Nota de Aula 15 - Ensaio de Tracao_Rev 05

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Ensaio de Tração – Revisão 04 Profa. Lucia Barbosa Página 1 
 
 
 
 
FUNDAÇÃO EDSON QUEIROZ 
UNIVERSIDADE DE FORTALEZA 
 
Centro:________ Disciplina:_______________________ Turma:_________________ 
Data:___/___/___ 
Aluno(a):_______________________________________________Matrícula:_________
 
 
ENSAIOS MECÂNICOS – ENSAIO DE TRAÇÃO 
 
 
2 - TRAÇÃO 
 
2.1 Introdução 
 
A facilidade de execução e a reprodutibilidade dos resultados tornam o ensaio de tração 
o mais importante de todos os ensaios mecânicos. 
 
2.2 Técnica do ensaio 
 
A aplicação de uma força num corpo sólido promove uma deformação do material na 
direção do esforço e o ensaio de tração consiste em submeter um material a um esforço que 
tende esticá-lo ou alongá-lo como pode ser visto na Figura 1. 
 
Figura 1 – Ensaio de tração antes e depois da aplicação da carga 
 
 
Geralmente o ensaio é realizado em um corpo de prova de dimensões padronizadas, 
para que os resultados possam ser comparados ou reproduzidos. Este corpo de prova é fixado 
numa máquina de ensaio que aplica esforços crescentes na sua direção axial. Os esforços ou 
cargas são medidos na própria máquina de ensaio e o corpo de prova é levado até a ruptura. 
 
2.3 Ensaio de tração convencional 
 
A força de tração atua sobre a área da seção transversal do corpo de prova. Tem-se 
assim uma relação entre essa força aplicada e a área da seção do corpo de prova que está 
sendo exigida, denominada tensão. Esse corpo de prova tracionado se deforma no sentido da 
aplicação da força, permitindo a medição de sua deformação longitudinal (comprimento) e 
transversal (área). 
 
• Tensão ⇒ σ = F (kgf/mm2) ou MPa 
 So
 
 
A cada tensão promovida no corpo de prova corresponde uma deformação (definida 
como a variação de uma dimensão qualquer desse corpo por unidade da mesma dimensão). 
 
• Deformação ⇒ ε = ∆L (mm/mm) ou % 
 Lo
 
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Quando um corpo de prova é submetido a um ensaio de tração, a máquina de ensaio 
fornece um gráfico que mostra as relações entre a força aplicada e as deformações ocorridas 
durante o ensaio. Mas o que interessa para determinação das propriedades mecânicas é a 
relação entre tensão e deformação. 
 
A tensão corresponde à força dividida pela área da seção sobre a qual a força é aplicada. 
No ensaio de tração convencional a área da seção utilizada para os cálculos é a área inicial 
(So). Assim é possível construir um gráfico ou diagrama σ x ε. 
 
Os valores de deformação são indicados no eixo das abscissas (x) e os valores de 
tensão são indicados no eixo das ordenadas (y). A curva resultante apresenta certas 
características que são comuns a diversos tipos de materiais usados na área de mecânica. No 
diagrama da Figura 2 pode-se observar três zonas distintas: 
• Zona elástica; 
• Zona de transição; 
• Zona plástica. 
 
Figura 2 – Diagrama σ x ε mostrando as zonas elástica, de transição e plástica 
 
 
ZONA ELÁSTICA 
 
Corresponde à parte linear do diagrama. A relação linear entre tensão (σ) e deformação 
(ε) pode ser expressa por σ = E x ε onde E representa uma constante de proporcionalidade 
conhecida como Módulo de Elasticidade. 
 
O ponto A marcado no gráfico da Figura 2 representa o limite elástico do material. O 
limite elástico recebe este nome porque, se o ensaio for interrompido antes ou até este ponto e 
a força de tração for retirada, o corpo de prova volta à sua forma original, sem deformação 
permanente, como faz um elástico. 
 
Na fase elástica (parte linear do diagrama) os metais obedecem à lei de Hooke onde: 
 
σ α ε → σ = E x ε 
 
O Módulo de Elasticidade (E) é o coeficiente angular da parte linear interna do diagrama 
σ x ε, como pode ser visto na Figura 3 e é diferente para cada material, pois depende da força 
de ligação entre os átomos em cada um. 
 
