Ensaios Mecânicos - Ensaios Destrutivos

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RESOLUÇÃO DA LISTA DE EXERCÍCIOS ENSAIOS DESTRUTIVOS
1. Conceitue as propriedades relacionadas abaixo:
a) Deformação elástica
b) Deformação plástica
c) Módulo de elasticidade
d) Ductilidade
e) Resiliência
f) Tenacidade
g) Dureza
h) Tensão
2. Analise as afirmações abaixo, classifique-as como verdadeira ou falsa e justifique sua
resposta.
a) Para um projeto de peça cuja deformação elástica deve ser pequena escolhe-se um material
com módulo de Young elevado.
A afirmação é verdadeira, pois quanto maior o módulo de elasticidade de um material,
menor é sua capacidade de deformar-se elasticamente, isto é, maior sua rigidez elástica.
b) O material que apresentou maior capacidade de deformação plástica pode ser considerado
mais dúctil que aquele de menor deformação plástica.
A afirmação é verdadeira, pois a ductilidade de um material pode ser conceituada como
a sua capacidade de deformar-se plasticamente, então quanto mais dúctil, maior sua
deformação plástica.
3. Através de um ensaio detração avaliou-se o comportamento mecânico de um parafuso
utilizado para construção mecânica. Analise os resultados obtidos no gráfico
tensão-deformação em anexo e compare-os com a tabela de valores fornecida pela norma
ABNT para um parafuso classe 5.8. Faça um parecer a respeito destes resultados.
Dados do corpo de prova: do = 10,00mm e lo = braço do extensômetro (50mm)
df = 9,26mm e lf = 59,68mm
σesc
(MPa)
σmáx
(MPa)
A(%) ϕ(%)
400 500 19 25
235 435 19,36 14,25
O material ensaiado não atende as especificações da norma ABNT para um parafuso
classe 5.8. Ficando abaixo das especificações os itens: Tensão de escoamento, tensão
máxima e estricção. Apenas o alongamento obtido durante o ensaio atende a
especificação da norma adotada.
4. Exemplifique graficamente (gráfico tensão-deformação) e explique a influência do trabalho
mecânico (encruamento) feito nos aços para alterar seu comportamento mecânico.
Os aços trabalhados mecanicamente sofrem o fenômeno de encruamento,
sofrendo alterações significativas no seu comportamento mecânico, principalmente
quando se trata de aços baixo carbono. Ocorre um grande acréscimo na sua
resistência mecânica, tensão de escoamento, tensão máxima, resistência ao desgaste e
dureza, em contrapartida ocorre decréscimo na sua ductilidade e tenacidade,
tornando-o mais frágil. Podemos observar este comportamento no gráfico acina que
representa o aço baixo carbono em suas condições normais e depois de encruado.
5. Cite dois fatores que influenciam na determinação do dimensionamento dos corpos de prova
de tração a serem confeccionados.
- resistência máxima presumida do material a ser ensaiado;
- capacidade do equipamento de ensaio.
6. Um corpo de prova cilíndrico precisa ser confeccionado a partir de um aço liga com tensão
máxima presumida de 150 kgf/mm2. Sendo a capacidade máxima de carga do equipamento
disponível igual a 10tf, pode-se confeccionar um corpo de prova padrão ABNT com 10mm de
diâmetro útil? E um corpo de prova reduzido de 8,6mm de diâmetro útil?
Tensão do material = carga máxima 150= 10000
Área transversal pi x r2
r = 4,61 mm → d = 9,22mm
Conclusão: não pode-se confeccionar um c.d.p. padrão de 10mm, de acordo com a norma
ABNT , deve-se confeccionar um c.d.p. reduzido de 8,6mm.
7. Esboce o comportamento mecânico dos aços ao carbono quando submetidos a um ensaio de
tração a altas temperaturas, explique porque ocorre grande variação de resistência mecânica
e plasticidade neste caso.
Os aços ao carbono sofrem grande influência das atas temperaturas, sofrendo
redução em sua resistência mecânica, ou seja, diminui a sua tensão de escoamento,
tensão máxima e dureza. Ocorre também grande acréscimo em sua ductilidade, pela
facilidade com que as discordâncias conseguem se movimentar em sua estrutura
devido a energia fornecida pela temperatura. O gráfico a seguir pode representar este
comportamento.
