seleção dos materiais
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Instituto Superior de Transportes e Comunicações
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
METAISBAIXA LIGA
AÇO FERRAMENTA
MAGNÉSIO / LIGAS
COBRE / LIGAS
AÇO CARBONO
ALUMÍNIO / LIGAS
FERRO FUNDIDO
POLÍMEROS
PEAD
PEBD
PVC
PETPP
EPOXY
CERÂMICOS
AL2O3
CaO
ZrO2
MgO
VIDRO DIAMANTE
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
O QUE É SELEÇÃO DOS MATERIAIS?
A seleção dos materiais é um processo que é realizado para seleccionar os melhores materiais que podem ter o potencial para um bom desempenho.
O objectivo principal da seleção dos materiais é de minimizar os custos e atender as metas de desempenho do produto. Uma seleção sistemática do melhor material para uma determinada aplicação começa com as propriedades e custos dos materiais candidatos.
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
OBJECTIVOS DA SELEÇÃO DOS MATERIAIS
Porque fazer a seleção dos materiais? Para fazer uso total dos materiais de engenharia; Para evitar estruturas desnecessariamente caras; Para evitar falhas no serviço.
Quando é que se faz a seleção dos materiais?
Quando há necessidade de: Desenvolver um novo produto, componente ou planta industrial,
produzido pela primeira vez; Melhorar um produto ou equipamento já existente; Resolver uma situação problema (peça defeituosa, quebra de componentes
que leva a rejeição pelos cliente, etc).
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
OBJETIVOS DA SELEÇÃO DOS MATERIAIS (CONT.)
● Redução de peso.
→ Requisito universal para qualquer produto móvel. Ex.: Industria automotiva.
● Redução de custos.→ Economia com a troca de materiais. Ex.: Pedais em náilon reforçado com fibra de vidro.
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
A NECESSIDADE DE SELEÇÃO DOS MATERIAIS
Durante as últimas décadas foram desenvolvidos muitos novos
materiais, actualmente existem mais de 100 000 diferentes materiais de
engenharia, contando com as variantes de tratamento térmico e
composição de cada material.
Quais são os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos
outros?
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
CRITÉRIOS DA SELEÇÃO DOS MATERIAIS
A primeira etapa para a escolha de um novo material, é uma avaliação criteriosa dos seguintes parâmetros de seleção: Propriedades Mecânicas; Condições de Serviço; Disponibilidade de matéria-prima; Custo (material & fabricação); Impacto ambiental / reciclabilidade pós uso.
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
CRITÉRIOS DA SELEÇÃO DOS MATERIAIS (CONT.)
1. Propriedades Mecânicas dos Materiais Limite de Resistência; Limite de Fadiga; Tenacidade à Fratura; Dureza (superfície & núcleo); Resistência ao Desgaste; Resistência à Corrosão.
CRITÉRIOS DA SELEÇÃO DOS MATERIAIS (CONT.)
2. Condições de Serviço dos Componentes Temperatura de Operação; Fluido de Serviço:
- composição química
- pH
- impurezas
- sólidos em suspensão, etc. Pressão de Operação; Velocidade do Fluido; Nível e Natureza de Tensões no material.
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
CRITÉRIOS DA SELEÇÃO DOS MATERIAIS (CONT.)
3. O custo do material
O custo do material é uma consideração importante no processo de seleção do material. Quando o factor econômico é levado em consideração, existe uma alteração significativa dentro do esquema de classificação dos materiais. Propriedades do material são relevantes no início, decisão final: custo é o fator dominante.
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
Aplicações que exigem o melhor desempenho possível (submarino nuclear, nave espacial, etc) – uma vez que se decide fabricar o preço é secundário e as especificações técnicas são mandatórias.
Aplicações onde o preço é determinante (carros, eletrodomésticos, etc) – o fabricante não tem de oferecer o melhor desempenho tecnológico, tem de garantir que a relação custo/beneficio desse produto é melhor do que o da concorrência.
