Escolhendo a Liga Metálica Certa: Principais Considerações de Resistência para Designers de Produto

Qual é o metal (ou liga metálica) ideal para meu projeto?

Designers de produto comumente fazem esta pergunta durante a fase de desenvolvimento do produto. E embora muitos fatores contribuam para o sucesso de uma liga metálica para um projeto de desenvolvimento de produto, as propriedades mecânicas da liga (como resistência do metal) encabeçam a lista.

A resistência do metal descreve a capacidade de um metal de resistir à deformação (e falha) sob a ação de diferentes forças (ou condições de carregamento). No entanto, existem diferentes tipos de resistências de metal e várias métricas pelas quais você pode medi-las. Aqui, discutimos tudo o que você precisa saber sobre a resistência dos metais e gráficos de resistência de metais.

Entendendo Diferentes Condições de Carregamento

Para entender o que a resistência dos metais implica, primeiro precisamos discutir como os materiais reagem ao carregamento devido a forças aplicadas ou movimento. A Figura 1 é uma ilustração de uma haste típica experimentando os diferentes tipos fundamentais de carregamento.

Figura 1: Tipos fundamentais de condições de carregamento

No carregamento compressivo, duas forças iguais tendem a empurrar a haste em direções opostas, causando sua compactação. Como o carregamento compressivo, o carregamento de tração também apresenta duas forças agindo em direções opostas. No entanto, as forças no carregamento de tração tendem a puxar a haste.

Carregamento de flexão ocorre quando duas forças (com a mesma direção) agem na haste a uma distância. Em contraste, carregamento de cisalhamento apresenta forças aplicadas coplanares com a seção transversal da haste – o que significa que agem tangentes ao eixo de carregamento convencional.

Independentemente do tipo de carregamento agindo sobre esta haste, os efeitos dessas forças externas nesta haste podem ser estimados usando dois parâmetros-chave – tensão e deformação.

O Que São Tensão e Deformação?

Gráfico de tensão de engenharia Von Mises de uma biela de motor em desenho técnico

Tensão é a magnitude de uma força externa agindo sobre a área de seção transversal de um corpo. Em contraste, deformação descreve a quantidade de deformação experimentada pelo corpo na direção daquela força.

Veja desta forma. Digamos que você aplique uma magnitude predeterminada de força de tração na seção transversal circular de uma haste de alumínio. Em tal cenário, você está submetendo a haste a tensão de tração e causando forças internas entre as partículas da haste. Como resultado, esta força interna causa o alongamento e deformação gradual das partículas da haste – o que descreve a deformação.

Assumindo que você continue a aumentar a força de tração (ou tensão), você notaria que a quantidade de deformação aumenta até que o material eventualmente falhe ou se rompa. O comportamento da haste antes de falhar depende dos diferentes tipos de resistência do metal que ela possui.

Quais São os Tipos de Resistência?

A Figura 2 é uma representação gráfica mostrando como uma peça de metal reagiria à tensão de tração antes de falhar.

Figura 2: Representação gráfica tensão-deformação

1. Limite de Escoamento (Yield Strength)

Limite de escoamento refere-se à resistência máxima que um metal pode suportar antes da deformação plástica – o que significa uma mudança permanente na forma do metal sem fratura.

2. Resistência à Tração Última (Ultimate Tensile Strength)

A resistência à tração última (também chamada de resistência à tração) é a tensão de tração máxima que o metal pode suportar antes de falhar (ou fraturar). Você pode avaliar a resistência à tração de um metal usando uma máquina de teste de tração.

A máquina de teste de tração apresenta duas garras de cunha que seguram uma peça de metal firmemente em ambas as extremidades. A máquina puxa lentamente longitudinalmente a peça durante o processo de teste até que a peça frature. A quantidade de força de tração (ou tensão) aplicada ao metal e alongamento são medidos durante todo o teste para determinar os limites de escoamento e resistência à tração última da peça de metal.

Figura 3: Máquina de teste de tração

A Tabela 1 apresenta o limite de escoamento e a resistência à tração de diferentes metais comuns que você pode estar considerando para seu projeto de desenvolvimento de produto. Estes valores foram determinados a partir de uma série de testes de tração em diferentes metais.

Tabela 1: Gráfico de Resistência de Metais

Mas a resistência de um metal não se limita a limites de escoamento e resistência à tração.

Outros Tipos de Resistência de Metal

Resistência à compressão: descreve a tensão compressiva máxima que uma peça pode suportar antes de falhar ou fraturar. Você pode avaliar a resistência à compressão usando uma máquina de teste de compressão – que é bastante similar ao aparato de teste de tração, exceto que o aparato de teste de compressão comprime a peça.

Resistência ao impacto: descreve a capacidade de um metal de suportar cargas súbitas e agudas sem fratura (ou falha). É normalmente expressa em termos da quantidade de energia que o material pode absorver antes da fratura e pode ser determinada usando a máquina de teste de impacto.

Figura 4: Máquina de teste de impacto

A máquina de teste de impacto apresenta um pêndulo que golpeia uma peça de metal com uma força predeterminada até que ela frature. A quantidade de energia que o metal pode resistir antes de falhar é determinada como a resistência ao impacto do metal.

Resistência ao cisalhamento: descreve a carga de cisalhamento máxima que um metal pode suportar antes de falhar em cisalhamento.

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Agora que você entende o que a resistência do metal implica, você concordaria que escolher um metal capaz de suportar as diferentes condições de carregamento que seu produto (ou peça) experimentará é essencial. No entanto, além de escolher um metal ideal, você também deve garantir que suas peças de metal sejam usinadas com precisão e exatidão usando tecnologias de manufatura de ponta.

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