Propriedades são parâmetros materiais que quantificam a resposta a estímulos mecânicos, térmicos, elétricos, magnéticos, químicos e nucleares. Podem ser escalares (ex.: dureza, densidade), vetoriais (ex.: polarização) ou tensoriais (ex.: \(E\), condutividade térmica/elétrica em materiais anisotrópicos).

Os valores não são universais: dependem de composição, microestrutura (tamanho de grão \(d\), fases, precipitados), textura, tensões residuais, direção de medição e condições de ensaio (temperatura \(T\), taxa \(\dot\varepsilon\), ambiente).

Regra de ouro para projeto

• Selecione por combinação de resistência (\(\sigma_y\), \(R_m\)) + tenacidade (\(K_{IC}\)/Charpy) + ambiente (corrosão/temperatura) + processo (soldabilidade, usinabilidade).
• Especifique sempre liga + condição (ex.: “AISI 1045 T&R 32 HRC”, “AA 6061-T6”).

• Engenharia vs. verdadeira: \(\sigma\) usa \(A_0\); \(\sigma_{\text{verd}}\) usa \(A_{\text{inst}}\). Após o estricamento, \(\sigma\) (engenharia) cai, mas \(\sigma_{\text{verd}}\) continua subindo até a fratura.
• Critério de Considère: início do estricamento uniforme quando \(\dfrac{d\sigma_{\text{verd}}}{d\varepsilon_{\text{verd}}}=\sigma_{\text{verd}}\). Aproximação útil: alongamento uniforme \(\approx n\) no modelo \(\sigma=K\varepsilon^n\).
• Dependências: \(T\) (amolece), \(\dot\varepsilon\) (endurece), triaxialidade (afeta ductilidade/tenacidade) e anisotropia (valor de Lankford \(r\)).

Limite de escoamento \(\sigma_y\) \((R_{p0,2})\)

• Definição: tensão do início de deformação plástica mensurável. Em materiais sem platô claro, usa-se offset \(0{,}2\%\): interseção da reta paralela a \(E\) deslocada de \(0{,}002\) em \(\varepsilon\).
• Aços de baixo C: podem exibir escoamento descontínuo (Lüders): \(\sigma_y^\uparrow\) (superior) e \(\sigma_y^\downarrow\) (inferior).
• Fatores: refino de grão \(\sigma_y=\sigma_0+k_y d^{-1/2}\), solução sólida, precipitação, \(T\) e taxa.
• Direcionalidade: anisotropia de laminação; efeito Bauschinger após pré-deformação.

Resistência à tração \(R_m\) (UTS)

• Definição: máximo de \(\sigma\) (engenharia) antes do estricamento dominante.
• Observações: \(R_m\) não é a “resistência real” na seção estrangulada; a tensão verdadeira no máximo uniforme obedece \(\sigma_{\text{verd}}=K\varepsilon^n\) com \(\varepsilon \approx n\).

Módulo elástico \(E\)

• Definição: \(E=\left.\dfrac{d\sigma}{d\varepsilon}\right|_{\text{elástico}}\).
• Dependências: pouco sensível à microestrutura (domina a ligação atômica), mas cai com \(T\) e com porosidade; é direcional em materiais anisotrópicos.

Coeficiente de Poisson \( \nu \)

• Definição: \( \nu = -\,\varepsilon_{\text{lat}}/\varepsilon_{\text{ax}} \) (região elástica).
• Faixas: isotrópicos estáveis: \( 0 \le \nu \lt 0.5 \); auxéticos têm \( \nu \lt 0 \); \( \nu \to 0.5 \) indica quase-incompressibilidade.

Ductilidade (alongamento \(A\) e redução de área \(Z\))

• \(A=(L_f-L_0)/L_0\) em % (depende de \(L_0\)); \(Z=(S_0-S_f)/S_0\) em % (menos sensível à base).
• Reduzida por inclusões, segregações, hidrogênio e alta triaxialidade.

Dureza (HB/HRC/HV)

• Vickers: \(\text{HV}=\dfrac{1{,}854\,F}{d^2}\) (F em kgf, \(d\) em mm; para F em N, converter).
• Brinell: \(\text{HBW}=\dfrac{2F}{\pi D\left(D-\sqrt{D^2-d^2}\right)}\).
• Rockwell: baseado em profundidade sob carga (escalas A, B, C...).
• Conversões: aproximadas e dependentes da condição; \(\sigma_y\approx \text{HV}/3\) é heurística.

Tenacidade à fratura \(K_{IC}\)

• Definição: resistência à propagação quasiestática de trinca modo I sob estado plano de deformação.
• Validade: \(a,B\ge 2{,}5\left(\dfrac{K_{IC}}{\sigma_y}\right)^2\); se não atender, usar \(K_Q\) ou \(J_{IC}\) (ASTM E1820).
• R-curve: tenacidade cresce com extensão estável de trinca.

Impacto Charpy (J)

• Mede a energia absorvida por corpo entalhado (V) sob impacto.
• Transição dúctil–frágil é pronunciada em CCC (aços ferríticos); sensível a espessura, orientação, entalhe e \(T\).
• Indicador, não constante material.