 Figura 3 – Determinação do módulo de elasticidade 
 
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Porém, a Lei de Hooke só vale até um determinado valor de tensão, denominado limite 
de proporcionalidade, que é o ponto representado pela letra A’ no gráfico da Figura 4, a partir 
do qual a deformação deixa de ser proporcional à carga aplicada. 
 
����Na prática, considera-se que o limite de proporcionalidade e o limite elástico são 
coincidentes. 
 
Figura 4 – Identificação do limite de proporcionalidade 
 
ZONA DE TRANSIÇÃO 
 
Terminada a fase elástica tem início a fase plástica, onde não há mais proporcionalidade 
entre tensão e deformação. No início da fase plástica ocorre o fenômeno do escoamento (zona 
de transição entre a fase elástica e a fase plástica). 
 
A zona de transição é caracterizada pelo fenômeno do escoamento que é um tipo de 
transição heterogênea e localizada, apresentando um aumento relativamente grande da 
deformação com variação pequena da tensão. Durante o escoamento a carga oscila entre 
valores muito próximos uns aos outros, como pode ser visto na Figura 5. O ponto onde ocorre o 
primeiro pico de tensão no escoamento é denominado tensão de escoamento. Para todos os 
fins práticos, esse valor determina o início da zona plástica. 
 
Figura 5 – Identificação do escoamento 
 
ZONA PLÁSTICA 
 
Após o escoamento ocorre o encruamento, que é um endurecimento causado pela 
deformação dos grãos que compõem o material quando deformados a frio. O material resiste 
cada vez mais à tração externa, exigindo uma tensão cada vez maior para se deformar. Nessa 
fase, a tensão começa a subir, até atingir um valor máximo suportado pelo material, 
denominado tensão de resistência e representada pela letra B no gráfico da Figura 6. 
 
Na zona plástica, não existe mais proporcionalidade entre tensão e deformação e, 
havendo descarregamento do material até tensão igual a zero, o material apresenta uma 
deformação permanente ou residual. 
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Figura 6 – Visualização da tensão de resistência 
 
Continuando a tração, chega-se à ruptura do material, que ocorre num ponto chamado de 
tensão de ruptura, representado pela letra C no gráfico da Figura 7. 
 
Figura 7 – Visualização da tensão de ruptura 
 
Pode-se notar que a tensão de ruptura é menor que a tensão de resistência, devido à 
diminuição da área que ocorre no corpo de prova depois que se atinge a carga máxima. 
 
2.4 Propriedades mecânicas obtidas no ensaio 
 
Nos ensaios industriais, as propriedades efetivamente medidas no ensaio de tração são: 
• Tensão de escoamento ⇒ σe =Fe (kgf/mm2) ou N/mm2 ou MPa 
 So
 
• Tensão de resistência ⇒ σr = Fmax (kgf/mm2) ou N/mm2 ou MPa 
 So 
 
• Alongamento ⇒ A = Lf - Lo
 
 mm/mm ou % 
 Lo 
 
• Estricção ou redução de Área ⇒ ϕ = So - Sf
 
 mm2/mm2 ou % 
 So 
 
����Alongamento e estricção são medidas da ductilidade de um material num ensaio de tração. 
 
 
2.5 Tipos de diagramas σσσσ x εεεε 
 
Dependendo do tipo de material ensaiado à tração, é possível obter diferentesdiagramas 
σ x ε, como pode ser observado na Figura 8. 
 
 
 
 
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Figura 8 – Tipos de diagramas σ x ε 
 
• (a) Diagrama representativo de material dúctil; 
• (b) Diagrama representativo de material resistente; 
• (c) Diagrama representativo de material frágil. 
 
2.6 Resiliência x Tenacidade 
 
Apesar do ensaio de tração não ser o tipo de ensaio mais adequado para o estudo das 
propriedades Resiliência e Tenacidade (propriedades relacionadas a ensaios dinâmicos), pode-
se compará-las entre dois materiais mediante a análise do diagrama σ x ε, como pode ser visto 
na Figura 9. 
 
Figura 9 – Resiliência x Tenacidade em um ensaio de tração 
 
 
 
2.7 Medida de Resiliência 
 
A resiliência é uma propriedade relacionada com a zona elástica do material e a 
tenacidade uma propriedade relacionada com a zona plástica do mesmo. É possível determinar 
a rigidez de um material através do diagrama σ x ε, como pode ser visto na Figura 10. 
 
