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1 ENSAIOS DESTRUTIVOS 1. INTRODUÇÃO 1.1. Ensaios Mecânicos Os ensaios mecânicos são métodos utilizados para avaliar materiais e produtos, uma vez que permitem identificar as características dos mesmos e investigar sua conformidade. Podem ser classificados, dependendo do tipo de informação requerida, em: • ENSAIOS DESTRUTIVOS: utilizados para determinação das propriedades mecânicas dos materiais. Esses ensaios deixam marcas no material avaliado ou promovem a ruptura / inutilização do mesmo. • ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS: utilizados geralmente para a determinação de algumas propriedades físicas dos materiais bem como para detectar falhas do mesmo. Não deixam marcas no material ensaiado. Na engenharia, seja para o projeto e manufatura de pequenos ou grandes componentes, é fundamental entender o comportamento do material com que se trabalha em suas várias condições de uso (temperatura, carga, tipo e frequência de aplicação do esforço, etc). Para isso, é imprescindível que o projetista tenha conhecimento das propriedades mecânicas dos materiais, determinadas através dos ensaios mecânicos destrutivos. Embora os valores de propriedades de muitos materiais comumente usados na engenharia possam ser obtidos de tabelas, muitas vezes é necessário testar os materiais durante a fabricação. Portanto, é importante que os técnicos e engenheiros tenham conhecimento das metodologias de execução dos ensaios e do significado de cada grandeza obtida. O quadro 01 apresenta alguns dos ensaios mecânicos mais comuns. Quadro 01: Classificação dos ensaios mecânicos ENSAIOS MECÂNICOS NÃO DESTRUTIVO Não comprometem a integridade da peça DESTRUTIVO Comprometem a integridade da peça Ensaio visual Líquido penetrante Partículas magnéticas Correntes parasitas Ultrassom Radiação penetrante (raios x e raios γ) Estanqueidade Emissão acústica Termografia Tração Dobramento Torção Compressão Embutimento Dureza Fluência Impacto Fadiga Tipos de carregamento: ESTÁTICO - Carga lenta QUASE ESTÁTICO - Carga constante DINÂMICO - Carga rápida ou cíclica 2 Nos projetos de engenharia é fundamental avaliar como os carregamentos atuam sobre os componentes e conjuntos, uma vez que para o dimensionamento destes deve-se considerar as cargas nas mesmas condições que serão aplicadas. Por exemplo, o material de uma peça quando submetido a uma carga aplicada gradativamente e que permaneça constante ao longo do tempo, terá um comportamento diferente daquele em que a carga seja aplicada subitamente ou que varie de intensidade com o tempo. Os tipos comuns de carregamento são: • ESTÁTICO: a carga é aplicada gradativamente e permanece sem variações de intensidade ao longo do tempo. Figura 01: Carregamento estático • QUASE ESTÁTICO: a carga é aplicada subitamente e depois permanece sem variações de intensidade ao longo do tempo. Figura 02: Carregamento quase estático • DINÂMICO: o tempo é uma das variáveis na aplicação da carga, podendo ser constante ou apresentar variações de intensidade ao longo do tempo. Impacto: a carga é aplicada pela colisão de objetos e grandes forças ocorrem num período curto de tempo. Admite-se que no impacto não ocorre perda de energia e assim, pelo princípio da conservação de energia, toda ela será transferida ao objeto atingido, sem perdas. Variável no tempo: a carga aplicada varia ao longo do tempo, geralmente causando tensões que eventualmente podem levar a ruína pela fadiga do material. Figura 03: Carregamento dinâmico por impacto carga carga carga 3 A escolha do ensaio mecânico mais adequado ou mais interessante para cada produto não é aleatória. Depende da finalidade do material, dos tipos de esforços que esse material irá sofrer e das propriedades mecânicas que se deseja medir. Em geral, existem especificações para todo o tipo de produto fabricado e nessas especificações constam os ensaios mecânicos que devem ser realizados para se saber se determinado produto está em conformidade com a finalidade proposta. Nos ensaios mecânicos destrutivos utilizam-se corpos de prova (amostra do material), já que por razões técnicas e econômicas quase nunca é praticável realizar o ensaio na própria peça. Também é imprescindível a utilização de normas técnicas para o procedimento de obtenção das medidas e confecção dos corpos de prova (CDP), a fim de garantir que os resultados sejam comparáveis. 1.2. Normas Técnicas De acordo com a definição internacional, norma é um “documento estabelecido por consenso e aprovado por um organismo reconhecido, que fornece, para uso comum e repetitivo, regras, diretrizes ou características para atividades ou seus resultados, visando à obtenção de um grau ótimo de ordenação em um dado contexto”. É importante salientar que convém que as normas sejam baseadas em resultados consolidados do conhecimento científico e da experiência acumulada a fim de garantir a qualidade, a segurança e a eficiência na aplicação de produtos e serviços. Com a globalização e a crescente comercialização de produtos entre diversos países a importância da utilização de normas técnicas tem sido cada vez mais evidente, pois incluem, mas não se limitam a especificações de materiais, métodos de ensaio e de análise, normas de cálculo e segurança, terminologia técnica de materiais, de componentes, de processos de fabricação, simbologias para representação em fórmulas e desenhos, padronizações dimensionais, entre outros. Quando se trata da realização de ensaios mecânicos, o que mais se utiliza são as normas referentes à especificação de materiais e ao método de ensaio. Qualquer que seja a origem do produto, os testes pelos quais o mesmo é submetido em seu país de origem devem poder ser repetidos nas mesmas condições e em qualquer lugar do mundo. Um método descreve o correto procedimento para se efetuar um determinado ensaio mecânico. Desse modo, seguindo-se