Ensaios em Materiais: como e porque realizar?

Ensaios em materiais são uma importante ferramenta para as empresas. Uma caracterização consiste em descobrir qual a composição química e estrutural de um material utilizando de técnicas e equipamentos. A caracterização de um determinado material te dá informações que serão úteis em uma possível seleção de um novo material, ou na otimização do mesmo, aumentando a eficiência do processo em que esse participa. Faz parte do trabalho de engenharia investigar, também, quais são os melhores equipamentos para as necessidades de um determinado cliente.

Além de caracterizar materiais, os ensaios servem como um guia para entender o comportamento do material durante seu processo – e até mesmo determinar qual processo é mais adequado! Por que os filmes metálicos para recobrimento de alimentos são feitos de alumínio, comercialmente? Porque o alumínio é um dos poucos metais que, devido às propriedades mecânicas, permite espessuras tão finas! Todas as respostas sobre o processo se apresentam num relatório de ensaios mecânicos.

A equipe da Materiais Júnior possui inúmeros equipamentos de caracterização à sua disposição espalhados pelos vários laboratórios presentes no DEMa UFSCar, além da preparação técnica para sua utilização. Alguns dos ensaios mais simples que podemos realizar estão listados a seguir:

Ensaios Microscópicas

Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV): com esse processo, pode-se realizar uma observação direta da microestrutura dos materiais, a partir de ampliações que podem chegar a 300 mil vezes. Com as informações obtidas, pode-se realizar estudos de falhas, determinar composição química do material, etc.

Micrografia obtida pelo Microscópio Eletrônico de Varredura.

Picnometria: a explicação para este processo é bem simples, uma vez que com ele determinaremos a massa específica de líquidos e sólidos estudados. Todavia, ele é de extrema importância para analisar e entender as propriedades de materiais, pois a densidade é fator importante em processos onde o custo do material é determinante.

Macroscopia e Microscopia: a partir desses processos, realizados com lupas ou microscópios, é possível determinar a macroestrutura, a microestrutura, entre outras propriedades do material estudado. Além disso, pode-se identificar certos tipos de falhas, como fraturas e desgastes.

Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC): com essa técnica é possível analisar e estudar as reações ocorridas em um material com a aplicação de temperatura. Entre as informações medidas, pode-se citar a variação de fluxo de calor emitido ou absorvido pelo material analisado. Com isso, chega-se a determinação de diferentes propriedades, como transformação de fase, decomposição. oxidação…

Metalografia: preparação de amostras com o correto processo de lixamento e polimento para visualizar microestruturas no microscópio ótico. A metalografia se trata de um conjunto de técnicas relativamente simples – embora exija bastante técnica para evitar danos à superfície das amostras – e baratas com amplo potencial de revelação. É possível descobrir, pela microestrutura, o tipo de processamento utilizado no material, impurezas que diminuem propriedades mecânicas, composição de ligas metálicas bem conhecidas comparando com a literatura, etc. É uma técnica, majoritariamente, de preparação de corpos de prova.

Difração de Raios-X: técnica de difração de Raios-X consiste em determinar as fases cristalinas do material analisado. O processo funciona a partir da incidência de um feixe de Raios-X em um cristal, com isso, os átomos presentes interagem com o feixe e o fenômeno da difração ocorre.

Ensaios Mecânicos em Materiais

Dureza e Microdureza: o ensaio de dureza visa determinar, fundamentalmente, a capacidade de um material de resistir à cargas de compressão. Os ensaios de dureza consistem na aplicação de um penetrador com geometria específica (esférico para teste de dureza Brinell, piramidal para teste de dureza Vickers e Knoop ou cônico para teste de dureza Rockwell) no material e é medida a deformação do mesmo conforme a variação de pressão. O teste de microdureza tem esse nome por se referir a endentações estáticas provocadas por cargas menores que 1 kgf e se difere dos testes de dureza tradicionais por ser feito em escala microscópica, com instrumentos de precisão muito mais alta. Para materiais poliméricos utiliza-se principalmente os ensaios de dureza shore, podendo ser divididos em Shore A ou Shore D para polímeros flexíveis e rígidos, respectivamente.

Ensaio de Tração: com esse ensaio, será determinado o comportamento de materiais que serão aplicados em situações sujeitas a tensão de tração. O principal resultado gerado é a máxima tensão que o material pode suportar em uso, sendo determinante para materiais em aplicações estruturais. Exige corpos de prova sem entalhes e de acordo com as normas pois seus resultados são amplamente dependentes da geometria da peça. 

Ensaio de Compressão: o objetivo deste ensaio é identificar e analisar o comportamento dos materiais quando submetidos à tensão de compressão. Sua principal função está relacionada a caracterização de materiais cerâmicos com baixa resistência à tração.

Ensaio de Impacto: Utilizado, principalmente, o ensaio Charpy. Consiste em medir o quanto de energia um material absorve (e consegue propagar sem fratura) de impacto. O teste Charpy é um dos métodos para determinar a resistência e sensibilidade dos materiais quando submetido a uma certa carga, sendo essencial para materiais e produtos que podem sofrer este tipo de agressão. Extremamente importante na indústria de automóveis. 

Ensaios Químicos e Físicos

Metrologia: neste ensaio, a função é determinar, com precisão, as dimensões do produto. Para isso, utiliza-se equipamentos como o paquímetro e o micrômetro. Como na Picnometria, este processo pode ser visto como algo simples, porém ele é de extrema necessidade para o estudo dos materiais.

Caracterização Química por Infravermelho: Utiliza da vibração característica de moléculas para identificar ligações químicas, sendo bastante precisa. Deve-se tomar cuidado com a presença de umidade, que pode interferir nos resultados obtidos. 

Espectrometria de Fluorescência de Raios-X: esta técnica é considerada uma das mais vantajosas para análises de quantificação da composição química e para análise de impurezas em materiais. Isso deve-se ao fato de não ser uma técnica destrutiva, ser rápida e de grande precisão, conseguindo determinar com clareza todos os componentes presentes em uma amostra cristalina. 

Fluidez e viscosidade: geralmente utilizado para polímeros, o teste do índice de fluidez diz respeito a quanto de material flui por um espaço, após a aplicação de um peso, por tempo. Os ensaios de fluidez são utilizados para comparação entre diversos tipos de polímeros ou até do mesmo polímero, de grades (composição química igual mas propriedades, parâmetros de síntese, entre outros diferente) diferentes. Um polímero que flui 10g a cada 10 minutos é menos viscoso – ou seja, mais fluido – que um polímero que flui 5g neste mesmo intervalo de tempo. Os resultados obtidos no índice de fluidez são importantes para escolher o tipo de processo, uma vez que polímeros de maior fluidez são melhores para processos que utilizam altas pressões.

A Materiais Júnior realiza todos os ensaios conforme as normas estipuladas pela American Society of Testing Materials – ASTM. 

Ficou interessado em saber mais sobre os ensaios em materiais que realizamos? Entre em contato conosco sem compromisso!