MR6430-03.pptx

PROPRIEDADES MECÂNICAS BÁSICAS NUM
ENSAIO DE TRAÇÃO
MR6430 – Materiais Metálicos e Cerâmicos (Eng. Química)
http://www.fei.edu.br/~rodrmagn
© 2009-2010 – Rodrigo Magnabosco –Slide 1
Aula 3 – Propriedades mecânicas

Definição de tensão e deformação convencionais
(ou de engenharia)
L
o
F
F
L
o
+
L
A força F aplicada resulta numa
tensão S dada por:
Ao
F
S
O deslocamento L resultante
da aplicação da força F pode
ser entendido como uma
variação do comprimento inicial
Lo, ou como a deformação e:
Lo
L
e

Ensaio de tração (materiais metálicos)
L
Lo
e
Ao
F
S
Deformação plástica uniforme Deformação
plástica não-
uniforme
(1) Deformação elástica
Corpo-de-prova típico, seção circular

0
100
200
300
400
600
500
700
0,00 0,02 0,04 0,06
deformação (mm/mm)
0,08 0,10
tensão
(MPa)
E
e
S
tg
S
e
Rigidez:
módulo de elasticidade (E) – propriedade física
No trecho elástico,
S=E.e
Capacidade de resistir à deformação ELÁSTICA

100
0
200
400
300
500
600
700
0,00 0,02 0,04 0,06
0,08 0,10
tensão
(MPa)
sLR
sf
Resistência: dependente da microestrutura
limite de resistência (sLR)
limite de ruptura ou de fratura (sf)
Capacidade de resistir a um evento
de deformação PLÁSTICA

400
300
200
100
0
500
600
0,000 0,002 0,004 0,006 0,008
0,010
tensão
(MPa)
sLE
sel
sp
Resistência: dependente da microestrutura
limite de escoamento (sLE), limites de proporcionalidade (sp) e de elasticidade (sel)

limites de escoamento superior e
inferior em aço baixo-carbono
sLE, inf
sLE, sup
Por que ocorre?
Retomaremos este tópico na aula 5...

Redução de área (RA) ou estricção:
o
f
L
T
L
Lo
.100
Lf
e .100
A o
.100
Ao Af
Ao
RA
Distância original entre marcas: 2,5 mm
Diâmetro original: 11 mm
Capacidade de deformação PLÁSTICA
Ductilidade: Dependente da microestrutura
Alongamento total (AT
Lo):

Tenacidade: Energia ABSORVIDA por unidade de volume até a
fratura – área total sob a curva tensão-deformação

2.P
HB
ESCALADE DUREZA BRINELL
P ... carga em Kg
D ... diâmetro da esfera (mm)
d ... diâmetro da marca (mm)
.D. D D
2
d
2
Unidade: HB
Sempre números inteiros

HV
1
,854.P
2
d
Unidade: HV
ESCALA DE DUREZA VICKERS
P ... carga em Kg
d ... diagonal da marca (mm)

ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL

Unidade: HR_
ESCALAS DE DUREZA
ROCKWELL

RELAÇÃO ENTRE DUREZA E LIMITE DE
RESISTÊNCIA PARA MATERIAIS METÁLICOS
para resultados de SLR em
MPa
SLR = . HB

TENACIDADE E FRATURA FRÁGIL
A fratura frágil é induzida se:
Há concentração de tensões (entalhes)
A taxa de deformação é elevada
A temperatura é “baixa”

Ensaios de impacto são utilizados para caracterizar a
tendência à fratura frágil de materiais

Objetivos dos ensaios de impacto:
Medir a energia absorvida na fratura em função da
temperatura de ensaio.
Avaliar a ocorrência do micromecanismo de fratura
frágil por clivagem em metais de estrutura CCC ou HC.
Determinar a existência de Temperatura de Transição
Dúctil-Frágil (TTDF) em metais CCC ou HC.

80
70
60
50
40
30
20
10
0
-200 -100 100 200
0
Temperatura ( ºC )
Energia
Absorvida
(J
)
Fratura frágil por clivagem
Fratura dúctil
Curva típica para metais CCC

-196ºC: Fratura frágil por clivagem
-70ºC: Fratura mista: próximo ao entalhe
fibrosa, seguida de fratura frágil por clivagem
0ºC: Fratura fibrosa (dúctil), associada a
deformação plástica (visível a contração no
entalhe, maior que na fractografia à direita)
Fraturas no ensaio de
impacto Charpy
(aço ABNT 8620 temperado e
revenido)

80
70
60
50
40
30
20
10
0
-200 -100 100 200
0
Temperatura ( ºC )
Energia
Absorvida
(J
)
Algumas definições de TTDF
x
x
TTDF ~ 40°C
TTDF ~ 110°C
Para 100% fratura dúctil

Consequências de trabalho mecânico a frio:
Encruamento

Além do aumento da densidade de discordâncias, durante o encruamento há o
alinhamento da estrutura. No material monofásico abaixo, vê-se grãos alongados
após a deformação imposta na vertical.
~108 a 1010 m/m³ ~ 1016 m/m³
Densidade de
discordâncias
Encruamento

Encruamento

Magnabosco, R.; Mélo, D. Influência do tamanho de grão no
comportamento mecânico de aço inoxidável UNS S30100. 60 Congresso
InternacionalAnual da ABM – 25 a 28 de julho de 2005 – Belo Horizonte
Quanto menor o tamanho de grão, maior a dificuldade para
movimentar discordâncias.
LE o
2
1
k .d
Relação de Hall-Petch:

Magnabosco, R.; Mélo, D. Influência do
tamanho de grão no comportamento mecânico
de aço inoxidável UNS S30100. 60 Congresso
Internacional Anual da ABM – 25 a 28 de julho
de 2005 – Belo Horizonte

Exercícios de fixação de conceitos
Considere uma liga monofásica metálica de ferro que contém 18% de cromo (Cr), 10% de níquel
(Ni) e 0,09% de carbono, na qual os átomos de ferro assumem a estrutura cristalina cúbica de
faces centradas (CFC). As propriedades mecânicas desta liga em função do tamanho de grão são
dadas a seguir. São também fornecidas as propriedades mecânicas desta liga em função da
procentagem de trabalho a frio sobre uma liga que inicialmente tinha tamanho de grão 60 m. De
posse dos dados fornecidos, responda às questões que seguem com justificativas:
a) Quais as principais diferenças de comportamento mecânico entre uma liga inicialmente com 60
m de tamanho médio dos grãos e que sofreu 5% de trabalho a frio e outra, que foi submetida
a 40% de trabalho a frio? Justifique com base em esboços das curvas tensão-deformação
destas duas ligas.
b) Quais os motivos microestruturais para as diferenças de comportamento mecânico das duas
ligas da questão a?
c) Quais as principais diferenças de comportamento mecânico entre uma liga sem nenhum
encruamento (de 60 m de tamanho médio dos grãos) e outra sem nenhum encruamento e de
90 mm de tamanho médio dos grãos? Justifique com base em esboços das curvas tensão-
deformação destas duas ligas.
d) Quais os motivos microestruturais para as diferenças de comportamento mecânico das duas
ligas da questão c?

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