ENSAIOS DE DUREZA
1. Qual o principal objetivo da realização dos ensaios de dureza?
● Determinar a resistência à penetração dos materiais quando ensaiados quando
submetidos a um esforço aplicado por um identador (penetrador) de alta dureza, por
um determinado período de tempo.
2. Explique o princípio de realização dos ensaios de dureza descritos abaixo:
a) Ensaio de dureza Brinell
● O ensaio consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço temperado, de diâmetro
D, sobre uma superfície plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F,
durante um tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d.
b) Ensaio de dureza Mohs
● Este foi o primeiro método padronizado de ensaio de dureza, e foi baseado no
processo de riscagem de minerais padrões, onde estes eram organizados de forma de
crescente de dureza, numerados de 1 a 10, sendo que o 1 é o talco e o 10 o diamante.
c) Ensaio de dureza Rockwell
● Neste método, a carga do ensaio é aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma
pré-carga, para garantir um contato firme entre o penetrador (esfera de aço ou cone de
diamante) e o material ensaiado, e depois aplica-se a carga do ensaio propriamente
dita.
● A leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à máquina de
ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada à faixa de dureza do
material
d) Ensaio de dureza Vickers
● O ensaio de dureza Vickers se baseia na resistência que o material oferece à
penetração de um identador piramidal, de diamante de base quadrada e ângulo entre
faces de 136º, sob uma determinada carga.
3. Explique por que o ensaio de dureza Brinell é indicado para a determinação da dureza de
materiais heterogêneos, como ferros fundidos e latões.
• Por que o ensaio Brinell possibilita a utilização de uma esfera de 10 mm, produzindo
grandes calotas na peça. Por isso esta é a mais adequada para medir materiais
heterogêneos, que têm a estrutura formada por duas ou mais fases de dureza muito
discrepantes (ferros fundidos, bronzes etc). Esferas de diâmetros menores produziriam
calotas menores e, no caso de materiais heterogêneos, poderia ocorrer de se estar
medindo a dureza de apenas uma das fases. Com isso, o valor de dureza seria diferente
do esperado para o material.
4. O que é microdureza? Como esta pode ser determinada e em que casos é aplicada?
● As técnicas de microdureza envolvem o mesmo procedimento prático que o ensaio
Vickers de dureza, com a utilização de microcargas, ou seja, cargas menores que 1 kgf.
A carga pode ter valores tão pequenos como 10 gf.
5. Elabore uma tabela comparativa a respeito das técnicas de ensaio de dureza ( colunas:
método, vantagens, limitações, tipo de edentador, tipo de leitura).
ENSAIO DE
DUREZA IDENTADOR
DETERMINAÇÃO
DA DUREZA LEITURA VANTAGENS LIMITAÇÕES
HB
Esferas de
aço
temperado
A dureza é
determinada em
função área da
calota impressa
na amostra
HB = 2F
Π.D.(D-√(D2-
d2)
Materiais
heterogêneos,
rápido, fácil
Grandes
marcações,
limitação de
dureza
HR
Esferas de
aço
temperado,
Cone de
diamante
A dureza é
determinada em
função da
profundidade de
penetração do
identador.
Direta
Pode ser
usado até em
materiais de
alta dureza,
leitura direta
Escala
fracionada
HV
Pirâmide de
diamante de
base
quadrada
A dureza é
determinada em
função da área do
losango regular
impresso na
amostra
HV=1,8544F
d2
Amplo
espectro de
dureza,
marcações
microscópicas
Preparação
rigorosa da
superfície da
amostra
MIRODUREZA
Pirâmide de
diamante de
base
quadrada
A dureza é
determinada em
função da área do
losango regular
impresso na
amostra
HV=1,8544F
d2
Pode ser
aplicada em
casos que as
escalas de
dureza
normais não
têm efifiência.
Preparação
metalográfica
da superfície
da amostra
6. Cite as etapas de realização do ensaio Rockwell.
7. Determine o valor da dureza Brinell para os exercícios abaixo:
a) Uma peça de aço (Fc= 30) ensaiada por Brinell com esfera de 2,5mm e que apresentou
calota esférica impressa de 1,05mm.
