O documento discute as propriedades mecânicas dos materiais, incluindo como determiná-las através de ensaios mecânicos. As propriedades mais importantes são resistência à tração, elasticidade, ductilidade, fadiga, dureza e tenacidade. O ensaio de tração é o método mais comum para avaliar essas propriedades, fornecendo uma curva tensão-deformação que revela informações como módulo de elasticidade e limites de escoamento e resistência.

1. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS
MATERIAIS

2. A determinação e/ou conhecimento das propriedades
mecânicas é muito importante para a escolha do material
para uma determinada aplicação, bem como para o
projeto e fabricação do componente.
As propriedades mecânicas definem o comportamento do
material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas
estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou
transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se
deformar de forma incontrolável.
POR QUÊ ESTUDAR?

3. PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS
• Resistência à tração
• Elasticidade
• Ductilidade
• Fadiga
• Dureza
• Tenacidade
Cada uma dessas propriedades está associada à
habilidade do material de resistir às forças mecânicas
e/ou de transmiti-las

4. COMO DETERMINAR AS PROPRIEDADES
MECÂNICAS?
A determinação das propriedades mecânicas é feita através
de ensaios mecânicos.
Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra
representativa do material) para o ensaio mecânico, já que
por razões técnicas e econômicas não é praticável realizar o
ensaio na própria peça, que seria o ideal.
Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento
das medidas e confecção do corpo de prova para garantir
que os resultados sejam comparáveis.

5. Normalização de métodos
A Normalização dos ensaios tem por objetivo fixar os conceitos
e procedimentos gerais que se aplicam aos diferentes métodos
de ensaios.
Principais normas
ASTM (Ammerican Society for Testing and Materials);
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas);
ISO (International Standards Organization);
DIN (Deutsches Institut für Normung).
NORMAS TÉCNICAS

6. CONCEITOS DE TENSÃO E DEFORMAÇÃO
Para uma carga estática ou relativamente lenta ao longo do tempo aplicada
uniformemente sobre uma seção reta ou superfície de um membro, o
comportamento mecânico pode ser verificado através de um ensaio de tensão-
deformação.
Existem três maneiras as quais a carga pode ser aplicada:
 Tração
 Compressão
 Cisalhamento
Na prática da engenharia, muitas cargas são de natureza torcional, e
não de natureza puramente cisalhante.

8. ENSAIO DE TRAÇÃO
Dentre os diversos tipos de ensaios disponíveis para a avaliação das
propriedades mecânicas dos materiais, o mais amplamente utilizado é o
ENSAIO DE TRAÇÃO.
Ensaio relativamente simples e rápido.
O ensaio de tração pode ser usado para avaliar diversas
propriedades mecânicas dos materiais.

9. ENSAIO DE TRAÇÃO
A amostra é deformada,
geralmente até sua fratura,
mediante uma carga de tração
gradativamente crescente que é
aplicada uniaxialmente ao longo
do eixo mais comprido de um
corpo de prova.
Corpo-de-prova antes e após ensaio de
tração.
Seção transversal original
Durante os ensaios, a
deformação fica confinada à
região central, mais estreita, do
corpo de prova, que possui uma
seção reta uniforme ao longo do
seu comprimento.

10. F
F
Representação esquemática do
ensaio de tração.
ENSAIO DE TRAÇÃO
A máquina de ensaios de tração é
projetada para alongar o corpo de
prova a uma taxa constante, além de
medir contínua e simultaneamente a
carga aplicada e os alongamentos
resultantes;
O ensaio é destrutivo;
O resultado é um gráfico na forma
de carga ou força em função do
alongamento;

11. ENSAIO DE TRAÇÃO
Os resultados obtidos com o ensaio de tração são dependentes de
fatores geométricos do corpo de prova.
Para minimizar esses fatores, a carga e o alongamento são
normalizados de acordo com os seus respectivos parâmetros de tensão
e deformação de engenharia.

