Marcelo Henrique Pante - Ex. 2 PDF

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METALURGIA FÍSICA 1 - TPM PROF. JULIANO CANTARELLI TONIOLO 2.2 LISTA DE EXERCÍCIOS Acadêmico: Marcelo Henrique Pante – Engenharia de Produção 2.1. A história e usos: - Estanho Utilizado a mais de 3 mil anos, quando aprenderam a misturá-lo ao cobre para produção do bronze, o estanho (Sn) é encontrado principalmente em um minério chamado cassiterita. Por derreter-se com facilidade, não enferrujar facilmente, aderir bem a superfície de outros metais e não ser tóxico par a humanos é utilizado em solda de metais, revestir produtos de metal, no interior de latas de alimentos e na confecção de bronze e outras ligas.

- Vidro Material cuja descoberta/invenção é disputada desde a antiguidade por egípcios e fenícios. As notícias arqueológicas mais verossímeis nos relatam que o vidro surgiu entre 5000 e 4000 anos a.C., sendo que os egípcios começaram a trabalhar o vidro através do sopro (método que teve pouca mudança até os dias atuais) por volta de 1400 a.C., concentrado principalmente em pequenos objetos artísticos e decorativos. Romanos e posteriormente venezianos, deram um grande impulso as técnicas de fabricação e utilização do vidro, mas foram os alemães os responsáveis pela disseminação do vidro pela Europa na idade média. Atualmente é amplamente utilizado desde para-brisas e janelas dos automóveis até a fibra ótica, passando por lâmpadas, garrafas, frascos, recipientes, janelas, lentes e etc... .

- Cimento Palavra originada do latim Caementu, que na antiga Roma designava uma espécie de pedra natural de rochedos e não esquadrejada. Sua origem remonta a cerca de 2500 anos a.C., onde uma liga constituída por uma mistura de gesso calcinado pode ser observada, ainda hoje, em imponentes monumentos do Egito antigo sendo considerado o primeiro antepassado do cimento. O grande salto de desenvolvimento foi dado pelo inglês John Smeaton em 1756, obtendo alta resistência no produto por meio da calcinação de calcários moles e argilosos. Em 1818 foi a vez do francês Vicat, considerado inventor do cimento artificial, pela mistura de componentes argilosos e calcáreos. Queimando conjuntamente pedras calcáreas e argila e as transformando em pó fino, o construtor Joseph Aspdin, em 1824, percebeu que a mistura obtida, após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras empregáveis em construções, não se dissolvendo em água. Atualmente é empregado em todos os tipos de construções, desde casas a edifícios além de estradas e monumentos.

- Titânio Descoberto na Cornualha por William Justin Gregor, em 1791 e nomeado por Martin Heinrich Klaproth, devido as características do material, próximas do filho mitológico do céu ( Uranus) e da terra (Gaia). É encontrado em especial no rutilo e na ilmenita, metais encontrados geralmente na litosfera. Material resistente a corrosão, sólido na temperatura ambiente, é leve e forte, utilizado em ligas leves e no pigmento muito branco, sendo útil na produção de tinta. Pode ser utilizado para a produção de ligas com ferro, alumínio, vanádio e molibdênio, entre outros elementos, com a finalidade de aumentar a resistência mecânica, utilizada na indústria aeroespacial, e como catalizadores na indústria química e petroquímica, automobilística, agrícola, médica e na produção de artigos esportivos, joias, telefones celulares entre outros.

- Fibra de carbono A primeira citação que podemos fazer, com certeza, em relação a uma forma de utilização de fibra de carbono, embora rústica, é 1879 quando Thomas Edison assou fios de algodão (ou Bambu), a altas temperaturas, carbonizando-os e então, obtendo um fio de carbono, utilizado em uma de suas maiores invenções, a lâmpada. Já em 1958, fibras de carbono consideradas de alto desempenho, continham 20% de carbono em sua composição, porém eram ineficientes por apresentarem pouca resistência e rigidez, quando de sua primeira produção industrial em Cleveland, OH. Em 1963, finalmente, um centro de pesquisa britânico desenvolve um novo processo de fabricação onde o potencial de força da fibra de carbono foi realizado. Usada atualmente nas áreas em que seja necessário a combinação de alta resistência e baixo peso, a fibra de carbono está presente no transporte público e privado como carros,

aviões e espaçonaves, equipamentos esportivos de corrida de bicicletas, esquis e varas de pesca e hastes de construção, para aplicações na indústria química e na medicina (órteses e próteses, pois não reage com substancias do corpo) e até como reforço em velhas pontes, poupando-as da destruição.

2.2. O que se entende por propriedades limitantes de projeto de um material para uma determinada aplicação? Selecionar um material depende muito do projeto ao qual ele está relacionado. As cargas que se fazem presentes (estática, dinâmica, momentos, forças e outros), condições do ambiente (temperatura, umidade, etc...) entre todos os outros fatores, pesam na momento da análise para a escolha de materiais. Dimensão, forma, peso, resistência mecânica, resistência ao desgaste, custo, tipo de aplicação e facilidade de aplicação e obtenção são apenas alguns dos fatores que precisam ser analisados antes da escolha.