Resiliência \(U_r\)

• \(U_r=\displaystyle\int_0^{\varepsilon_y}\sigma\,d\varepsilon\approx \dfrac{\sigma_y^2}{2E}\) (linear elástico).

Fadiga

• S–N (Wöhler): \(\sigma_a=\sigma_f'(2N_f)^b\).
• Baixa ciclagem: Coffin–Manson: \(\varepsilon_p/2=\varepsilon_f'(2N_f)^c\).
• Propagação: Paris–Erdogan \(\dfrac{da}{dN}=C(\Delta K)^m\); limiar \(\Delta K_{\text{th}}\); regime rápido próximo a \(K_{IC}\).
• Fatores: tensões médias (Goodman/Gerber), entalhes (\(K_t/K_f\)), acabamento, ambiente, tamanho, direção de laminação.

Fluência (creep)

• Três estágios: primária (taxa ↓), secundária (~constante), terciária (danos aceleram até ruptura).
• Taxa estacionária: \(\dot\varepsilon=A\sigma^n e^{-Q/(RT)}\).
• Larson–Miller: \(P=T\,(C+\log t_r)\) (T em K) para extrapolar vida de ruptura.

• Condutividade térmica \(k\): \(\mathbf{q}=-k\nabla T\). Em metais, \(k\) correlaciona com \(\sigma_e\) (Wiedemann–Franz: \(\dfrac{k}{\sigma_e T}\approx L_0\)).
• Difusividade: \(\alpha=\dfrac{k}{\rho C_p}\) (rapidez de “nívelamento” térmico).
• Expansão linear: \(\Delta L/L_0=\alpha_L\Delta T\); anisotrópica em cristais/fibras e afetada por transformações.
• Choque térmico: resistência \(\sim \dfrac{\sigma_f k}{E\alpha_L}\) (métrica típica).
• Densidade \(\rho\): considerar porosidade; medir por Arquimedes/picnometria.

• Resistividade \(\rho_e\) / condutividade \(\sigma_e\): em metais, \(\rho_e\) aumenta com \(T\); impurezas/defeitos adicionam termo quase constante (Matthiessen).
• Isolantes: constante dielétrica \(\varepsilon_r\), fator de perdas \(\tan\delta\), rigidez dielétrica \(E_{\text{bd}}\).
• Supercondutividade: \(\rho_e\to 0\) abaixo de \(T_c\) (fora do escopo detalhado aqui).

• Permeabilidade \(\mu_r\): saturação \(B_s\), remanência \(B_r\), coercividade \(H_c\). Área do ciclo de histerese = perda magnética.
• Temperaturas críticas: Curie (\(T_C\), ferromagnéticos) e Néel (\(T_N\), antiferromagnéticos).
• Materiais moles vs. duros: núcleos (baixo \(H_c\)) vs. ímãs permanentes (alto \(H_c\)).

• Corrosão: taxa (mm·ano\(^{-1}\)); modos: uniforme, pite, intergranular, corrosão sob tensão (SCC), corrosão-fadiga.
• Passivação: camadas protetoras (ex.: inox Cr\(_2\)O\(_3\)); suscetível a pite em cloretos (potencial de pite).
• Oxidação a alta \(T\): leis parabólicas \(x^2=k_p t\) quando difusão controla.

• Nuclear: seção de choque \(\sigma\) (barn), atenuação \(I=I_0 e^{-\Sigma_t x}\), camada-meia \(=\ln 2/\mu\).
• Danos por radiação: deslocamentos por átomo (dpa) → endurecimento/fragilização.

Mecânicas

• Tração (ASTM E8 / ISO 6892-1): \(R_{p0,2}\), \(R_m\), \(A\), \(Z\).
• Dureza: E10 (HB), E18 (HR), E92/E384 (HV).
• Impacto (E23) e Fratura (E399/E1820): \(K_{IC}\)/\(J\) e requisitos geométricos.
• Fadiga (E466/E647): S–N e Paris \(da/dN\).
• Fluência (E139): curvas tempo–deformação/ruptura.

Físicas e outras

• Condutividade térmica (E1461), dilatometria (E228).
• Elétrica (B193) — resistividade/condutividade.
• Metalografia: preparação/ataque; tamanho de grão por ASTM E112.

• Resistência × ductilidade: fortalecer (refino/precipitados) ↓ \(A/Z\).
• Dureza × tenacidade: endurecer em excesso pode ↓ \(K_{IC}\).
• Condutividade elétrica × resistência mecânica: solutos/defeitos ↓ \(\sigma_e\).
• Choque térmico: considerar \(k\), \(E\), \(\alpha_L\) e \(\sigma_f\).

1. Requisitos: \(\sigma_y, R_m, K_{IC}/J, E, \rho, k, \alpha_L, \sigma_e, \mu_r\) + ambiente + processo.
2. Filtros: soldabilidade, disponibilidade, normas, custo.
3. Índices: \(E/\rho\) (rigidez específica), \(\sigma/\rho\) (resistência específica), custo/ciclo de vida.
4. Validação: ensaiar no estado real (soldado, tratado, revestido).