12. COMO SE DEFINEM TENSÃO E DEFORMAÇÃO?
• Tensão
• Deformação
oo
oi
l
l
l
ll ∆
=
−
=ε
oA
F
=σ
Sendo:
σ = tensão (Pa);
F = carga instantânea aplicada (N) e
Ao = área da seção reta original antes da
aplicação da carga (m2
).
Sendo:
ε = deformação (adimensional);
li = comprimento instantâneo e
lo = comprimento original.
Como efeito da aplicação de uma tensão, tem-se a deformação
(variação dimensional).
Como efeito da aplicação de uma tensão, tem-se a deformação
(variação dimensional).

13. Deformação (ε)
Tensão(σ)
COMPORTAMENTO DOS METAIS QUANDO
SUBMETIDOS À UMA TENSÃO

14. Então, desta curva, observamos que os metais
podem apresentar dois tipos de deformação:
ELÁSTICAELÁSTICA PLÁSTICAPLÁSTICA

15. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
• Prescede à deformação plástica;
• É reversível;
• Desaparece quando a tensão é
removida;
• É praticamente proporcional à
tensão aplicada (obedece a lei de
Hooke).
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
• É provocada por tensões que
ultrapassam o limite de elasticidade.
• É irreversível porque é resultado do
deslocamento permanente dos
átomos e portanto não desaparece
quando a tensão é removida.
Elástica Plástica

16. EM UMA ESCALA ATÔMICA...
Deformação elástica
• É manifestada por pequenas
alterações no espaçamento
interatômico e na extensão de
ligações interatômicas.
Deformação plástica
• Corresponde à quebra de
ligações com os átomos vizinhos
originais e em seguida formação
de novas ligações com novos
átomos vizinhos, uma vez que
um grande número de átomos ou
moléculas se move em relação
aos outros; com a remoção da
tensão, eles não retornam às
suas posições originais.

17. DA CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO, PODEMOS
OBTER:
Módulo de elasticidade ou módulo de YoungMódulo de elasticidade ou módulo de Young
• É o quociente entre a tensão
aplicada e a deformação elástica
resultante – Lei de Hooke.
• Está relacionado com a rigidez do
material ou à resistência à
deformação elástica.
• Está relacionado diretamente com
as forças das ligações interatômicas.
E = σσ /εε

18. MÓDULO DE ELASTICIDADE
ε
σ
=E
Sendo:
σ = tensão (Pa);
ε = deformação (adimensional);
E = módulo de elasticidade (Pa);

19. MÓDULO DE ELASTICIDADE (E)
Deformação (ε)
Tensão(σ)
σσ = E εε
A lei de Hooke é válida
até este ponto.
σ
Máxima tensão que o material
suporta sem sofrer deformação
permanente.

20. Módulo de elasticidade para algumas ligas
metálicas
Quanto maior o módulo
de elasticidade mais
rígido é o material ou
menor é a sua
deformação elástica
quando aplicada uma
dada tensão.
Quanto maior o módulo
de elasticidade mais
rígido é o material ou
menor é a sua
deformação elástica
quando aplicada uma
dada tensão.
MÓDULO DE ELASTICIDADE
[E]
GPa 106
Psi
Magnésio 45 6.5
AlumÍnio 69 10
Latão 97 14
Titânio 107 15.5
Cobre 110 16
Níquel 207 30
Aço 207 30
Tungstênio 407 59
Fonte: Callister, 2002.

21. CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE MÓDULO
DE ELASTICIDADE
Como conseqüência do módulo de elasticidade estar
diretamente relacionado com as forças interatômicas:
Os materiais cerâmicos tem alto módulo de elasticidade,
enquanto os materiais poliméricos tem baixo.
Com o aumento da temperatura o módulo de elasticidade
diminui.
* Considerando o mesmo material, o módulo de elasticidade
depende apenas da orientação cristalina

