PROPRIEDADES E ENSAIOS DOS MATERIAIS
PROPRIEDADES
DOS MATERIAIS UTILIZADOS EM CONSTRUÇÃO METALOMECÂNICA E ELÉCTRICA
Os
materiais que se utilizam na construção metalomecânica e elétrica são os
metais e suas ligas, as madeiras e, ainda, materiais diversos.
É do conhecimento geral que o ferro é
o mais importante dos matais, seguindo-se o cobre, o estanho, o chumbo, o
zinco, e outros.
As ligas são, geralmente, obtidas por
fusão de diversos elementos e as mais importantes são os aços simples e os aços
especiais; são também de grande importância os bronzes, os latões, as ligas de
alumínio e outras.
Quanto as madeiras, podemos
classifica-las em duras e em macias. As primeiras são aplicadas em armações,
escoras, etc., ao passo que as segundas, são empregadas geralmente na confecção
de moldes (carpintaria de moldes).
Nos materiais diversos utilizam-se os
mais variados desde o algodão, a borracha, o couro, o amianto, até os materiais
plásticos, como a ebonite, a baquelite, e outros.
Os produtos (metais e suas ligas) são
caracterizados pelas suas propriedades físicas, mecânicas e químicas.
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS METAS
As propriedades físicas são aquelas
em que para as determinar não há necessidades de empregar ações químicas. As
que interessam considerar na metalurgia são: a cor, a densidade, a fusibilidade, a condutibilidade térmica, a
condutibilidade elétrica e a dilatibilidade.
A cor – cada elemento ou cada produto
metalúrgico tem a sua cor própria, embora alguns ela possa variar não só devido
ao seu arranjo molecular, como ao estado de acabamento da superfície examinada.
O ferro fundido macio, por exemplo,
apresenta uma fratura de cor cinzenta escura bastante pronunciada quando,
depois da fusão, é arrefecido lentamente, ao passo que se este arrefecimento
for rápido, a cor da fratura é a cinzenta clara, razão por que se dá o nome de
ferro fundido branco.
A estrutura e a cor do grão, numa
fratura recente, dão logo uma noção quanto a dureza e fragilidade desse ferro
fundido.
O cobre em fratura apresenta uma cor
de tijolo avermelhado, ao passo que a cor mais pálida se o metal for polido.
A densidade – é a ralação que existe
entre os pesos de volumes iguais de duas substancias quando se toma uma delas
para termo de comparação.
Para os sólidos e líquidos toma-se
como termo de comparação a agua pura a temperatura de 4,1°C. fixou-se essa
temperatura por ser aquela a que a agua tem menor volume para o mesmo peso (é
claro que o volume varia com a temperatura)
Assim
convém fixar a densidade das seguintes substancias:
Magnésio
...........................................................1,7
Alumínio
............................................................2,7
Ferro
fundido .....................................................7,2
Estanho
..............................................................7.2
Zinco
..................................................................7,2
Ferros e aços
......................................................7.8
Cobre e
bronze ...................................................8,9
Chumbo
............................................................11,4
O ponto de fusão duma substancia é a
temperatura a que essa substância passa do estado sólido ao estado líquido. O
ponto de fusão de cada um dos metais é constante, praticamente igual ao ponto
de solidificação, que é a temperatura a que uma substância passa do estado líquido
ao estado sólido.
Para as ligas, o ponto de fusão
depende da sua composição e dos arranjos eu estrutura que a liga tomou na
solidificação, como adiante estudaremos.
Diz-se que uma substância é mais
fusível do que outra quando essa substância funde a temperatura mais baixa.
Assim, o estanho que funde a 235°C,
é mais fusível do que o cobre que
funde a 1080°C.
Convêm fixar as seguintes
temperaturas de fusão:
Estanho
.....................................................................235°
Chumbo
.....................................................................330°
Zinco
..........................................................................420°
Alumínio
....................................................................650°
Cobre
.........................................................................1080°
Ferro fundido
.................................................1150° a 1300°
Aços
...............................................................1300° a 1500°
Ferro
...........................................................................1530°
Condutibilidade térmica – é a propriedade que tem
algumas substâncias de se deixarem atravessar pelo calor e de o transmitir, com
maior ou menor facilidade, aos corpos vizinhos.
Duma maneira geral podemos dizer que
todos os metais e produtos metalúrgicos são bons condutores de calor. No
entanto a condutibilidade varia de metal para metal e, consequentemente, de
liga para liga. Assim, por ordem decrescente de condutibilidade térmica
citaremos: a prata, o cobre, o alumínio, o latão, o zinco, o estanho, o aço e o
chumbo.
Outros materiais são maus condutores,
ou isoladores, do calor e poderemos citar, também por ordem decrescente da sua
condutibilidade térmica: a pedra, o vidro, a borracha, a madeira, o papel e a
cortiça.
Condutibilidade elétrica – é a propriedade que
possuem algumas substância de se deixarem atravessar, com maior ou menor facilidade,
por uma corrente elétrica. Designam-se pelo nome de condutores as substâncias de elevada condutibilidade elétrica; dum
modo geral, os metais são bons condutores da eletricidade.
