Aula 2 ensaios mecânicos e end - ensaio de tração

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Aula 2 ensaios mecânicos e end - ensaio de tração

  1. 1. Por que estudar as propriedades mecânicasdos metais ?É obrigação dos Engenheiros e Técnicos compreender como as váriaspropriedades mecânicas são medidas e o que essas propriedadesrepresentam; elas serão necessárias para projeto deestruturas/componentes.O conhecimento dessas propriedades é importante para que não ocorramfalhas e/ou níveis inaceitáveis de deformação.
  2. 2. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO – MÁXIMA TENSÃO DE TRAÇÃO QUE PODE SER SUPORTADA SEM QUE HAJA FRATURA. LIMITE DE ESCOAMENTO – TENSÃO NECESSÁRIA PARA INICIAR A DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DE UM MATERIAL TRACIONADO. DUCTILIDADE – CAPACIDADE DE UM MATERIAL DEFORMAR ELASTICAMENTE SEM SOFRER FRATURA.
  3. 3. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS TENACIDADE – QUANTIDADE DE ENERGIA ABSORVIDA POR UM MATERIAL À MEDIDA QUE SE FRATURA (DEFORMAÇÃO PLASTICA). DUREZA – MEDIDA DE RESISTÊNCIA DE UM MATERIAL À DEFORMAÇÃO PELA INDENTAÇÃO DA SUA SUPEFÍCIE OU POR ABRASÃO. RESILIÊNCIA – CAPACIDADE DE UM MATERIAL EM ABSORVER ENERGIA QUANDO ELE É DEFORMADO ELASTICAMENTE.
  4. 4. Considerações - Ensaio de Tração Ensaio amplamente utilizado na indústria de componentesmecânicos como teste para controle das especificações da entrada dematéria-prima. Ensaio relativamente simples e de realização rápida além defornecer informações significativas para o projeto e fabricação de peças ecomponentes. Consiste na aplicação de carga de tração uniaxial crescente emcorpo-de-prova até a ruptura. Objetivo compreender como reage o material devido aos esforços detração, avaliando as deformações, limites de resistência e a ruptura do material.
  5. 5. Definição do Ensaio de Tração O ensaio de tração consiste em submeter o material a um esforço que tende a alongá-lo até a ruptura. Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio. No ensaio de tração o corpo é deformado por alongamento, até o momento em que se rompe. Os ensaios de tração permitem conhecer como os materiais reagem aos esforços de tração, quais os limites de tração que suportam e a partir de que momento se rompem.
  6. 6. Deformação Antes da Ruptura Imagine um corpo preso numa das extremidades, submetido a uma força, como na ilustração ao lado. Quando esta força é aplicada na direção do eixo longitudinal, se diz que se trata de uma força axial. Observe novamente a ilustração anterior. Repare que a força axial está dirigida para fora do corpo sobre o qual foi aplicada. Quando a força axial está dirigida no sentido mostrado, trata-se de uma força axial de tração. A aplicação de uma força axial de tração num corpo preso produz uma deformação, isto é, um aumento no seu comprimento com diminuição da área da seção transversal.
  7. 7. Fatores de influência Os resultados fornecidos pelo ensaio de tração são fortementes influenciados pela: Composição química da liga (AISI 1020, AISI 1040...) Temperatura do ensaio Velocidade de deformaçãoAnisotropia do material (é a característica que uma substância possui em queuma certa propriedade física varia com a direção). Tamanho de grão Tratamento térmico
  8. 8. Influência da Composição QuímicaQuanto maior a quantidade de carbono existente no aço maior a sua resistênciamecânica e, conseqüentemente, menor a sua ductilidade e tenacidade.
  9. 9. Influência da temperatura e da taxa de deformaçãono ensaio de tração
  10. 10. Influência da temperatura no ensaio detração Aumento de resistência e perda de ductilidade em baixas temperaturas.