2.3. Há muitas tentativas de fabricar bicicletas plásticas no mercado. Todas foram muito flexíveis. Qual propriedade limitadora de projeto tem grande impacto neste caso? Resistencia Mecânica. No material plástico, quando comparada com a dos metais, é muito inferior. Para se obter um material com resistência mecânica semelhante a do metal, já amplamente utilizado, faz-se necessário criar um material compósito, o que eleva de maneira significativa o custo do componente.

2.4. Quais são, em sua opinião, as propriedades limitantes de projeto do material da lâmina de uma faca que será usada para estripar peixes? Resistência mecânica, a lâmina deve ser forte o suficiente para cortar peixes sem perder o fio e nem quebrar facilmente caso sofra quedas, pois isso pode acontecer frequentemente. Custo, pois o custo do material de fabricação não deve ser elevado, pois deve ser utilizado em trabalho simples, de baixo custo. Pelo meio que ela será utilizada, o material deve ser de difícil oxidação e corrosão, provocada pelo contato com os fluídos corporais dos peixes.

2.5. Quais são, em sua opinião, as propriedades limitantes de projeto do material de uma luva de forno? Temperatura em que será utilizada, devendo resistir a elevadas temperaturas sem queimar o próprio material e funcionar como um isolante térmico para proteger a mão do usuário. Resistir a higienização e lavagens, não se degradando rapidamente durante as lavagens, conforme as instruções de uso. O valor que irá custar, pois sendo algo de uso em cozinha residencial, não pode constituir um alto custo.

2.6. Quais

são,

em

sua

opinião,

as

propriedades

limitantes

de projeto do material de filamento de uma lâmpada elétrica? Resistência elétrica, primeiramente, o “filamento” deve possuir uma resistencia aos valores especificados da tensão e intensidade de corrente elétrica a que será exposta.

Resistencia térmica, uma vez que ao ser esposto a corrente irá se aquecer e deste aquecimento, luz. O “filamento” necessita muito mais ter resistência térmica, porque 95% da energia a ter contato com ele será transformada em calor e apenas 5% em luz. Custo do material deve ser acessivel, baixo, em virtude do valor de venda do produto final.

2.7. Um material é necessário para confecção de um tubo para transportar combustível do tanque de combustível para o carburador de um cortador de grama. O projeto requer que o tubo possa ser dobrado e que o combustível seja visível. Liste o que você considera que são as propriedades limitadoras de projeto. Deve ser quimicamente resistente, em virtude do contato ininterrupto com o combustível, o que evita que tenha uma reação do tipo ressecamento ou derretimento. Deve manter a característica de transparência por período prolongado, sem sofrer degradação considerável pelo uso dentro do recomendado, visto que ser incolor é um fator de escolha. Mecanicamente maleável, podendo ser dobrado e com resistência superior a pressão a que será exposta durante sua utilização.

2.8. Os estojos em que a maioria dos CDs são vendidos apresentam uma forma irritante de rachar e quebrar. Qual propriedade limitadora de projeto foi negligenciada na seleção do material de que são fabricados? O material da “caixinha de cd’s” torna-se quebradiço e amarelado com o passar do tempo, quando expostos a raios Uv, o que poderia ser evitado utilizando-se um material som características superiores de resistência a raios Uv, o que por certo iria tornar a caixinha muito mais cara, inviabilizando o projeto. Essa é provavelmente a escolha de um amterial inferior.

2.9. É necessário um material como imã para um suporte magnético de sabão. O sabão é ligeiramente alcalino. Liste o que você julgaria quanto às propriedades limitantes do projeto. Sem que se altere as propriedades dos materiais, necessita um revestimento que impeça que venha a ocorrer uma reação entre o imã e o sabão.

2.10. Liste três aplicações que, em sua opinião, necessitem elevada rigidez e baixo peso. Industria aeroespacial, de forma geral. Estruturas metálicas. Carenagens de carros de corrida (F1, F2, F3..)

2.11. Liste três aplicações que, em sua opinião, necessitem vidro com qualidade ótica. Binóculos e telescópios não digitais. Microscópios não digitais.

Para-brisas e espelhos retrovisores de carros, para evitar a ocorrência de distorções.

2.12. Liste três aplicações que, em sua opinião, necessitem alta condutividade térmica. Resistências elétricas necessitam de alta condutividade, além da alta resistência. Todas as formas de motores a combustão, cuja grande parte da energia gerada no processo é o calor. Radiadores de motores a combustão, cuja função principal é perder temperatura para o ambiente.

2.13. O que caracteriza os aços serem classificados como aços carbono e aços de alta resistência e baixa liga? Aço carbono: a liga de Ferro-Carbono contém, geralmente, de 0,008% a 2,11% de carbono e é por essa quantidade de carbono na composição que são classificados sendo os de baixo teor de carbono os que possuem menos de 0,3% de carbono na composição, os de médio teor de carbono que possuem teor de carbono maior que 0,3% e menor que 0,7% e ainda os de alto teor de carbono que incluem os aços com mais de 0,7% de carbono na composição. Aços de alta resistência e baixa liga são os que contém adições de nióbio, titânio e/ou vanádio, com mucriestrutura ferritica-perlítica mais refinada e uma maior resistência mecânica.