Alguns deles, como o cobre e suas
ligas, além do alumínio, são tão bons condutores que são utilizados na
fabricação de linha de transmissão da corrente elétrica e de aparelhagem
elétrica. Por outro lado, as ligas cromo-níquel ou ferro-níquel, são más
condutoras e, por isso, são empregadas na construção de resistências elétricas
de aparelhos de aquecimento, reóstatos, etc.
Aqueles materiais que não se deixam
atravessar pela corrente elétrica designam-se com o nome de isoladores (ou dielétricos) e os mais conhecidos são: a borracha,
o vidro, a madeira seca, a ebonite e a baquelite.
Dilatibilidade – é a propriedade das
substâncias que permite que variem as suas dimensões pela ação do calor. É esta
propriedade que é aproveitada na montagem térmica de casquilhos, de tambores ou
veios, de aros em rodas, de rolamentos de esferas, etc.
Na construção de pontes e de
coberturas metálicas devem prever-se dispositivos de modo a permitir a
dilatação daqueles elementos quando provocada pela variação da temperatura
ambiente.
PROPRIEDEDES MECÂNICAS DOS METAIS
Os
metais e ligas utilizados em construção mecânica devem possuir um certo número
de propriedades mecânicas que lhes permitam resistir os esforços a que são
submetidos, sem correrem o risco de rotura, deterioração ou desgaste prematuro.
Essas propriedades, em que é necessário utilizar uma força para se determinar
são: a dureza, a tenacidade, a elasticidade, a maleabilidade, a ductilidade e a
fragilidade ou resiliência.
Para se avaliar até que ponto um
material possui as qualidades mecânicas requeridas, é preciso poder medir essas
qualidades características por meio de ensaios. Estes, podem ser de ordem
particular, tendo em vista medir qualidades especiais como os ensaios de
desgaste ou fadiga, de dobragem, de furamento, de contrastamento, etc.; outros,
de ordem mais geral, são atualmente de pratica corrente e permitem definir,
para cada material, as características mecânicas.
Portanto, os ensaios tem por objetivo
a determinação das características mecânicas dos materiais afim de poder
escolher o metal ou liga para determinada peça, as dimensões a dar-lhe, assim
como os tratamentos térmicos a que deve ser submetida em função das forças a
que ficará sujeita, quando em funcionamento e são realizados em laboratórios,
que os oficiais, quer os privativos das oficinas, ou empresas particulares nos
quais se utilizam máquinas e aparelhos especiais.
Não seria prático, nem econômico,
submeter a ensaio a totalidade dos perfilados que constituíssem, por exemplo, a
construção duma ponte metálica; somente um certo número de barras, tiradas ao
caso dum lote a empregar, são ensaiadas. Destas, são colhidas amostras das
quais se executam os provetes que são submetidos a ensaio.
Quer dizer, nos ensaios destrutivos é
necessário obter um provete especial. Este é, então, realizado duma amostra do
material o que obriga a inutilizar a peça, ou uma porção de peças, razão por que,
como veremos adiante, não pode, muitas vezes, ser utilizado.
Vejamos agora, resumidamente, uma
classificação dos tipos de ensaios que poderão ser realizados nos laboratórios
anexos que, atualmente, qualquer grande empresa ou indústria metalomecânica
deve possuir.
Tipos de
ensaios
1°- Ensaios estáticos – em qualquer destes
trabalhos as provetas são submetidas a esforços que crescem, progressiva e
lentamente, a partir de zero até a um máximo correspondente a rotura.
Os principais ensaios deste tipo são:
os de tração, os de compressão, os de flexão,
os de corte e os de torção.
2°- Ensaios dinâmicos – nestes, as provetas são
submetidas a esforços análogos ou, ainda, mais desfavoráveis do que aqueles que
hão-de solicitar os órgãos de máquinas ou elementos de estruturas
correspondentes. É que, em especial, os órgãos de máquinas em movimento são,
geralmente, submetidos a cargas extremamente variáveis que se podem consideres
como choques ou pancadas quando a sua variação é importante e efetuada num
curto espaço de tempo.
Os principais ensaios deste tipo são:
os de choque, (ou de resiliência) e
os de fadiga.
3°- Ensaios complementares – os principais ensaios complementares são os de dureza, de
importância considerável na prática como veremos a seguir, e os de desgaste.
4°- Ensaios de trabalho – os principais ensaios
deste tipo correspondem as diversas aplicações industriais e diferem de acordo
com a forma e aplicação dos metais a verificar. São eles: a dobragem a frio a dobragem a quente, o corte por levantamento de
aparas e furacão a broca, a estampagem, a laminagem e a estiagem.
5°- Ensaios químicos – os principais ensaios
deste tipo tem por fim determinar, exatamente, a composição qualitativa e
quantitativa das matérias-primas empregadas ou de produtos elaborados.
6°- ensaios de textura – os principais ensaios
deste tipo são os macrográficos e os micrográficos.