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SMM0333 - SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA PROJETO MECÂNICO
Ref.: Materials Selection for Materials Design Michael F. Ashby
Prof. Dr. José Benedito Marcomini
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Apresentação do professor
• Engenharia de Materiais (UFSCar-1988);
• Especialização em Engenharia Nuclear (1988);
• Pós-graduação Lato Senso-UFSCar (1990);
• Mestrado em Engenharia Mecânica: Materiais e Processos, área de
concentração: Metalurgia Física e Mecânica de Fratura (Unicamp-
2008);
• Doutorado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais: área de
concentração: Metalurgia Física, Transformação de Fases e Mecânica
de Fratura (2012);
• Experiência industrial: 22 anos em indústrias de vários
segmentos: automotiva, equipamentos de óleo & gás,
movimentação, mineração, eólica, siderurgia e hidromecânicos;
• Professor da EEL-USP de 2013 a 2016.
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Programa
Introdução
Filosofia e critérios da seleção de materiais (Metais, Polímeros e Cerâmica)
Métodos de projeto
Previsão de propriedades a partir de primeiros princípios
Evolução dos Materiais de Engenharia
Índice de desempenho
Mapas de propriedades dos materiais
Resistência Mecânica e Rigidez (Metais, Polímeros, Compósitos, Cerâmicos e
Vidros)
Fratura dos Materiais Função, material, Forma e Processo
Seleção de Processos de Materiais e Formas/Exemplos
Projeto e seleção de Materiais/Exemplos
Influência do Processamento e Fabricação nas propriedades dos Materiais
Influência dos tratamentos térmicos em materiais metálicos
Influência da soldabilidade em materiais metálicos
Casos práticos.
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• FERRANTE, M. Seleção de materiais, Editora
Universitária EDUFSCar, 1996;
• ASHBY, M. F. Materiais selection in mechanical
design. Oxford, Pergamon Press, 1992;
• TELLES, P. C. S. Materiais para Equipamentos de
Processo. Ed. Interciência, 4º Ed., 1989;
• BRESCIANI, F., E. Seleção de Materiais Metálicos. Ed.
da UNICAMP, 2º Ed.
Bibliografia
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Critério Avaliação
A média final (MF) será calculada a partir de:
MF = (P1+S2)/2
P1: nota da 1ª Prova. S2: nota do seminário.
P1: 17 DE OUTUBRO DE 2017
Seminários a partir de 31 de outubro.
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EESC – USP Prof.Dr. Cassius Terra Ruchert 7
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• Design – Projeto: todo produto manufaturado necessita de um
projeto.
• Para tanto é necessária a Seleção de Materiais para Projeto
Mecânico.
• Projetar é transformar uma ideia ou necessidade de mercado
em informações detalhadas, o que implica em decisões sobre o
material a ser utilizado e o processo para fabricá-lo.
•Projeto: seleção de um material (cerca de 120.000 tipos), ou
desenvolvimento de um novo material permitindo a criação de um
novo produto ou a melhoria do mesmo.
Introdução
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• Como selecionar um material?
• Deve-se acreditar apenas na experiência?
• Experiência + teoria correta para explicar os fenômenos reais;
• Experiência + teoria leva a geração de PROCEDIMENTOSISTEMÁTICO, que permite modelamento e simulaçãocomputacional e interatividade com outras ferramentas daengenharia de projeto;
• Seleção do material: material em si + condição (processamento)+custo + qualidade + meio ambiente + segurança e saúdeocupacional;
• Problemas de projetos: não existe uma única solução correta, maso melhor custo/benefício;
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Evolução dos Materiais de Engenharia
• Inicialmente, a história do Homem foi dividida em etapas
denominada pelos materiais usados (idade da pedra,
bronze, ferro).
• Não estamos na era de um único material, mas sim na
era de um imensa possibilidade deles.
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OS MATERIAIS ESTÃO PRESENTES
EM DIVERSOS PRODUTOS E ESTÃO
CADA VEZ MAIS SOFISTICADOS:
SELEÇÃO MAIS COMPLEXA EXIGE
CONHECIMENTO
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ALUMÍNIO
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AÇOS STAHLSCHLÜSSEL – 70.000 TIPOS/NORMAS
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CERÂMICA
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CERÂMICAS
ELETRÔNICAS -
CAPACITOR
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CERÂMICA
SUPERCONDUTORA
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Heike Kammerlingh Onnes desenvolveu
a primeira liquefatora de hélio (1908).
Percebeu que a resistividade do Hg caía
a zero, em torno de 4K.
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1933 Karl Walther Meissner - supercondutor expulsa o
campo magnético.
