplicaes:componentes de radar, enrolamento de rotores para geradores e motores,trilhas de circuitos impressos, caldeiras, tachos, alambiques, tanques,cmaras de esterilizao, permutadores de calor, radiadores e juntas paraindstria automotiva, peas para aparelhos de ar condicionado e

refrigeradores, condutores para gs e guas pluviais etc.


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