Soldagem por Frico (Friction Welding)

Propriedades TrmicasAcadmicos: Felipe Marin Miguel Dias Junior Ricardo Brandes Professora : Dra. Viviane Lilian SoetheRoteiroIntroduoCapacidade CalorificaExpanso trmicaCondutividade trmicaTenses trmicasAplicaes

IntroduoImportncia do conhecimento das propriedades trmicas dos materiais.Projeto mecnicoMedir propriedades

2Capacidade CalorficaDefinio

Razo entre a variao de energia (energia ganha ou perdida) e a variao de temperatura resultante. (1)

Calor especfico: Capacidade CalorficaCapacidade calorfica vibracional

Capacidade CalorficaDependncia da Capacidade Calorfica em Relao Temperatura

Capacidade CalorficaOutras Contribuies para a Capacidade Calorfica

Existem outras formas de contribuies para capacidade calorifica que so menores que a contribuio vibracional.

Eletrnica eltrons absorvem energia para aumento da energia cintica.Excitao em isolantes e semicondutores geralmente insignificante.Spins em eltrons materiais ferromagnticos acima Temperatura Curie.

Capacidade CalorficaCapacidade calorfica vibracional

Expanso trmicaDefinio:

Dependncia da frao da variao do comprimento em relao ao coeficiente linear de expanso trmica e variao na temperatura, na expanso trmica. (1)

Expanso trmicaCoeficiente linear de expanso trmica

Dependncia da frao da variao do volume em relao ao coeficiente volumtrico de expanso trmica e variao da temperatura, na expanso trmica. (1)

Expanso trmicaCoeficiente linear de expanso trmica

Dependncia da frao da variao do volume em relao ao coeficiente volumtrico de expanso trmica e variao da temperatura, na expanso trmica. (1)Expanso trmicaMateriais Metlicos

Valores do coeficientes lineares de expanso trmico (Tabela 19.1):

que so intermedirios entre polmeros e cermicas.

Capacidade CalorficaCapacidade calorfica vibracional

Expanso trmicaMateriais Cermicos Baixo coeficiente de expanso trmica provenientes das altas foras de ligaes interatmicas.

-Expanso trmicaMateriais PolimricosAlguns materiais polimricos apresentam grandes coeficientes de expanses trmicas:

Isto se deve ao fato de que os polmeros apresentam ligaes intermoleculares secundarias fracas e a baixa presena de ligaes cruzadas.

Nos polmeros os menores coeficientes so encontrados nos termoplsticos fenol-formaldedos onde as ligaes so quase inteiramente covalentes.

-Condutividade trmica Definio

Dependncia do fluxo de calor em relao condutividade trmica e ao gradiente de temperatura para o transporte de calor em regime estacionrio. (1) Condutividade trmica Mecanismos da conduo de calor em materiais slidos

Kr condutividade trmica devido vibrao da rede (fnons)Ke condutividade trmica devido eltrons livres

Condutividade trmica Materiais Cermicos

Baixo numero de eltrons livres Isolantes trmicos e eltricos

O responsvel pela condutividade trmica nas cermicas o fnon que no um mecanismo to eficiente quanto os eltrons no transporte de energia trmica.

Vazios influenciam na condutividade trmica significativamente.Condutividade trmica Materiais Polimricos

A transferncia de energia para os polmeros realizada pela vibrao e rotao das molculas da cadeia.

Condutividade depende do grau de cristalinidade do polmero pois esta ligado a organizao atmica. (amorfos x cristalinos)Condutividade trmica

Defeitos e imperfeies

Condutividade trmica Materiais MetlicosUso de elementos de liga para reduzir condutividade trmica e eltrica.

Liga Cu/ZnTenses trmicasDefinio

So tenses induzias em um corpo como resultado da variao na temperatura... .... Elas podem levar fratura ou a uma deformao plstica indesejvel (1)

Trinca de Ao SAE 1045 temperado (875oC em gua)Tenses trmicasTenses resultantes da restrio a expanso e contrao trmicas

Em materiais com restries dimensionais sujeitos a variaes de temperatura apresentam tenses trmicas ().