2.14. Como são fabricados tubos de aços? • • • • • •

Tubos sem costura (seamless Pipe); Por Laminação (rolling); Por extrusão (extrusion); Por fundição (casting); Tubos com costura (welded pipe); Fabricação por solda (welding)

2.15. Quais são aplicações típicas dos ferros fundidos? Quando existe a necessidade de: • Resistencia elevada ao desgaste e abrasão; • Amortecer as vibrações: • Grandes dimensões dos componentes • Peças com geometrias complicadas • Peças cuja deformação a frio seja inadmissível.

2.16. Sistemas de designação de liga para ligas de alumínio forjado diferenciamse com base nos principais elementos presentes. Os tratamentos térmicos recebem códigos numéricos e se tornam parte integrante das designações de liga de alumínio. Explique as designações que caracterizam uma liga 6061-T6? 6XXX-XX - Ligas que possuem adições de magnésio e silício. São tratáveis termicamente, média resistencia mecânica, boa soldabilidade e resistencia a corrosão, porém, dificeis de serem trabalhadas.

XXXX-TX - Termicamente tratado para produzir têmperas estáveis diferentes de F, O ou H. Aplicado aos produtos que são termicamente tratados, com ou sem deformação suplementar, para produzir temperas estáveis. XXXX-X6 – Liga tratada termicamente por solubilização, seguida por um envelhecimento artificial.

2.17. A metalurgia do pó é vantajosa para quais materiais e que tipo de peças? Em ligas de ferros que requerem grande precisão e elevada qualidade estrutural, materiais de dificil processamento, com alta densidade e microestrutura uniforme, materiais com elevado ponto de fusão, ligas especiais de materiais compostos, materiais com forma ou ingredientes pouco comuns, materiais porosos, imãs permanentes. A metalurgia do pó permite a produção de peças com formas definitivas ou praticamente definitivas dentro de tolerâncias bastantes apertadas, produção de componentes com certas características estruturais e físicas impossíveis de serem obtidas através de qualqeur outro processo metalúrgico

2.18. O que são refratários e de que materiais são constituídos? Refratários são aqueles materiais capazes de suportar elevadas temperaturas. São constituídos de materiais cerâmicos com misturas de óxidos de elevado ponto de fusão, especialmente SiO2, Al2O3, MgO.

2.19. Quais são os cuidados a serem adotados na conformação de vidros? Para conformação mecânica do vidro devem ser observado o modelo da maquina de vidro, sendo que ela deve ser capaz de completar o objeto em alguns segundos.

2.20. O que são elastômeros termoplásticos e quais são as vantagens de utilização destes materiais? Um elastomero termoplástico é uma mistura de polímeros ou composto que, acima da sua temperatura de fusão, exibe um caráter termoplástico, o que lhe permite ser moldado e transformado em produtos finais os quais, dentro de uma definida gama de temperaturas e, sem que tenha ocorrido qualquer processo de reticulação durante a fabricação, possuem um cmportamento elastomérico. Este processo é reversível e os produtos podem ser reprocessados e de novo moldados. Vantagens de utilização: ciclos de produção mais curtos; eliminação de desperdícios; gastos energéticos mais baixos. Menos numero de peças defeituosas; maior flexibilidade no projeto; condições de processamento mais amplas; praticamente não apresenta creep; peças 100% recicláveis.

2.21. Cite cinco polímeros termofixos e aplicações típicas. Poliéster Insaturado – Plástico reforçado com fibra de vidro, aplicadas entre outras coisas em carrocerias, caixas D’água, banheiras, calhas, piscinas e etc... Resina Epóxi – os epóxidos são mais conhecidos por sua aplicação em colas, neste caso uma mistura de poliamida e resina epóxi se unem para formar outro polímero de cadeias cruzadas, a estrutura molecular deste novo polímero é extremamente rígida. E em razão dessa rigidez, são também usadas para fabricar skates, tacos de golfe, raquetes de tênis, e até em asas e fuselagem de aviões.

Fenólicas – adesivos para abrasivos e rebolos, resinas para fundição, espumas, isolante antichama, Bakelite (material isolante de eletricidade). Melamínicas – Laminados decorativos, tintas de alta resistência. Poliuretanos – Espuma isolante, revestimentos anticorrosivos. Poli-isocianurato – Espumas isolantes

2.22. O processamento de compósitos reflete a grande gama de composições químicas e microestruturas envolvidas nesta categoria altamente diversificada de materiais. Descreva os métodos de processamento mais representativos para compósitos de fibra de vidro. Moldagem por transferência de resina (RTM), moldagem de laminas compósitas(SMCs), moldagem de compósitos em bruto (BMCs), moldagem por injeção termoplástica de fibra longa (LFT), e a moldagem por compressão termoplástica de fibra de vidro (GMT), usam moldes fechados, enquanto outros, tais como técnicas manuais de revestimento em camadas e de pulverização, empregam um molde aberto....