Fc = F F = 187,5 kgf
D2
HB = 206
b) Uma peça confeccionada com liga mole de cobre (Fc=5), ensaiada por Brinellcom esfera de
2,5mm e apresentou calota esférica impressa de 0,55mm.
Fc = F F = 31,25 kgf
D2
HB = 150
8. O que determina a cor da escala em que se faz a leitura na dureza Rockwell?
● A cor de leitura é determinada pela escala de ensaio utilizada, levando em
consideração o tipo de edentador utilizado na técnica.
9. Uma chapa de aço de dureza presumida de 45HRC, com 1,08mm de espessura pode ser
ensaiada pelo método Rockwell, respeitando a norma para espessura mínima?
ENSAIO DE COMPRESSÃO
10.Qual o principal objetivo da realização do ensaio de compressão?
● O ensaio de compressão visa avaliar o comportamento dos materiais quando
submetidos a uma carga compressiva que tende a achatá-los até a ruptura.
11. Explique o método de realização do ensaio de compressão, incluindo quais os principais
resultados que podem ser obtidos através deste.
● Nos ensaios de compressão, os corpos de prova são submetidos a uma força axial
para dentro, distribuída de modo uniforme em toda a seção transversal do corpo de
prova.
● O resultado obtido é um gráfico tensão-deformação;
● As propriedades mecânicas mais avaliadas por meio do ensaio são: limite de
proporcionalidade, limite de escoamento, módulo de elasticidade e carga máxima.
12.Diferencie o equipamento utilizado no ensaio de tração do equipamento usado no de
compressão.
● Do mesmo modo que o ensaio de tração, o ensaio de compressão pode ser executado
na máquina universal de ensaios, com a adaptação de duas placas lisas - uma fixa e
outra móvel. É entre elas que o corpo de prova é apoiado e mantido firme durante a
compressão.
13.Explique por que o ensaio de compressão é mais indicado para testar a resistência dos
materiais frágeis, e não é um ensaio muito bem indicado para testar a resistência de metais
dúcteis.
● O ensaio de compressão é mais utilizado para materiais frágeis, uma vez que nesses
materiais a fase elástica é muito pequena, não é possível determinar com precisão as
propriedades relativas a esta fase em um ensaio de tração.
● O ensaio de compressão não é muito utilizado para os metais em razão das
dificuldades para medir as propriedades avaliadas neste tipo de ensaio. Pois ocorre o
atrito entre o corpo de prova e as placas da máquina de ensaio, então a deformação
lateral do corpo de prova é barrada pelo atrito entre as superfícies do corpo de prova e
da máquina. Para diminuir esse problema, é necessário revestir as faces superior e
inferior do corpo de prova com materiais de baixo atrito (parafina, teflon etc).
14.Por que pode acontecer o fenômeno de empenamento durante a realização do ensaio de
compressão?
● A flambagem, isto é, encurvamento do corpo de prova decorre da instabilidade na
compressão do metal dúctil dependendo das formas de fixação do corpo de prova.
● A flambagem ocorre principalmente em corpos de prova com comprimento maior em
relação ao diâmetro. Por esse motivo, dependendo do grau de ductilidade do material,
é necessário limitar o comprimento dos corpos de prova, que devem ter de 3 a 8 vezes
o valor de seu diâmetro. Em alguns materiais muito dúcteis esta relação pode chegar a
1:1 (um por um).
● Outro cuidado a ser tomado para evitar a flambagem é o de garantir o perfeito
paralelismo entre as placas do equipamento utilizado no ensaio de compressão.
Deve-se centrar o corpo de prova no equipamento de teste, para garantir que o esforço
de compressão se distribua uniformemente.
15.Para que serve a realização do ensaio de compressão em molas? E em tubos?
● Em tubos: Para a obtenção de resultados qualitativos em relação a este produto final.
● Em molas: determinação do coeficiente da mola.
ENSAIO DE IMPACTO e FLUÊNCIA
16.Quais os principais objetivos da realização dos ensaios abaixo:
a) Ensaio de impacto
● O ensaio de impacto tem como objetivo estudar os efeitos das cargas dinâmicas nos
materiais em diversas temperaturas. Este ensaio é usado para medir a tendência de um
metal de se comportar de maneira frágil.
b) Ensaio de fluência
● O ensaio de fluência visa estudar o fenômeno da deformação lenta, sob ação de uma
carga constante aplicada durante longo período de tempo a uma temperatura superior. A
40% da Temp, de Fusão.
