Diferentes tipos de propriedades mecânicas do material

As propriedades mecânicas dos materiais são atributos intensivos de algum material, ou seja, é uma característica física independente da quantidade do material. Essas características quantitativas podem ser utilizadas como medida para comparar as vantagens de diversos materiais, auxiliando na escolha dos materiais.

Uma característica, como a temperatura, pode ser uma função de uma ou mais variáveis ​​independentes ou pode ser uma constante. Anisotropia é o termo para a tendência das qualidades de um material flutuarem até certo ponto, dependendo da direção do material em que são medidas. Quando usado dentro de uma certa faixa de operação, as qualidades dos materiais que se relacionam com vários processos físicos frequentemente se comportam de forma linear (ou aproximadamente). As equações constitutivas diferenciais que são utilizadas para descrever a propriedade podem ser bastante simplificadas modelando-as como funções lineares.

A previsão das qualidades de um sistema frequentemente usa equações que definem propriedades importantes do material. Utilizando procedimentos de teste estabelecidos, os atributos são medidos. Muitas dessas técnicas foram escritas e publicadas online por suas respectivas comunidades de usuários; veja ASTM Internacional.



Neste artigo, veremos os diferentes tipos de propriedades mecânicas do material

Quais são as propriedades mecânicas dos materiais mais comuns?

Os projetistas de produtos podem usar as informações de uma descrição de algumas qualidades mecânicas e físicas típicas para ajudá-los a escolher os materiais certos para uma aplicação específica. A seguir estão os tipos de propriedades mecânicas do material:

• Condutividade
• Corrosão
• Resistência
• Densidade
• Ductilidade/Maleabilidade
• Elasticidade/rigidez
• Fratura
• Resistência
• Dureza
• Plasticidade
• Força, fadiga
• Resistência, resistência ao cisalhamento,
• Resistência à tração, rendimento
• Resistência
• Resistência ao desgaste

Condutividade

A quantidade de calor que passa através de um material pode ser determinada pela sua condutividade térmica. É expresso como um grau por unidade de comprimento, área de seção transversal e tempo. Materiais de alta condutividade térmica podem ser utilizados como dissipadores de calor, enquanto materiais com baixa condutividade térmica podem ser empregados como isolantes.

Metais de alta condutividade térmica seriam adequados para uso em sistemas como trocadores de calor ou refrigeração. Embora materiais com baixa condutividade térmica possam ser empregados em aplicações de alta temperatura, componentes de alta temperatura frequentemente precisam de materiais com alta condutividade térmica, portanto, é fundamental compreender o ambiente.

Semelhante à condutividade térmica, a condutividade elétrica mede a quantidade de eletricidade que passa por um material com seção transversal e comprimento conhecidos.

Resistência à corrosão

A capacidade de um material de resistir a um ataque químico ou eletroquímico natural pelo ar, umidade ou outros elementos é chamada de resistência à corrosão. Existem vários tipos de corrosão, incluindo intergranular, separação, resposta galvânica e pitting (muitos dos quais serão discutidos em outras edições do boletim informativo).

Com base em uma extrapolação linear da penetração que ocorre ao longo de um determinado teste ou serviço, a resistência à corrosão pode ser definida como a maior profundidade em mils na qual a corrosão pode penetrar em um ano. Enquanto certos materiais se beneficiam da adição de chapeamento ou revestimentos, outros são naturalmente resistentes à corrosão. Muitos metais que são membros de famílias que resistem à corrosão ainda são vulneráveis ​​aos fatores ambientais particulares presentes nos ambientes em que funcionam.

Densidade

A massa da liga por unidade de volume é referida como densidade, que é frequentemente indicada em termos de libras por polegada cúbica, gramas por centímetro cúbico, etc. O peso de um componente de um tamanho específico depende da densidade da liga.

Em indústrias onde o peso é importante, como aeroespacial ou automotiva, esse componente é crucial. Ligas menos densas podem ser procuradas por engenheiros que desejam componentes mais leves, mas também devem levar em consideração a relação resistência/peso. Se uma substância com densidade mais alta, como o aço, oferece maior resistência do que uma com densidade mais baixa, esse material pode ser escolhido. Uma porção mais fina pode ser usada para compensar a densidade mais alta usando menos material.

Ductilidade/Maleabilidade

A ductilidade de um material é sua capacidade de esticar ou dobrar plasticamente sem quebrar e manter a nova forma uma vez que a carga tenha sido removida. Imagine ser capaz de esticar um certo metal em um fio.

Em um teste de tração, a ductilidade é frequentemente calculada como uma porcentagem de alongamento, ou a redução na área da seção transversal da amostra antes da falha. O módulo de Young, muitas vezes conhecido como módulo de elasticidade, é uma relação tensão/deformação crucial que é utilizada em vários cálculos de projeto e pode ser obtida por um teste de tração. Os materiais dúcteis são adequados para outros processos metalúrgicos, como laminação ou trefilação, devido à sua tendência a resistir a rachaduras ou quebras sob tensão. O metal tende a se tornar menos dúctil com alguns tratamentos adicionais, como o trabalho a frio.