22. Relação entre temperatura de fusão e módulo de
elasticidade
Metal
Temperatura de
fusão (o
C)
Módulo de elasticidade
(MPa)
Alumínio 660 70.000
Cobre 1085 127.000
Ferro 1538 210.000
O módulo de
elasticidade é
fortemente dependente
das forças de ligação
entre os átomos.
O módulo de
elasticidade é
fortemente dependente
das forças de ligação
entre os átomos.
As forças de ligação entre os átomos,
e consequentemente o módulo de
elasticidade, são maiores para metais
com temperaturas de fusão mais
elevadas.
As forças de ligação entre os átomos,
e consequentemente o módulo de
elasticidade, são maiores para metais
com temperaturas de fusão mais
elevadas.
Fonte: Garcia, Spim e Santos, 2000.

23. ESBOÇO DA CURVA OBTIDA NO ENSAIO DE TRAÇÃO
Fonte: Garcia, Spim e Santos, 2000.
• AO – região de
comportamento elástico.
• AB – região de
escoamento – se
caracteriza por um
aumento relativamente
grande na deformação,
acompanhado por uma
pequena variação da
tensão.
• BF – região de
comportamento plástico - a
partir de B o material entra
na região plástica, que é
caracterizado pela presença
de deformações
permanentes.

24. LIMITE DE ELASTICIDADE
• Corresponde à
máxima tensão que
o material suporta
sem sofrer
deformação
permanente

25. DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
Elástic
o
Plástico
Deformação (ε)
Tensão(σ)
Deformação (ε)
Tensão(σ) Limite de
escoamento
(a) (b)
(a) Curva tensão x
deformação para um metal
típico. A transição do
comportamento elástico
para o plástico é uma
transição gradual para a
maioria dos metais.
(b) Curva tensão x
deformação típica para o
aço. A transição
elastoplástica é muito bem
definida (ocorre de forma
abrupta).
Fonte: Callister, 2002.

26. LIMITE DE ESCOAMENTO
Onde não observa-se
nitidamente o fenômeno
de escoamento, a tensão de
escoamento corresponde
à tensão necessária para promover
uma deformação permanente de
0,2% ou outro valor especificado
(obtido pelo método gráfico
indicado na fig. ao lado)

27. • Corresponde à tensão máxima
aplicada ao material antes da
ruptura (muitas vezes é superior
à tensão de ruptura)
• É calculada dividindo-se a
carga máxima suportada pelo
material pela área de seção reta
inicial
LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

28. • Corresponde à tensão que
prove a ruptura do material
• O limite de ruptura é
geralmente inferior ao limite de
resistência em virtude de que
a área da seção reta para um
material dúctil reduz-se antes
da ruptura
TENSÃO DE RUPTURA

29. Deformação (ε)
Tensão(σ)
Limite de resistência à
tração - LRT
Deformação (ε)
Tensão(σ)
Limite de resistência à
tração - LRT
Fratura do
material

30. DUCTILIDADE
Representa uma medida
do grau de deformação
plástica que foi suportado
quando da fratura.
Representa uma medida
do grau de deformação
plástica que foi suportado
quando da fratura.
A ductilidade dá uma indicação para o projetista do grau segundo o
qual uma estrutura irá se deformar plasticamente antes de fraturar.

31. A ductilidade pode ser expressa quantitativamente
como:
100% x
l
ll
AL
o
of





 −
=
 Alongamento percentual
(AL%)
Porcentagem da deformação plástica
no momento da fratura
 Estricção (RA%)
Redução da área percentual
100% x
A
AA
RA
o
fo





 −
=

32. RESILIÊNCIARESILIÊNCIA
• Corresponde à capacidade do
material de absorver energia
quando este é deformado
elasticamente e depois, com o
descarregamento, ter essa
energia recuperada.
• Materiais resilientes são
aqueles que têm alto limite de
elasticidade e baixo módulo de
elasticidade (como os materiais
utilizados para molas)

33. TENACIDADE
Representa uma medida da
habilidade de um material em
absorver energia até a sua
fratura.
Representa uma medida da
habilidade de um material em
absorver energia até a sua
fratura.
Para que um material seja
tenaz, este deve apresentar
tanto resistência como
ductilidade.
Para que um material seja
tenaz, este deve apresentar
tanto resistência como
ductilidade.
É a área sob a curva tensão
x deformação até o ponto
de fratura.

