Considere que você deve realizar a seleção de materiais para um determinado projeto, no qual é notória a necessidade de boa resistência à fadiga, pelo fato de haver carregamento dinâmico e requer-se uma vida útil em torno de 20 anos. Além disso, exige-se um requisito adicional de limite de escoamento de 250 MPa .
Para tanto, existe disponibilidade no mercado dos seguintes aços:
Para tanto, existe disponibilidade no mercado dos seguintes aços:
AÇO | A | B | C |
---|---|---|---|
Limite de escoamento (MPa) | 345 | 860 | 380 |
Energia de impacto à
|
40 | 12 | 28 |
Com base no acima exposto, selecione o material mais adequado para a aplicação em questão, considerando aspectos técnicos e econômicos. Justifique sua resposta.
OBSERVAÇÃO: A temperatura de transição dúctil-frágil para aços se situa no patamar de 27 Joules de energia absorvida no ensaio de impacto.
OBSERVAÇÃO: A temperatura de transição dúctil-frágil para aços se situa no patamar de 27 Joules de energia absorvida no ensaio de impacto.
Passo 1
Resumo do Enunciado: Precisamos escolher o melhor aço para um projeto que exige boa resistência à fadiga devido a carregamentos dinâmicos e uma vida útil de cerca de 20 anos. Além disso, o material deve ter um limite de escoamento mínimo de 250 MPa. Temos três opções de aços (A, B e C) com diferentes limites de escoamento e energias de impacto a 0°C.
Conteúdo Envolvido: Seleção de materiais com base em propriedades mecânicas como limite de escoamento e energia de impacto, além de considerar a resistência à fadiga e aspectos econômicos.
O que Precisamos: Avaliar cada aço para garantir que atendam aos requisitos de limite de escoamento e tenacidade (energia de impacto), além de justificar a melhor escolha considerando aspectos técnicos e econômicos.
Passo 2
Verificando o Limite de Escoamento: Primeiro, vamos conferir quais aços atendem ao requisito mínimo de limite de escoamento de 250 MPa.
- Aço A: 345 MPa
- Aço B: 860 MPa
- Aço C: 380 MPa
Conclusão: Todos os aços (A, B e C) têm limites de escoamento superiores a 250 MPa, ou seja, atendem a esse requisito.
Passo 3
Analisando a Energia de Impacto: A energia de impacto nos dá uma ideia da tenacidade do material, ou seja, sua capacidade de absorver energia antes de fraturar. A observação diz que a temperatura de transição dúctil-frágil ocorre em 27 Joules. Materiales com energia de impacto acima desse valor são considerados mais dúcteis e resistentes a fraturas sob impactos.
Vamos analisar a energia de impacto de cada aço:
- Aço A: 40 J
- Aço B: 12 J
- Aço C: 28 J
Passo 4
Comparando com a Temperatura de Transição:
- Aço A: 40 J > 27 J → Dúctil
- Aço B: 12 J < 27 J → Frágil
- Aço C: 28 J > 27 J → Dúctil
Conclusão: Os aços A e C são dúcteis, o que é bom para resistência à fadiga e carregamentos dinâmicos. O aço B, por ser frágil, não é ideal para essas condições.
Passo 5
Considerando Aspectos Econômicos: Geralmente, aços com maior tenacidade e limites de escoamento são mais valorizados e podem ter custos mais elevados. No entanto, é importante equilibrar custo e desempenho.
- Aço A: Boa tenacidade (40 J) e limite de escoamento razoável (345 MPa).
- Aço C: Tenacidade ligeiramente acima do limiar (28 J) e limite de escoamento de 380 MPa.
- Aço B: Apesar do alto limite de escoamento (860 MPa), a baixa tenacidade o torna inviável.
Conclusão: O aço A oferece um bom equilíbrio entre tenacidade e limite de escoamento, tornando-o uma escolha eficiente tanto tecnicamente quanto economicamente.
Resposta
O Aço A é o material mais adequado para a aplicação, pois possui um limite de escoamento de 345 MPa, atende ao requisito mínimo de 250 MPa, e apresenta uma energia de impacto de 40 J, garantindo boa resistência à fadiga e tenacidade necessárias para uma vida útil de 20 anos sob carregamentos dinâmicos.