Introdução: Tipos de pontos fortes

A resistência de um material é simplesmente sua capacidade de suportar cargas antes de se deformar ou quebrar. Os metais têm diferentes tipos de resistência que precisam ser cuidadosamente analisados para determinar sua resistência e dureza e sua adequação para aplicações específicas. Normalmente usamos um testador de dureza para testar a dureza de um objeto.

Alguns materiais são mais adequados para um tipo específico de aplicações do que outros materiais devido à sua dureza e resistência. Compreender a resistência dos materiais ajuda a garantir a segurança e a alta qualidade do produto final que estará em conformidade com as diferentes conformidades regulamentares. Os diferentes tipos de resistência para metais são discutidos abaixo:

Força compressiva

A resistência à compressão de um material é a quantidade máxima de força que ele pode suportar antes de ser comprimido ou espremido.

A resistência à compressão do material resiste à força aplicada para compressão. Materiais diferentes reagem de maneira diferente ao atingir seu limite de resistência à compressão. Alguns materiais se quebram neste ponto, enquanto outros podem se deformar irreversivelmente.

A resistência à compressão é medida usando uma máquina de teste universal e é calculada dividindo a carga máxima pela área da seção transversal do corpo de prova.

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A resistência à compressão é um indicador popular e importante usado para determinar a adequação dos materiais no setor da construção. A medição da resistência à compressão pode ser afetada por métodos de teste e ambiente de teste.

Resistência à tração

A resistência à tração é a quantidade máxima de tensão ou força que um material pode suportar antes de se separar ou quebrar. É calculado dividindo a força total pela área da seção transversal original da amostra.

Geralmente é representado como libras por polegada (psi). A unidade SI para resistência à tração é Pascal (Pa).

A resistência à tração de um corpo de prova é medida puxando o corpo de prova com um tensômetro em uma deformação constante até que se quebre. Alguns materiais quebram bruscamente sem nenhuma deformação plástica e isso é conhecido como falha frágil.

Outros materiais que são mais dúcteis sofrem uma pequena quantidade de deformação plástica e então se desprendem antes de quebrar. A resistência à tração é uma medida importante da resistência do metal para avaliar sua adequação para diferentes tipos de aplicações.

Força de impacto

A resistência ao impacto de um material é sua capacidade de absorver força ou impacto repentino antes de quebrar. É expresso em termos de energia - a quantidade de energia mecânica absorvida pelo material no processo de deformação e fratura.

A resistência ao impacto de um material é um indicador importante que é usado para determinar se ele agirá de maneira frágil ou dúctil. Dá uma boa ideia da tenacidade do material.

 

O teste de impacto de flexão é comumente usado para determinar a resistência ao impacto de um corpo de prova. Ao baixar a temperatura, uma queda drástica na resistência ao impacto da amostra indica a temperatura frágil do material. Estimativas confiáveis da resistência ao impacto de uma amostra são possíveis apenas em temperaturas acima da temperatura frágil.

Fatores que afetam a resistência ao impacto dos materiais incluem seu volume, módulo de elasticidade, resistência ao escoamento e distribuição de forças através da seção do material.

Força de rendimento

A resistência ao escoamento ajuda a determinar até que ponto um material é teimoso ou dúctil. O ponto em que um material se torna completamente plástico e cede é conhecido como seu ponto de escoamento.

A resistência ao escoamento é a quantidade de tensão na qual ocorre a deformação permanente do corpo de prova. Antes de atingir o limite de elasticidade, o material se deforma elasticamente e volta à sua forma original. No entanto, uma vez que o ponto de escoamento é atingido, a deformação é plástica e irreversível.

A resistência ao escoamento é indicativa do limite de comportamento elástico de um material. Metais dúcteis como o ferro têm maior resistência ao escoamento do que os plásticos. A força de escoamento é usada pelos engenheiros para determinar a adequação do uso em construção e obras civis.

Detalhes dos materiais mais fortes do mundo

Os detalhes de alguns dos materiais mais resistentes do mundo são fornecidos abaixo:

Aço

O aço não é um metal puro, mas uma liga feita da combinação de ferro, carbono e alguns outros elementos. O ferro é aquecido na fornalha e suas impurezas são removidas e, em seguida, adiciona-se carbono. Adicionar outros elementos como manganês, nióbio e vanádio adiciona mais resistência ao aço.