  11. 11. Anisotropia EM MATERIAS DEFORMADOS TERMOMECANICAMENTE (LAMINAÇÃO, FORJAMENTO, EXTRUSÃO, ETC...) AS PROPRIDADES MECÂNICAS VARIAM DE ACORDO COM A DIREÇÃO. POR ESTE MOTIVO É IMPORTANTE A DIREÇÃO QUE É EXTRAÍDO O CORPO DE PROVA. Direção Direção Transversal DireçãoLongitudinal Laminação
  12. 12. AnisotropiaBandeamento microestrutural influencia na resistência a tração. Sentidolongitudinal a direção de laminação possui maior resistência a tração doque no sentido transversal.
  13. 13. Orientação dos Corpos-de-Prova
  14. 14. Ensaio de Tração magnitude da carga aplicada alongamento
  15. 15. Máquina do Ensaio
  16. 16. Corpo-de-prova padrão1 Diâmetro padrão 12.8 mm; Onde o comprimento da seção reduzida deve ser no mínimo 4 vezes seu diâmetro, 60 mm é o valor comum; O comprimento útil é 50 mm. Os corpos-de-prova também podem ter seção retangular (chapa, placa ou perfil)1 ASTM Standards E 8 and E 8M, “Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials.”
  17. 17. Especificações dos Corpos-de-Prova A parte útil do corpo de prova, identificada no desenho anterior por Lo, é a região onde são feitas as medidas das propriedades mecânicas do material. As cabeças são as regiões extremas, que servem para fixar o corpo de prova à máquina de modo que a força de tração atuante seja axial. Devem ter seção maior do que a parte útil para que a ruptura do corpo de prova não ocorra nelas. Suas dimensões e formas dependem do tipo de fixação à máquina. Os tipos de fixação mais comuns são: Entre as cabeças e a parte útil há um raio de concordância para evitar que a ruptura ocorra fora da parte útil do corpo de prova (Lo). Segundo a ABNT, o comprimento da parte útil dos corpos de prova utilizados nos ensaios de tração deve corresponder a 4 vezes o diâmetro da seção da parte útil.
  18. 18. Especificações dos Corpos-de-Prova Por acordo internacional, sempre que possível um corpo de prova deve ter 10 mm de diâmetro e 50 mm de comprimento inicial. Não sendo possível a retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adotar um corpo com dimensões proporcionais a essas. Corpos de prova com seção retangular são geralmente retirados de placas, chapas ou lâminas. Suas dimensões e tolerâncias de usinagem são normalizadas pela ISO/R377 enquanto não existir norma brasileira correspondente. A norma brasileira (NBR 6152, dez./1980) somente indica que os corpos de prova devem apresentar bom acabamento de superfície e ausência de trincas.
  19. 19. Alongamento Aumento de comprimento que ocorre quando se realiza um ensaio de tração.
  20. 20. Curva Tensão-Deformação Convencional/Engenharia σ x ε
  21. 21. Tipos de Deformação Deformação elástica: não é permanente. Uma vez cessados os esforços, o material volta à sua forma original. Deformação plástica: é permanente. Uma vez cessados os esforços, o material recupera a deformação elástica, mas fica com uma deformação residual plástica, não voltando mais à sua forma original.
  22. 22. Curva Tensão-Deformação Convencional/Engenharia σ Tensão máxima, após ela começa a estricção ! σu x x Ruptura ! σp = σe 2 Mostrar vídeo ! 1 ε1. Regime elástico – Lei de Hooke σ = Eε Resiliência = área da região 1 da curva2. Regime plástico – deformações permanentes Tenacidade = área total da curva (1+2)
  23. 23. Materiais Dúcteis e Frágeis Materiais Dúcteis: Qualquer material que possa ser submetido a grandes deformações antes da ruptura é chamado de material dúctil. Freqüentemente, os engenheiros escolhem materiais dúcteis para o projeto, pois estes são capazes de absorver choque ou energia e, quando sobrecarregados, exibem, em geral, grande deformação antes de falhar. Materiais Frágeis: Os materiais que apresentam pouco ou nenhum escoamento são chamados de materiais frágeis.
