Já alguma vez se perguntou porque é que alguns materiais se dobram e outros se partem? Esta publicação do blogue explora o fascinante mundo das propriedades dos materiais, centrando-se na elasticidade, rigidez, resistência e dureza. No final, compreenderá como estas propriedades afectam tudo, desde peças de máquinas a objectos do quotidiano.
O modelo elástico é um importante parâmetro de desempenho dos materiais.
Existem muitos parâmetros utilizados para medir os materiais, entre os quais o módulo de elasticidade, a rigidez, a resistência e a dureza são os mais comuns, mas muitas pessoas não compreendem totalmente estes parâmetros.
Vamos rever estes conceitos para compreender melhor as relações entre eles.
O módulo de elasticidade representa a elasticidade dos materiais. Quanto maior for o módulo de elasticidade, maior é a capacidade do material para resistir à deformação. Na gama elástica, a tensão dividida pela deformação torna-se uma relação proporcional positiva, satisfazendo a lei de Hooke, e o seu rácio é o módulo de elasticidade.
O módulo de elasticidade é uma propriedade inerente aos materiais e reflecte a força de ligação entre átomos, moléculas ou iões. A composição química, a estrutura cristalina e a temperatura do material afectam o módulo de elasticidade. Geralmente, quanto mais alta a temperatura do material, mais baixo é o módulo de elasticidade. Por exemplo, ao forjar peças, é melhor aquecer as peças primeiro para reduzir o módulo de elasticidade e limite de elasticidade do material, em vez de forjar diretamente à temperatura ambiente.
O tratamento térmico dos materiais metálicos inclui o tratamento térmico global (recozimento, têmpera, revenido, normalização) e o tratamento térmico superficial (cementação, nitruração, têmpera de alta, média e baixa frequência, anodização de ligas de alumínio, etc.).
O tratamento térmico pode melhorar o limite de elasticidade e a resistência à tração resistência dos materiais. No entanto, tem pouco efeito no módulo de elasticidade, que se altera em cerca de 5%.
Em aplicações de engenharia, o módulo de elasticidade é normalmente utilizado como uma constante.
A rigidez de uma peça refere-se à sua capacidade de resistir à deformação elástica sob forças externas. Depende da geometria da peça, como a rigidez de barras com diferentes secções transversais, bem como da seleção de materiais da própria peça. Para a mesma estrutura, um maior módulo de elasticidade resulta numa maior rigidez da estrutura.
Nas aplicações de engenharia, a rigidez está relacionada com a precisão das peças, como o fuso de uma máquina-ferramenta.
Quando a máquina-ferramenta está em funcionamento, é importante que o fuso não se deforme após ter sido sujeito a tensão, uma vez que isso pode afetar a precisão da maquinação.
Por conseguinte, ao conceber o fuso de uma máquina-ferramenta, tanto a estrutura como o módulo de elasticidade do material devem ser tidos em consideração.
A resistência é utilizada para medir a capacidade de suporte da própria peça.
Para materiais frágeis, utilizamos a resistência final à tração ou à compressão para avaliar se as peças falham.
Para materiais elásticos, utilizamos a tensão de cedência para avaliar se as peças estão permanentemente deformadas e a tensão de rotura para avaliar se as peças estão partidas.
A dureza refere-se à capacidade dos materiais para resistir à pressão de objectos duros sobre a sua superfície. A medição da dureza envolve a utilização de indentadores para pressionar a superfície das peças e determinar a dureza dos materiais com base na profundidade da indentação na superfície das peças.
Por conseguinte, a dureza representa a capacidade de um material resistir à deformação plástica e, quanto maior for o limite de resistência de um material, maior será a sua dureza.
O valor da dureza é determinado pela resistência à deformação plástica inicial e pela resistência à deformação plástica contínua. Quanto maior for a resistência do material, maior será a sua resistência à deformação plástica e maior será o seu valor de dureza.
Não existe qualquer relação entre o módulo de elasticidade e a dureza.
A dureza mede a capacidade de um material resistir à deformação plástica e o módulo de elasticidade é a constante material do próprio material.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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