 

O aço é um dos metais mais usados no mundo. Tem diferentes aplicações e é usado predominantemente em transporte, infraestrutura, construção, etc.

A maioria dos edifícios contemporâneos e outras estruturas fazem uso intenso de aço, o que ajuda a mantê-los unidos. Existem diferentes tipos de liga de aço.

O aço inoxidável é uma liga de aço livre de ferrugem e corrosão, fabricada pela adição de pelo menos 11% de cromo ao aço normal. O aço maraging é feito pela adição de níquel e outros elementos. Tem baixo teor de carbono e é muito forte, o que o torna ideal para aplicações avançadas, como fabricação de foguetes e mísseis, lâminas de esgrima, etc.

Titânio

O titânio é um metal prateado leve e com alta resistência à tração. É abundantemente encontrado na Terra, principalmente como óxidos em rochas engenhosas. Embora seja um metal duro, não é tão duro quanto o aço tratado termicamente. Também não é tão forte ou duro como um diamante.

No entanto, sua resistência à tração para a razão de densidade é maior do que até mesmo do tungstênio, mas se classifica mais baixo na escala de dureza de Mohs em comparação com o tungstênio.

 

Uma das vantagens distintas de usar titânio em vez de aço é que ele é leve. O titânio é misturado com diferentes outros metais como ferro, alumínio, vanádio, etc. para formar ligas mais fortes e mais duras.

Essas ligas de titânio são versáteis, leves e extremamente duráveis e encontram uma ampla variedade de aplicações nos setores automotivo, aeroespacial, aviação e outras aplicações industriais.

É comumente usado para fabricação de peças de aeronaves. O titânio também é altamente resistente à corrosão e ferrugem, o que o torna popular para diferentes aplicações.

Tungstênio

O tungstênio é um metal raro descoberto por Carl Scheele no ano de 1781. Ele tem um ponto de fusão muito alto e uma resistência final de 1510 megapascais, o que o torna um dos metais mais duros da Terra.

É de cor cinza metálico e, quando refinado em sua forma mais pura, é mais forte do que muitos tipos de aços. Entre todos os metais puros, o tungstênio tem o ponto de fusão mais alto, o ponto de vaporização mais baixo e a maior resistência à tração.

Também é conhecido por ter o menor coeficiente de expansão térmica entre todos os metais puros. A maior parte do tungstênio é usada comercialmente para a fabricação de materiais duros, especialmente o carboneto de tungstênio.

É usado para fazer facas, furadeiras, tornos, etc. Também é comumente usado em aplicações elétricas e militares. A tenacidade do tungstênio pode ser drasticamente melhorada ligando-o ao aço.

 

Inconel

Inconel é uma superliga de níquel-cromo que foi desenvolvida pela primeira vez na década de 1940. embora a composição exata das ligas de Inconel varie consideravelmente, todas são níquel combinado com cromo como segundo elemento. É uma liga resistente à oxidação e corrosão e é ideal para uso em ambientes extremos sujeitos a alta pressão e energia cinética.

O Inconel é caracterizado pela alta resistência, que não é afetado mesmo em altas temperaturas. Isso o torna perfeito para ser usado em aplicações que envolvem temperaturas extremamente altas, nas quais o alumínio e o aço sucumbiriam ao calor.

 

Considerando que o Inconel é uma liga extremamente dura que pode suportar condições extremas de trabalho, ele é comumente usado em indústrias como aeroespacial e automotiva. Também é comumente usado em lâminas de turbina a gás, eixos de bomba de motor de poço, plantas de processamento químico, reatores nucleares de água pressurizada, etc.

Diamante

O diamante é o mineral mais duro encontrado na Terra. É um alótropo de carbono e é o mineral mais duro que ocorre naturalmente. É o menos compressível e o melhor condutor térmico entre todos os materiais naturais.

A dureza de um diamante é o nível mais alto da escala 10 de Mohs. É 1000 vezes mais duro que o quartzo e 150 vezes mais duro que o corindo.

Na escala Rockwell, a dureza do diamante é 98,07 HRC, enquanto o titânio mede 36 HRC na mesma escala em termos de dureza.

 

Por ser o mineral mais duro conhecido no mundo, o diamante é amplamente utilizado na fabricação de brocas de perfuração, cortadores de rocha, inserções de ferramentas de corte, matrizes de extrusão, ferramentas de retificação óptica, revestimentos para rolamentos de esferas, etc.

