11a aula -_propriedades_mecanicas

MATERIAIS I
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Bauru, setembro de 2012
1

• Tensão: carga mecânica que age na
unidade de área sob a qual a carga foi
aplicada
- Tração e compressão = 𝝈 =
𝑭
𝑨 𝟎
2
tração compressão cisalhamento

• Tensão de cisalhamento: força necessária
para produzir escorregamento
𝝉 =
𝑭
𝑨
𝒄𝒐𝒔𝝀𝒄𝒐𝒔𝝓
3
Φ = ângulo entre a direção da
força e a normal ao plano de
escorregamento
λ = ângulo entre a direção da
força e a direção do
escorregamento

• Tensão: exercício
-um barra de alumínio com 12,7 mm de diâmetro
está submetida a uma força de 11.120 N. Calcule a
tensão nominal na barra, em Pa.
4

• Tensão de cisalhamento: exercício
Um monocristal de zinco está sendo tracionado com
a normal ao se plano formando 60° com o eixo da
tração e com a direção de escorregamento
formando 40° com o eixo da tração.
(a)Qual a tensão de cisalhamento atuando na
direção de deslizamento quando uma tensão de
tração de 0,690 MPa é aplicada?
(b)Que tensão de tração é necessária para alcançar
a tensão de cisalhamento crítica de 0,94 MPa?
5

• Deformação: alteração de tamanho por
unidade de comprimento
- Tração e compressão = 𝜺 =
𝒍 𝒇−𝒍 𝒊
𝒍 𝒊
6
sem deformação tração compressão

• Deformação de cisalhamento: tangente do
ângulo de cisalhamento
𝜸 = 𝒕𝒈𝜶
7

• Deformação: exercício
Uma amostra de alumínio comercialmente puro com
1,27 cm de largura, 0,10 cm de espessura e 20,3 cm
de comprimento, com duas marcas na parte central
à distância de 5,1 cm é deformada de modo que a
distância entre as marcas passe a ser 6,7 cm.
Calcule a deformação e a deformação percentual
sofrido pela amostra.
8

• Deformação elástica: deformação reversível
• Deformação plástica: deformação permanente
9
configuração
inicial tração
configuração
final
configuração
inicial
tração configuração
final

 Deformação plástica – distorção e reformulação
das ligações atômicas
• devido ao cisalhamento plástico ou
escorregamento
(a)3 planos
(b)6 planos
(c)4 planos 10

• Deformação elástica – exemplo
Na ausência de tensão, a distância de separação
entre os centros de dois átomos de ferro é 0,2480
nm (ao longo de uma direção [111].
Sob uma tensão de tração ao longo dessa direção, a
distância de separação atômica aumenta para
0,2489 nm. Calcule a deformação elástica ao longo
da direção [111].
11

• Coeficiente de Poisson: relação entre deformação
axial e longitudinal
𝝂 =
𝜺 𝒙
𝜺 𝒚
12x
y

• Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young (E):
relação entre deformação axial e longitudinal
𝐄 =
𝝈
𝜺
13

• Módulo de Cisalhamento: inclinação da parte
linear da curva tensão cisalhante-deformação
cisalhante
𝐆 =
𝝉
𝜸
• Relação entre o Módulo de Elasticidade e o
Módulo de Cisalhamento
𝑬 = 𝟐𝑮(𝟏 + 𝝂)
14

• Comportamento dos materiais
15

 Comportamento tensão-deformação
• Taxa de deformação
- sob tração: 𝜺 (s-1)
- sob cisalhamento: 𝜸 (s-1)
16

 Tensão e Deformação Verdadeiras
• Tensão verdadeira: 𝝈 𝒕 =
𝑭
𝑨
• Deformação verdadeira: 𝜺 = 𝒍𝒏
𝑨 𝟎
𝑨
17

 Tensão e Deformação Verdadeiras – exercício
Compare as tensão e deformação convencionais
com o tensão de deformação verdadeira de um aço
carbono com as seguintes características:
• Carga aplicada: 75.620 N
• Diâmetro inicial: 12,7 mm
• Diâmetro final: 12,0 mm
18

 Ensaio de Tração: Curva Tensão-deformação
19

20

21

22
deformação
elástica
deformação
plástica

 Ensaio de Tração: limite de escoamento
23

24

 Ensaio de Tração – exercício
25
Carga Δl Calculadas
Tensão Deformação
0 0,000
4.448 0,0254
13.345 0,0762
22.241 0,1270
31.138 0,1778
33.362 0,762
35.141 2,032
35.586 3,048
35.363 4,064
33.806 5,207
ruptura
carga
máxima
Utilizando os dados
da Tabela, calcule a
tensão e a
deformação de
engenharia e
desenhe a curva
tensão deformação.
Dado: 12,827 mm
de diâmetro e 50,8
mm de
comprimento inicial