sempre o mesmo método, os resultados obtidos para um mesmo material são semelhantes e reprodutíveis onde quer que o ensaio seja executado. O método de ensaio fornece, ainda, os requisitos exigidos para o equipamento que vai ser usado, além do tamanho e forma dos corpos de prova a serem ensaiados. Também define os conceitos importantes relacionados ao ensaio em questão e menciona como os resultados devem ser fornecidos em um relatório final. As normas técnicas mais utilizadas pelos laboratórios de ensaios em materiais são as normas particulares de indústrias ou empresas governamentais e às de associações técnicas ou associações regionais, exemplificadas a seguir. • ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas); • AFNOR (Association Fran-çaise de Normalisation); • ASME (American Society of Mechanical Engineers); • ASTM (American Society for Testing and Materials); • BSI (British Standards Institution); • DIN (Deutsches Institui für Normung); • ISO (International Organization for Standardization); • JIS (Japanese Industrial Standards); • SAE (Society of Automotive Engineers); • AMN (Associação Mercosul de Normalização); 4 • CEN (European Commitee for Standardization); • COPANT (Comissão Panamericana de Normas Técnicas). 1.3. Tipos e Solicitações em Componentes Mecânicos Materiais sólidos tendem a deformar-se (ou, eventualmente, se romper) quando submetidos a solicitações mecânicas. A Resistência dos Materiais é um ramo da engenharia que tem como objetivo o estudo do comportamento de elementos construtivos sujeitos a esforços, de forma que eles possam ser adequadamente dimensionados para suportá-los nas condições previstas de utilização. Desta forma, para determinação de propriedades mecânicas dos materiais, são aplicados sobre os mesmos esforços mecânicos, conforme exemplificado a seguir. • TRAÇÃO (tension): caracteriza-se pela tendênciade alongamento do elemento na direção da força atuante. Figura 04: Esforço de tração • COMPRESSÃO (compression): a tendência é uma redução do elemento na direção da força de compressão. Figura 05: Esforço de compressão • FLEXÃO (bending): ocorre uma deformação na direção perpendicular à da força atuante. Figura 06: Esforço de flexão 5 • TORÇÃO (torsion): forças atuam em um plano perpendicular ao eixo e cada seção transversal tende a girar em relação às demais. Figura 07: Esforço de Torção • FLAMBAGEM (buckling): é um esforço de compressão em uma barra de seção transversal pequena em relação ao comprimento, que tende a produzir uma curvatura na barra. Figura 08: Esforço de flambagem • CISALHAMENTO (shearing): forças atuantes tendem a produzir um efeito de corte, isto é, um deslocamento linear entre seções transversais. Figura 09: Esforço de cisalhamento 6 Em muitas situações práticas ocorre uma combinação de dois ou mais tipos de esforços. Em alguns casos há um tipo predominante e os demais podem ser desprezados, mas há outros casos em que eles precisam ser considerados conjuntamente. Os ensaios destrutivos são utilizados para determinar as propriedades mecânicas de materiais submetidos a esses esforços. 1.4. Propriedades Mecânicas As propriedades mecânicas constituem as características mais importantes dos metais para sua aplicação nos vários campos da engenharia, visto que o projeto e a execução dos produtos são realizados com base no conhecimento das mesmas. As propriedades mecânicas estabelecem o comportamento de um material quando sujeito a esforços de natureza mecânica e correspondem às propriedades que, num determinado material, definem a sua capacidade de transmitir e resistir aos esforços que lhe são aplicados, sem romper ou sem que produzam deformações incontroláveis. São exemplos de propriedades mecânicas: • RESISTÊNCIA (strength): é a maior ou menor capacidade que o material tem de resistir a um determinado tipo de esforço (tração, compressão, flexão, cisalhamento, torção e flambagem). O material que primeiro deforma-se permanentemente é o que apresenta menor resistência. Não é necessário que se rompa. • ELASTICIDADE (elasticity): deformação elástica, ou seja, deformação não permanente. Capacidade de retornar a forma e dimensões originais quando cessado o esforço que o deformou. • PLASTICIDADE (plasticity): deformação plástica, ou seja, deformação permanente. Capacidade de apresentar deformação permanente apreciável, sem se romper. Cessados os esforços, o material não volta a sua forma original. • DUCTILIDADE (ductility): elevada capacidade de deformação plástica. É a capacidade que o material tem de aceitar deformação plástica. Quanto maior o grau de deformação plástica que se consegue sem que ele se rompa, maior a ductilidade do material. Quanto mais duro for material, menos dúctil ele é. • FRAGILIDADE (brittleness): ausência de capacidade de deformação plástica. São materiais que não apresentam nenhuma deformação plástica, apenas elástica. Quando submetidos a esforços que ultrapassem a deformação elástica eles se rompem. • RIGIDEZ (stiffness): Para um material elástico quanto menor for a sua deformação para uma mesma solicitação, mais rígido será este material. • RESILIÊNCIA (resilience): capacidade de absorver energia durante a deformação elástica e de liberá-la quando o esforço é retirado. Também definida como a capacidade de resistência ao choque sem deformação permanente. • TENACIDADE (toughness): alia alta resistência a boa resiliência e boa ductilidade. Apresenta excelente comportamento elástico e bom comportamento plástico. É a capacidade de absorver energia durante o impacto e transformá-la em deformação plástica. Em outras palavras, é a quantidade de energia necessária para provocar a ruptura do material. • DUREZA (hardness): resistência que um material opõe à penetração de outro corpo. MATERIAIS / SITES CONSULTADOS: • https://www.domingosdeazevedo.com/mef/car
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