Tenses trmicasExemplo

Uma barra de lato usada em uma aplicao com extremidades mantidas rgidas. A temperatura ambiente de 20 C e a barra esta livre de tenses. Qual a temperatura mxima que podemos submeter a barra sem ultrapassar uma tenso de 172MPa. (E = 100GPa e = 20 x 10-6 (oC)-1).

Tenses trmicasTenses resultantes de gradientes de temperatura

So tenses provenientes de troca trmica com diferentes taxas ao longo de um material.

Exemplo:Processo de fundio.

Durante o resfriamento a superfcie reduz sua temperatura mais rapidamente que o ncleo. Dessa forma a superfcie fica com tenses de compresso (negativas) enquanto que o ncleo com tenses trativas. Tenses trmicasChoque trmico de materiais frgeis

Devido as tenses superficiais de trao induzidas em materiais frgeis defeitos superficiais funcionam como propagadores de trincas que podem causar fratura do material.

Tenses trmicasChoque trmico de materiais frgeis

A resistncia de um material a choques trmicos pode ser aproximado pela equao:

TSR Thermal Shock Resistance

f Resistncia fratura;k condutividade trmica;E Mdulo de elasticidade do material;l coeficiente de expanso trmica. Propriedades mecnicas Comumente so realizados tratamentos trmicos para melhorar as resistncias mecnicas dos materiais.

Para cermicas o uso de recozimento necessrio para remover tenses trmicas.

Outros exemplos de tratamentos trmicos:

TmperaRevenimentoNormalizaoPatenteamentoAplicaes Metalurgia & DesempenhoCoberturas35000.512 mmPretaDureza Vickers (HV0.05)Coeficiente de atritoEspessura mximaTemperatura de trabalhoColoraoCVDDeposio tpica

Cobertura xido de alumnio Al2O3: Proporciona elevada resistncia ao desgaste. Minimiza a abraso mecnica e a craterizao. Composto de baixa condutividade trmica (refratrio). Aspecto visual geral: Preto fosco.

Aplicaes Metalurgia & DesempenhoPrincipais tipos de coberturas

As ferramentas de cermicas possuem alta dureza quente, o que proporciona altas Velocidades de corte. Baixa condutividade trmica, o que dificulta a transferncia de calor, gerando trincas e quebra da ferramenta. So refratrias, suportando altas temperaturas.

Aplicaes Metalurgia & DesempenhoDureza & Temperatura3020105001000150000Temperatura (C) Dureza, HK (GPa) PCBN SecomaxCermicaMetal duroDureza de diferentes materiais cortantes emfuno da temperatura de corteAplicaes Metalurgia & Desempenho

As cermicas base de Si3N4 (Nitreto de Silcio) possuem baixo coeficiente de dilatao trmica que diminui a possibilidade de trincas trmicas durante a usinagem.

Aplicaes Metalurgia & Desempenho

As cermicas base de Si3N4 (Nitreto de Silcio) possuem baixo coeficiente de dilatao trmica que diminui a possibilidade de trincas trmicas durante a usinagem.

Bibliografia [1] CALlISTER, William D.; RETHWISCH, David G. . Cincia e engenharia de materiais : uma introduo . 8ed. Rio de Janeiro : LTC , 2013. 818p.

[2] ARGOLO, Ingrid et al. Sensores e aquisio de dados. Bahia: Universidade de Salvador, 2010.

[3] CAVALCANTE, Kleber.LMINA BIMETLICA.2014. Disponvel em: . Acesso em: 26 jun. 2015.

[4] ROSA, Edison da.Anlise de resistncia mecnica.:Mecnica da fratura e fadiga. Florianpolis: Ufsc, 2002. 407 p.

[5] MACHADO, lisson Rocha et al. Teoria da usinagem dos materiais. So Paulo: Editora Bluche, 2009. 371p.