 Propriedades obtidas no Ensaio de Tração
• Resistência a tração – tensão correspondente à
máxima força aplicada
• Propriedade elástica
- Modulo de elasticidade – inclinação da curva
tensão-deformação na região elástica
• Tensão de ruptura – tensão correspondente à
força de ruptura
26

• Tenacidade – energia absorvida por um material
antes de fraturar
• Módulo de Resiliência - capacidade do material de
absorver energia quando este é deformado
elasticamente
27
𝐸 𝑅 =
1
2
× 𝜎𝑒𝑠𝑐𝑜𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜× 𝜀 𝑒𝑠𝑐𝑜𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

 Propriedades obtidas no Ensaio
de Tração
• Ductilidade – deformação plástica
de um material sem se romper
- alongamento percentual
% 𝒂𝒍𝒐𝒏𝒈𝒂𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 =
𝒍 𝒇 − 𝒍 𝟎
𝒍 𝟎
× 𝟏𝟎𝟎
- Estricção – redução percentual de
área
𝒆𝒔𝒕𝒓𝒊𝒄çã𝒐 =
𝑨 𝟎 − 𝑨 𝒇
𝑨 𝟎
× 𝟏𝟎𝟎
28
ductilidade

• Ductilidade – exemplo
Uma amostra de liga de alumínio de comprimento
inicial de 50,8 mm e diâmetro inicial de 12,827
mm, tem comprimento final de 55,753 mm e
diâmetro final de 10,109 mm. Calcule a
ductilidade do corpo de prova.
29

• Efeito da temperatura
Curva tensão-deformação propriedades de tração
30

• Módulo de elasticidade versus direção
cristalina
31
[111] [110]

 Dureza dos Materiais – resistência da
superfície de um material à penetração por um
objeto rígido
• Ensaios: Brinell
32
  
mmD
dDDD
F2
HB
22
10




• Dureza dos Materiais – Ensaio Rockwell
33

 Dureza dos Materiais
• Ensaios: Brinell - exemplo
Um ensaio de dureza Brinell é feito em um ferro
dúctil usando uma esfera de 10 mm de diâmetro de
carbeto de tungstênio.
Uma carga de 3000 kg produz uma impressão com
diâmetro de 3,91 mm na superfície do ferro.
Calcule o HB dessa liga.
34
  
mmD
dDDD
F2
HB
22
10




• Fluência - fluência é definida como a
deformação permanente, dependente do tempo e
da temperatura, quando o material é submetido
à uma carga constante.
35
Taxa de fluência
𝝐 =
𝜟𝜺
𝜟𝒕
𝝐 = 𝑪𝒆𝒙𝒑 −
𝑸 𝒇
𝑹𝑻
R = cte dos gases
T = temperatura em Kelvin
C = constante
Qf é a energia de ativação

• Fluência – efeito da temperatura
36

• Fluência – exemplo
Em uma experiência laboratorial de fluência a
1.000°C, uma taxa de fluência é de 5x10-1% por
hora de uma liga metálica.
A energia de ativação é de 200 kJ/mol.
Prever a taxa de fluência a uma temperatura de
600°C.
37

• Fratura
38
Fratura dúctil Fratura frágil

• Fratura
39
Fratura dúctil Fratura frágil

• Fratura dúctil - mecanismo
40
a- formação do pescoço
b- formação de cavidades
c- coalescimento das
cavidades para
promover uma trinca
ou fissura
d- formação e
propagação da trinca
em um ângulo de 45
graus em relação à
tensão aplicada
e- rompimento do
material por
propagação da trinca

• Fadiga
• falha ou ruptura de estruturas sujeitas à forças
dinâmicas e cíclicas
• o material rompe com tensões muito inferiores à
correspondente à resistência à tração
• É comum ocorrer em estruturas como pontes,
aviões, componentes de máquinas, entre outras.
• ocorre com a formação e propagação de uma
trinca.
• A trinca inicia-se em pontos onde há imperfeição
estrutural ou de composição e/ou de alta
concentração de tensões
• A superfície da fratura é geralmente
perpendicular à direção da tensão à qual o
material foi submetido.
41

 Fadiga
• Vida de fadiga – tempo que um material resiste
sob uma tensão cíclica específica
• Resistência a fadiga – tensão máxima na qual a
fratura por fadiga não ocorrerá por um dado
número de ciclos
42

MATERIAIS I
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