A capacidade de um metal ser moldado sem quebrar é chamada de maleabilidade, uma qualidade física. O material é enrolado ou prensado em folhas mais finas usando pressão, também conhecida como tensão de compressão. Materiais de alta maleabilidade podem suportar maior pressão sem rachar.

Elasticidade/rigidez

Quando uma força de distorção é removida, a capacidade de um material de recuperar seu tamanho e forma anteriores é chamada de propriedade elástica. Materiais elásticos voltarão à sua forma original quando a tensão for liberada, em contraste com materiais que mostram plasticidade (onde a mudança de forma é irreversível).

O Módulo de Young, que contrasta a relação entre tensão (a força exercida) e deformação, é frequentemente usado para avaliar a rigidez de um metal (a deformação resultante). Quanto maior o módulo, mais rígido é o material, pois tensões mais altas causam proporcionalmente menos deformação. A borracha é um material que apresenta baixa rigidez/baixo módulo, enquanto o vidro é um exemplo de material rígido/alto módulo. Para aplicações onde a rigidez é necessária sob carga, esta é uma questão crucial de projeto.

Fratura/Resistência

A capacidade de um material de suportar choques é determinada por sua resistência ao impacto. Em geral, o efeito de impacto de uma colisão que ocorre rapidamente é maior do que o impacto de uma força menor aplicada gradualmente.

Portanto, quando a aplicação envolve um alto risco de impacto, a resistência ao impacto deve ser levada em consideração. Enquanto alguns metais podem funcionar satisfatoriamente sob tensões estáticas, cargas dinâmicas ou colisões fazem com que eles falhem. No laboratório, o teste Charpy, que envolve golpear uma amostra com um pêndulo ponderado do outro lado de um entalhe em V usinado, é frequentemente usado para medir o impacto.

Dureza

A capacidade de um material para resistir ao recuo permanente é referida como sua dureza (que é a deformação plástica). Normalmente, a capacidade de um material de suportar desgaste ou deformação aumenta com sua dureza. Assim, o termo "dureza" também pode se referir à rigidez superficial local de um material ou sua resistência ao corte, arranhões ou abrasão.

Os métodos de Brinell, Rockwell e Vicker para medir a dureza medem a área e a profundidade da depressão feita por um material mais duro, como uma esfera de aço, diamante ou outro penetrador.

Plasticidade

O oposto de elasticidade, plasticidade, refere-se à propensão de um material em manter sua forma alterada quando submetido a forças de conformação. É a propriedade que torna possível manipular materiais em uma nova forma permanente. No ponto de escoamento, o comportamento de um material muda de elástico para plástico.

Força, Fadiga

Sob cargas repetitivas ou flutuantes (como carregamento ou descarregamento) com um valor máximo inferior à resistência à tração do material, a fadiga pode resultar em fratura. Existe uma correlação entre tensão e ciclos até a falha, com tensões mais altas acelerando o tempo até a falha e vice-versa. Portanto, o termo “limite de fadiga” refere-se à tensão máxima que o metal (a variável) pode suportar durante um número especificado de ciclos.

A medida de vida em fadiga, por outro lado, fixa a carga e conta o número de ciclos de carga que um material pode suportar antes de falhar. Ao projetar componentes que estarão sujeitos a condições de carga recorrentes, a resistência à fadiga é um fator crucial a ser considerado.

Resistência - Cisalhamento

Em aplicações como parafusos ou vigas, onde tanto a direção quanto a amplitude da tensão são cruciais, a resistência ao cisalhamento é um fator importante. Quando as forças direcionais fazem com que o nível granular da estrutura interna do metal deslize contra si mesmo, ocorre o cisalhamento.

Resistência à tração

A resistência à tração, ou máxima, é uma das medidas mais populares para as propriedades do metal. A quantidade de carga que um segmento de metal pode suportar antes de quebrar é chamada de resistência à tração. Através da região de deformação elástica, o metal se alongará durante os testes de laboratório antes de retornar à sua forma original.

Permanece a forma esticada mesmo após a remoção da carga quando atinge o ponto de deformação permanente ou plástica (medida como Rendimento). A carga, em última análise, faz com que o metal frature no ponto de tração. Essa medida auxilia na diferenciação entre materiais frágeis e mais dúcteis. Mega Pascals (MPa) ou libras por polegada quadrada são unidades usadas para expressar a resistência à tração ou à tração final.

Força, Rendimento

A resistência ao escoamento descreve o ponto em que o material sob carga não retornará mais à sua posição ou forma original. É semelhante em conceito e medição à resistência à tração. A deformação plástica segue a deformação elástica.