17.Explique os métodos de realização dos ensaios a seguir, incluindo quais os principais
resultados que podem ser obtidos através destes:
a) Ensaio de impacto
● O ensaio de impacto consiste em medir a quantidade de energia absorvida por uma
amostra do material, quando submetida à ação de um esforço de choque de valor
conhecido.
● O equipamento correspondente é o martelo pendular. O pêndulo é levado a uma certa
posição, onde adquire uma energia inicial. Ao cair, ele encontra no seu percurso o
corpo de prova, que se rompe.
● A sua trajetória continua até certa altura, que corresponde à posição final, onde o
pêndulo apresenta uma energia final. A diferença entre as energias inicial e final
corresponde à energia absorvida pelo material (Ea = em Joules)
b) Ensaio de fluência
• Mantem-se o material ou peça sob ação de uma carga constante aplicada durante longo
período de tempo a, no mínimo, uma temperatura superior a 0,4vezesTemperatura de
fusão em Kelvin. A deformação sofrida em um espaço de tempo normatizado é o
resultado final do ensaio. Curva DeformaçãoxTempo.
18.Cite e explique os três principais fatores que podem causar a fratura frágil nos materiais
metálicos.
● velocidade de aplicação da carga suficientemente alta;
● trinca ou entalhe no material;
● temperatura de uso do material suficientemente baixa
19.Explique como podemos realizar ensaios de impacto a baixas temperaturas.
● Resfriando os corpos de prova até a temperatura desejada, por 15 minutos.
20.Quais os resultados que podem ser obtidos através dos ensaios de impacto?
● Energia absorvida pelo corpo de prova;
● Aspecto da fratura do corpo de prova;
● Temperatura de transição
21.O que é temperatura de transição? Como poderemos determiná-la (estimá-la)?
● A temperatura de transição é aquela em que ocorre uma mudança no caráter da ruptura
do material, passando de dúctil a frágil ou vice-versa. A faixa de temperatura de
transição compreende o intervalo de temperatura em que a fratura se apresenta com
70% de aspecto frágil (cristalina) e 30% de aspecto dúctil (fibrosa) e 70% de aspecto
dúctil e 30% de aspecto frágil.
22.Todos os materiais metálicos sofrem transição com as baixas temperaturas? Explique.
● Não, Os metais CFC não sofrem influência das baixas temperaturas enquanto que
os metais CCC tornam-se frágeis à baixas temperaturas.
ENSAIO DE FADIGA
1. Como ocorre o fenômeno de fadiga nos metais?
● Fadiga é a ruptura de componentes, sob uma carga bem inferior à carga máxima
suportada pelo material, devido a solicitações cíclicas repetidas.
2. Que tipo de esforços causam o fenômeno de fadiga?
● A Fadiga é causada por esforços cíclidos ou repetitivos
3. Como ocorre a fratura por fadiga?
● A ruptura por fadiga começa a partir de uma trinca (nucleação) ou pequena falha
superficial, que se propaga ampliando seu tamanho, devido às solicitações cíclicas.
Quando a trinca aumenta de tamanho, o suficiente para que o restante do material
não suporte mais o esforço que está sendo aplicado, a peça se rompe
repentinamente.
4. Como constrói-se uma curva S-N? O que ela representa?
● Os resultados do ensaio de fadiga geralmente são apresentados numa curva
tensão-número de ciclos, ou simplesmente curva S-N.
5. Como é realizado o ensaio de fadiga e quais seus principais resultados?
● O ensaio de resistência à fadiga é um meio de especificar limites de tensão e de tempo
de uso de uma peça ou elemento de máquina. É utilizado também para definir
aplicações de materiais.
● É sempre preferível ensaiar a própria peça, feita em condições normais de produção.
Molas, barras de torção, rodas de automóveis, pontas de eixo etc. são exemplos de
produtos normalmente submetidos a ensaio de fadiga.
● Quando não é possível o ensaio no próprio produto, ou se deseja comparar materiais, o
ensaio é feito em corpos de prova padronizados.
6. Quaisos principais cuidados para aumentar a resistência à fadiga das peças metálicas?