Diamond também tem excelentes propriedades de semicondutor, devido às quais também é comumente usado para fabricar transistores de alta potência, circuitos integrados de alta temperatura, dispositivos piezoelétricos, etc. Também é usado em testes de dureza como um penetrador.

Cromo

O cromo é o metal mais duro conhecido na Terra e mede 8,5 na escala de Mohs. Ele também tem um alto ponto de fusão. Apresenta propriedades antiferromagnéticas à temperatura ambiente, porém, acima de 30 graus Celsius, transforma-se em material paramagnético.

Possui alta reflexão especular devido à qual é utilizado como revestimento para fins reflexivos.

Também é muito resistente à corrosão e ferrugem, o que o torna popular como material de revestimento em superfícies externas para proteção contra corrosão. É por esta razão que é misturado ao aço para formar uma liga de aço inoxidável isenta de corrosão e ferrugem.

 

Também é utilizado para revestir peças automotivas, protegendo-as da corrosão e também aumentando seu apelo visual. Estima-se que cerca de 85% de cromo seja usado para a produção de ligas metálicas e o restante seja usado em corantes e tintas, preservativo de madeira, curtimento, material refratário, um catalisador para a produção de hidrocarbonetos, etc.

Nitreto de boro

O nitreto de boro é um composto de boro e nitrogênio. Ele existe em muitas formas cristalinas. A forma wurtzita do nitreto de boro é rara e considerada ainda mais dura que o diamante. Com base nos resultados de uma simulação, esta forma de nitreto de boro é considerada 18% mais dura do que o diamante.

No entanto, como existe apenas uma pequena quantidade deste mineral, ele não foi exaustivamente testado para verificar a alegação experimentalmente.

O nitreto de boro apresenta um alto grau de estabilidade química e térmica. É usado em cosméticos, tintas, cimento dentário, grafite de lápis, etc.

 

Devido à sua excepcional estabilidade térmica e química, também é usado na fabricação de peças de equipamentos de alta temperatura. Pode ser adicionado em diferentes metais, cerâmicas, plásticos, borracha, etc. para conferir propriedades autolubrificantes a eles. Esses materiais são ideais para a construção de rolamentos de esferas e fabricação de aço.

Lonsdaleite

A lonsdaleita é um alótropo de carbono com uma rede hexagonal devido à qual também é comumente chamada de diamante hexagonal. Ocorre naturalmente quando meteoritos contendo grafite atingem a Terra.

O calor e a pressão extremos do impacto do meteorito convertem a grafita em diamante, mas ela retém a estrutura de cristal hexagonal que é uma característica chave da Lonsdaleita.

Foi descoberto pela primeira vez em 1967 durante a colisão do meteorito Canyon Diablo. Desde então, também é fabricado em laboratório montado por compressão e aquecimento de grafite ou por deposição química de vapor.

A lonsdaleita é translúcida e de cor amarelo-acastanhada e sua dureza é considerada 58% mais do que a de um diamante. Também é conhecido por resistir a pressões de indentação de 152 Gpa, enquanto o diamante deve quebrar a 97 Gpa. A lonsdaleita também é mais forte do que o nitreto de boro, pois as ligações carbono-carbono nela são muito mais fortes do que as ligações boro-nitrogênio no nitreto de boro.

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Grafeno  

O grafeno é um alótropo de carbono que existe em uma forma de rede bidimensional e hexagonal.

O grafeno tem muitas propriedades significativas e é conhecido por ser pelo menos 100 vezes mais forte do que a forma mais forte de aço. É quase transparente e um excelente condutor de calor e eletricidade. O grafeno tem uma resistência à tração de 130 Gpa, o que o torna um dos materiais mais fortes já descobertos.

Além de ser extremamente forte, o grafeno também é notavelmente leve. Ele pesa cerca de 0,77 mg por metro quadrado, que é 1000 vezes mais leve do que o peso de 1 metro quadrado de papel.

 

O grafeno é conhecido por ter algumas propriedades incríveis e muitos novos recursos ainda estão sendo descobertos. Ele está sendo comumente usado em domínios como engenharia biológica, eletrônica óptica, desenvolvimento de sistemas de filtragem de água, etc. No futuro, espera-se que o grafeno seja usado para criar materiais compostos que serão muitas vezes mais fortes e leves do que os usados atualmente metais e ligas.

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