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
MAPA DE PROPRIEDADES
Também conhecida como diagrama da seleção dos materiais, é um
espaço bi-dimensional que permite uma leitura mais fácil das
propriedades dos materiais.
Organiza e armazena as propriedades dos materiais mostrando um
balanço das propriedades (Ex.: Rigidez vs custo), permite eliminar os
materiais que não atendem aos requisitos de projeto e faz uma
comparação rápida entre os materiais.
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
MAPA DE PROPRIEDADES (CONT.)
Resistência vs custo Resistência vs densidade Resistência vs ductilidade Resistência vs tenacidade Resistência vs temperatura máxima de serviço Rigidez vs custo Rigidez vs densidade Fracção reciclável vs custo
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
MAPA DE PROPRIEDADES
Aplicações que requerem materiais com rigidez (estruturas de equipamentos, vigas, etc), utilizam materiais que estão na parte de cima do mapa.
Aplicações que requerem materiais de baixa densidade utilizam materiais que estão na parte esquerda do mapa.
Materiais leves de boa rigidez são difíceis de encontrar–materiais compósitos são um bom compromisso, mas normalmente são caros.
RIGIDEZ VS DENSIDADE
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
MAPA DE PROPRIEDADES
Aplicações que requerem materiais
de elevada resistência como chave
de fendas, cinto de segurança, etc,
estão localizados na parte de cima
do mapa.
Observa-se que são poucos os
materiais resistentes e baratos
(quadrante superior esquerdo)
RESISTÊNCIA VS CUSTO
MAPA DE PROPRIEDADES
AÇO DE BAIXA LIGA
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
ANÁLISE DOS CUSTOS
Qual é o limite para redução de custos?
A redução de custos depende do tipo de projecto a ser realizado:
Ex: Para um engenheiro civil não pode encarar tenacidade como propriedade “custo/benefício” na construção de uma ponte, a ponte cai e o engenheiro fica comprometido.
Ex: Para um fabricante de carros, resistência a corrosão pode ser uma propriedade “custo/benefício”, porque quando dá problemas a maioria dos carros não pertencem mais ao primeiro dono e como tal a garantia não se aplica.
**Decisões com base no custo inibem avanços tecnológicos**
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
ANÁLISE DOS CUSTOS (CONT.)
Num mercado competitivo -> redução do custo para o consumidor é prioritário (i.é. redução de preço de compra e custo de manutenção)
Custos variáveis(custo de produção)
a) Custo dos materiais básicos.
b) Custo de fabricação
Custos fixos
a) Despesas gerais da oficina.b) Administraçãoc) Pesquisa e desenvolvimento
Lucro do fabricante
Preço de compraCustos operacionais
a) Manutençãob) Reparaçãoc) Seguro
Custo total para o consumidor
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
ANÁLISE DOS CUSTOS (CONT.)
Na maioria dos casos o foco está na redução do preço de mercado Mercado automotivo, fabricante “responde” apenas para o primeiro
dono, porquê investir em um material mais nobre se quando o componente quebrar a responsabilidade não é mais dele?
Mercado mais seleto: Rolls-Royce e Lamborghini, investimento maior nos materiais reduzindo custos de manutenção, maior preço de mercado.
ConhecimentoExperiência
Processos de fabricaçãoPesquisa de mercadoRecursos financeiros
Definição da funçãoFazer um esboço do projecto
Reexame do projecto
Definição das propriedades dos materiais necessários
O material adequado existe?
SimNão
Pode se desenvolver novo material
Não SimFabricar e fazer
ensaios do protótipo
Não satisfatórios
Resultados satisfatórios
Especificações detalhadas.Planejamento de produção
Vendas
BoasFracas
Redução de custos
Problema do material
Problema do desenho
SELEÇÃO DOS MATERIAIS
FIMOBRIGADO PELA VOSSA ATENÇÃO