Para compreender as limitações da integridade dimensional sob tensão, os cálculos de projeto incluem o Yield Point. Semelhante à resistência à tração, a resistência ao escoamento é expressa em libras por polegada quadrada ou Newtons por milímetro quadrado (MPa).

Resistência

A tenacidade, determinada pelo teste de impacto Charpy e comparável à resistência ao impacto, mede a capacidade de um material de resistir ao impacto sem quebrar a uma temperatura específica. Os materiais podem tornar-se mais quebradiços a baixas temperaturas porque a resistência ao impacto é frequentemente mais fraca durante este período.

Onde existe a possibilidade de baixas temperaturas na aplicação (como plataformas de petróleo offshore, oleodutos, etc.) .

Resistência ao desgaste

A capacidade de um material de suportar o impacto de dois materiais esfregando um contra o outro é chamada de resistência ao desgaste. Estes incluem adesão, abrasão, arranhões, goivagem, escoriações e outras formas de rasgo.

Quando os materiais têm durezas variadas, o metal mais macio pode exibir as consequências primeiro, e decisões de projeto podem ser tomadas para resolver isso. Devido à presença de materiais estranhos, mesmo o rolamento pode resultar em abrasão. A quantidade de massa perdida para um número específico de ciclos de abrasão em uma carga específica pode ser usada para quantificar a resistência ao desgaste.

Outras propriedades mecânicas dos materiais

A seguir estão algumas outras propriedades mecânicas dos materiais:

• Fragilidade
• Módulo em massa
• Coeficiente de restituição
• Resistência à compressão
• Deslizamento
• Durabilidade
• Limite de fadiga
• Flexibilidade
• Módulo de flexão
• Resistência à flexão
• Coeficiente de Fricção
• Difusividade de massa
• Proporção de veneno
• Resiliência
• Deslizar
• Módulo específico
• Força específica
• Rugosidade da superfície
• Resistência à tração
• Viscosidade
• Módulos para jovens

Propriedades elétricas

• Capacitância
• Constante dielétrica
• Resistência dielétrica
• Resistividade e condutividade elétrica
• Suscetibilidade elétrica
• Coeficiente eletrocalórico
• Eletrostrição
• Polarizabilidade magnetoelétrica
• Coeficiente de Nernst (efeito termoelétrico)
• Permissividade
• Contantes piezoelétricas
• Piroeletricidade
• Coeficiente de Seebeck

Propriedades magnéticas

• Temperatura Curie
• Diamagnetismo
• Coeficiente Hall
• Histerese
• Magnetostrição
• Coeficiente magnetocalórico
• Energia magnetotérmica (coeficiente de efeito magneto-Seebeck)
• Magnetorresistência
• Permeabilidade
• Piezomagnetismo
• Coeficiente piromagnético
• Efeito Spin Hall

Propriedades acústicas

• Absorção acústica
• Velocidade do som
• Reflexão sonora
• Transferência de som
• Elasticidade de terceira ordem (efeito acustoelástico)

Propriedades térmicas

• Diagrama de fase binário
• Ponto de ebulição
• Coeficiente de expansão térmica
• Temperatura crítica
• Ponto Curie
• Temperatura de transição de dúctil para frágil
• Emissividade
• Ponto eutético
• Inflamabilidade
• Ponto de flash
• Temperatura de transição vítrea
• Calor de vaporização
• Temperatura de inversão
• Ponto de fusão
• Condutividade térmica
• Difusividade térmica
• Expansão térmica
• Ponto triplo
• Pressão de vapor
• Capacidade térmica específica

Propriedades químicas

• Resistência à corrosão
• Higroscopia
• pH
• Reatividade
• Área de superfície interna específica
• Energia de superfície
• Tensão superficial

Propriedades atômicas

• Massa atômica
• Número atômico
• Peso atômico

Propriedades ópticas

• Absorvância:com que intensidade um produto químico atenua a luz
• Birrefringência
• Cor
• Efeito eletro-óptico
• Luminosidade
• Atividade óptica
• Fotoelasticidade
• Fotosensibilidade
• Refletividade
• Índice de refração
• Dispersão
• Transmissão

---

Propriedades de fabricação

• Castability – o material pode ser facilmente fundido.
• Classificação de usinabilidade
• Velocidade de usinagem e avanços

Propriedades radiológicas

• Seção transversal de nêutrons
• Atividade específica
• Meia-vida

Em resumo

Em qualquer projeto de produção, considerar as propriedades mecânicas do material é muito essencial. Como você pode a partir da lista acima, existem vastas propriedades que podem ser obtidas a partir de materiais. No entanto, as propriedades mais comuns são classificadas como propriedades físicas, químicas e mecânicas.

Isso é tudo para este artigo, onde os tipos comuns de propriedades mecânicas dos materiais estão sendo discutidos. Espero que você obtenha muito com a leitura, se assim for, por favor, compartilhe com os outros. Obrigado por ler, nos vemos por aí!