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Em 1957, a explicação teórica : Teoria BCS (John
Bardeen, Leon Cooper e J. Robert Schriffer), que
assume os superelétrons como os portadores de carga
do estado supercondutor. Eles são formados por dois
elétrons com spins e momentos lineares opostos,
atraídos pelos fônons (vibrações) da rede.
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Elevação da temperatura dos supercondutores com o
passar do tempo.
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VIDROS
VIDROS METÁLICOS: METAL AMORFO
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CERÂMICA – RESFRIAMENTO RÁPIDO - VIDROS
VIDROS PARA ESPELHO DE TELESCÓPIO
ESPELHO DE 8.2 m DE DIÂMETRO - ESO
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CERÂMICA – RESFRIAMENTO RÁPIDO - VIDROS
VIDROS PARA ESPELHO DE TELESCÓPIO
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VIDROS
FIBRA ÓPTICA
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VIDROS
FIBRA ÓPTICA
• Materiais dielétricos(isolantes): interferências eletromagnética;
• Núcleo: VIDRO;
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COMPÓSITOS
Borracha com
carbono
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ESPECIAIS
AEROGEL
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STARDUST-2004
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EXCELENTE ISOLANTE TÉRMICO
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O aerogel foi criado por Steven Kistler, em 1931, como resultado de
uma aposta com Charles Learned, para tentar substituir o líquido
de gelatinas por gás, sem causar encolhimento. Trata-se de Sílica
com 90% a 98% de ar. Processo complexo.
Problema era resistência mecânica.
Solução introdução de nanotubos de carbono com fulerenos
Buckminster.
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FULERENO + NANOTUBO DE CARBONO
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FULLER-ARQUITETO E PATENTEOU A FORMA
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HISTÓRIA
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RESULTADO
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APLICAÇÕES ISOLAÇÃO TÉRMICA NA
INDÚSTRIA DE O&G
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DETETOR DE ONDAS GRAVITACIONAIS MARIO SHÖEMBERG
Uma esfera de CuAl(6%), com
de diâmetro, cerca de 1150 mm
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DETETOR DE ONDAS GRAVITACIONAIS MARIO SHÖEMBERG
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ESPECIAIS - GRAFENO
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ESPECIAIS - GRAFENO
Grafite
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ESPECIAIS - GRAFENO
• Descoberta dos Nanotubos de Carbono, 1991
• 1993, foi demonstrada a existência de nanotubos de
única camada
GRAFENO
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TRANSISTOR DE GRAFENO-GFET
0,6mm2
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MATERIAIS PARA REATORES NUCLEARES
IPEN NUCLEO DO REATOR DE ANGRA
VARETAS DE ZIRCALOY 4
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NOVOS MATERIAIS - ligas ferrítico martensíticas endurecidas
por dispersão de óxidos e denominadas ODS EUROFER
para uso estrutural
ARTIGO DO PROF. HUGO SANDIM-EEL
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LIGAS “SHAPE MEMORY” Ni-Ti
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EXPERIMENTO LIGAS “SHAPE MEMORY” Ni-Ti
TRANSFORMAÇÃO MARTENSÍTICA
http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2003/memory.movies.html
APLICAÇÃO – ASA ADAPTÁVEL
LIGAS “SHAPE MEMORY” Ni-Ti
TRANSFORMAÇÃO MARTENSÍTICA
http://www.smaterial.com/SMA/sma.html
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AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO 316L- FILTROS DE
ÁGUA DO MAR
MARCOMINI,J.B. & DEL REY,V.-TRABALHO SOBRE EFEITO
DA CONFORMAÇÃO A FRIO NA SENSITIZAÇÃO
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REVESTIMENTO
DE CILINDRO
POR SOLDAGEM,
COM LIGA
ESPECIAL.
MATERIAL BASE
AÇO AISI 4340
CILINDRO
“CASTER” PARA
ALUMÍNIO.
MARCOMINI,J.B.
ANÁLISE DE FALHAS
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CURVAS DE EQUIPAMENTO
PETROQUÍMICO, FABRICADA COM
AÇO ASTM A 387 GR.11, CL.2-
1,25Cr-0,5Mo.
MARCOMINI, J.B.- ANÁLISE DE
FALHAS
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Classificação dos Materiais
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Classificação dos Materiais
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Conclusões
58
• A quantidade de materiais de engenharia é muito grande;
• A seleção de um material é muito difícil e sem um
procedimento sistemático, o engenheiro pode ser tentado a
escolher um material “tradicional” para a aplicação;
• Esta escolha é seguramente conservativa, mas rejeita a
oportunidade de inovação;
• Os materiais de engenharia estão sendo aperfeiçoados muito
rapidamente e a escolha torna-se mais abrangente do que
nunca;
• É muito importante na fase inicial do projeto, examinar o
menu completo de materiais, não rejeitar opções meramente
pelo fato de não estar familiarizado.