  24. 24. Tipos de Falhas
  25. 25. Tipos de Falhas(a) Fratura frágil: pouca deformação, superfícies praticamente paralelas entre si.(b) Fratura muito dúctil: muita deformação, superfícies em forma de cones.(c) Fratura dúctil: há deformação considerável, porém menor do que no exemplo (b).
  26. 26. Relações de Tensão e Deformação Com os dados registrados no ensaio, se determina a tensão nominal ou de engenharia dividindo a carga aplicada P pela área da seção transversal inicial do corpo de prova So. P  So A deformação normal ou de engenharia é encontradadividindo-se a variação no comprimento de referência L,pelo comprimento de referência inicial Lo. L   Lo
  27. 27. Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young σ σp y = a.x σ = E.ε E E=σ/ε εFornece uma indicação da rigidez do material, e depende fundamentalmente dasforças de ligação interatômica do material;Varia com a temperatura;Aumenta com o aumento da temperatura de fusão do material (avaliando materiaisdiferentes);
  28. 28. Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young
  29. 29. Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young O módulo de elasticidade do aço (Eaço= 210 GPa) é cerca de três vezes maior que o correspondente para ligas de alumínio (EAl = 70 GPa), conseqüentemente, quanto maior o módulo de elasticidade, menor a deformação elástica resultante da aplicação de uma determinada carga.
  30. 30. Coeficiente de Poisson (v): Esse coeficiente mede a rigidez do material na direção perpendicular à direção de aplicação da carga uniaxial, considerando εx = εy; O valor numérico desse coeficiente é determinado conforme segue: εy εx
  31. 31. Coeficiente de Poisson (v):
  32. 32. Escoamento A maioria dos metais apresenta nas curvas tensão/deformação, uma transição do comportamento elástico para o comportamento plástico.Curva tensão-deformação: não apresenta Curva tensão-deformação: transição elastoplástica éum limite de escoamento nítido. muito bem definida e ocorre de forma abrupta.
  33. 33. Tensão de Escoamento O limite de escoamento pode ser contínuo ou descontínuo.σe = ??? σp σp = σe contínuo descontínuo
  34. 34. Escoamento ContínuoMetodologia para determinação do limite de escoamento Adotar a tensão correspondente a uma deformação permanente igual ao valor “n”. σe O valor de n pode assumir: Metais e ligas em geral n = 0,2 % (e = 0,002); Cobre e suas ligas n = 0,5 % (e = 0,005); Ligas metálicas muito duras. n = 0,1 % (e = 0,001); 0,002 contínuo
  35. 35. Comportamento tensão-deformação Material Dúctil eFrágil
  36. 36. Corpo de Prova após Ensaio No ensaio de tração, pode-se observar na superfície fraturada três regiões distintas, denominadas zona fibrosa, radial e de cisalhamento. A zona fibrosa, no centro do corpo-de-prova, corresponde à propagação lenta da fratura, predominantemente pelo mecanismo de coalescimento de microcavidades.
  37. 37. Corpo de Prova após EnsaioNa zona radial, predomina a fraturafrágil, de propagação rápida, que produzmarcas radiais na superfície, apontandopara a origem da fratura. A fratura frágilproduz pouca deformação plásticaassociada.A zona de cisalhamento se forma semprejunto à superfície livre, em conseqüênciada diminuição da seção resistente docorpo-de-prova. Isto causa a diminuiçãode sua rigidez e maior possibilidade dedeformação plástica. Nesta região, nota-se o coalescimento das microcavidades.
  38. 38. Corpo de Prova após Ensaio Um corpo-de-prova após fratura, num ensaio de tração, apresenta os aspectos típicos onde a fratura dúctil é denominada “taça e cone”. A zona fibrosa forma a “taça” e a zona de cisalhamento formando o “cone”.

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