34. Freqüentemente, materiais dúcteis são mais
tenazes do que materiais frágeis.
Freqüentemente, materiais dúcteis são mais
tenazes do que materiais frágeis.
Embora, o material frágil tenha maior limite de escoamento e
maior limite de resistência à tração, possui menor tenacidade
do que o material dúctil, em virtude da sua falta de
ductilidade (comparar as áreas ABC e AB’C’).
Embora, o material frágil tenha maior limite de escoamento e
maior limite de resistência à tração, possui menor tenacidade
do que o material dúctil, em virtude da sua falta de
ductilidade (comparar as áreas ABC e AB’C’).

36. Curvas de Tração de Materiais Frágeis
(Materiais Cerâmicos)
Curva tensão x deformação
para a alumina e para o vidro.

37. Curvas de Tração de Materiais Poliméricos
Relação entre a
tensão e a
deformação para:
A- polímero frágil;
B- polímero plástico;
C- elastômero

38. Efeito da temperatura sobre as curvas tensão x
deformação
Curvas tensão x deformação
de engenharia para o ferro
em três temperaturas
diferentes
Efeito da temperatura sobre
as curvas tensão x
deformação de um acrílico.

40. DUREZA
A dureza depende diretamente das forças de ligação entre os
átomos, íons ou moléculas.
A dureza é uma medida da resistência de um material a uma
deformação plástica localizada, como por exemplo, à penetração de um
corpo (uma pequena impressão ou risco).

41. O ensaio consiste na aplicação de
uma carga conhecida através de um
penetrador de geometria conhecida e
na medição da área da impressão
produzida na superfície do corpo de
prova.
Ensaio de grande importância
tecnológica (controle de qualidade)
Dureza, ao contrário do limite de
escoamento e da tenacidade à
fratura, não é um parâmetro
característico do material (depende
da máquina, da carga, do tipo de
penetrador, etc…)
DUREZA

42. DUREZA
Os ensaios de dureza são realizados com mais frequência
do que outros ensaios mecânicos pois:
Eles são simples e baratos;
O ensaio é não-destrutivos;
Outras propriedades mecânicas podem, com frequência, ser
estimadas a partir de dados obtidos para ensaios de dureza, tais como o
limite de tração.

43. Se usa para determinar a dureza dos minerais. Se baseia em que um
corpo é riscado por outro mais duro.
Escala de Mohs:
1 - Talco
2 - Gesso
3 - Calcita
4 - Fluorita
5 - Apatita
6 - Feldspato
7 - Quartzo
8 - Topázio
9 - Coríndon
10 - Diamante
Dureza MOHS

44. 1) Talco (Pedra Sabão)
Arranhável com a unha
Estátuas Aleijadinho
2) Gipsita (Gesso)
Arranhável dificilmente com a unha
Construção Civil
3) Calcita (Calcário)
Arranhável com moeda de cobre
Construção civil
4) Fluorita
Arranhável com faca
Siderurgia (fundente)
DUREZA MOHS

45. 5) Apatita
Dificilmente arranhável com faca
Osso humano (hidroxiapatita)
6) Fedspato
Arranhável com liga de aço
Vidros e cerâmicas brancas
7) Quartzo (ametista)
Capaz de arranhar o fedspato
Vidros
DUREZA MOHS

46. 9) Coríndon (rubi e safira)
Capaz de arranhar o topásio
Pedra preciosa, laser
10) Diamante
Substância mais dura conhecida
Pedra preciosa, lentes
8) Topásio
Capaz de arranhar o quartzo
Pedra semi preciosa
DUREZA MOHS

47. Dureza Brinell
TIPOS DE ENSAIOS PARA MEDIÇÃO
DA DUREZA
Dureza Rockwell
Dureza Vickers