Figura 10 – Avaliação da resiliência entre dois materiais 
 
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σA = EA x εA e σB = EB x εB Como σA = σB tem-se que EA x εA = EB x εB 
 
Como εA < εB → EA > EB 
 
����Isto significa que o material A é mais resiliente que o material B. 
 
2.8 Determinação do limite convencional de escoamento (“n”) 
 
Nos ensaios de tração em geral, a probabilidade de não ser possível a observação do 
escoamento nítido é grande de modo que se deve estar sempre preparado para a 
determinação do limite “n”. O desaparecimento do patamar de escoamento pode ocorrer em 
função: 
• Da composição química; 
• Do processo de fabricação. 
 
O limite convencional “n” de escoamento é um valor convencionado internacionalmente 
para substituir o limite de escoamento. O limite “n” define mais realisticamente a plasticidade 
em termos de tensão necessária para produzir uma deformação mensurável ou que seja 
praticamente significante. 
 
Para determinação do limite “n” de escoamento é necessário o uso de um extensômetro 
e a deformação n% é calculada tomando-se por base o tamanho do braço do extensômetro 
usado. 
 
Quando o desvio de proporcionalidade é expresso em termos de um aumento de 
deformação, tem-se o chamado “limite de desvio” ou “limite n” que é calculado por meio de um 
aumento percentual (n%) na deformação, após a fase elástica. 
 
Geralmente, o valor de “n” é especificado: 
• 0,2% → ligas metálicas em geral (aço, alumínio); 
• 0,1% → aços ou ligas não ferrosas muito duras; 
• 0,01% → aços para molas; 
• 0,5% → ligas de cobre. 
 
O método de determinação do limite convencional de escoamento é gráfico. 
• Para “n” = 0,01%, 0,1% e 0,2% traça-se, a partir do valor de “n” arbitrado, uma reta 
paralela à reta da zona elástica até atingir a curva σ x ε. Nesse ponto traça-se uma reta 
perpendicular ao eixo das tensões para determinar a tensão de escoamento convencional. 
 
• Para “n” = 0,5% traça-se, à partir do valor de “n” arbitrado, uma reta perpendicular ao 
eixo das deformações até atingir a curva σ x ε. Nesse ponto traça-se uma reta perpendicular ao 
eixo das tensões para determinar a tensão de escoamento convencional. 
 
A Figura 11 mostra o método para determinação do limite convencional de escoamento 
com base nos valores de “n”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 11 – Representação gráfica da determinação do limite convencional de escoamento 
 
 
O índice n% deve aparecer quando da explicitação do resultado de ensaio para identificar 
o escoamento convencional. 
Ex: σe = 250 MPa (escoamento nítido) ou σe0,2% = 250 MPa (escoamento convencional). 
 
2.9 Encruamento 
 
A zona plástica caracteriza-se pelo endurecimento por deformação a frio, ou seja, pelo 
encruamento do material. Quanto mais o material é deformado, mais ele se torna resistente 
(até certo ponto). 
 
Esse fenômeno do encruamento mostra que ao se ensaiar um metal, uma interrupção do 
ensaio só pode ser admitida desde que a carga não tenha atingido o escoamento. Caso 
contrário, as propriedades mecânicas obtidas terão sido afetadas pelo encruamento. 
 
2.10 Corpos de prova 
 
Os ensaios de tração são feitos em corpos de prova normalizados pelas várias 
associações de normas técnicas. Essa normalização é necessária para que se utilizem corpos 
de prova de tamanhos compatíveis com as máquinas de ensaio e para que seja possível a 
comparação dos resultados. 
 
Os corpos de prova podem ter seção circular ou retangular, como mostra a Figura 12. 
 
A parte útil do corpo de prova, identificada 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 ensaio 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. 
 
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). 
 
 
 
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Figura 12 – Modelos de corpos de prova normalizados 
 
 
 
���� Se um produto acabado for uma barra ou um arame (fio), um segmento deste poderá ser 
ensaiado diretamente, bastando que o segmento tenha um comprimento suficiente para que 
possa ser preso nas garras da máquina de ensaio e permita medir o alongamento (Ex: barras 
de aço para concreto armado). 
 
2.11 Determinação do alongamento 
 
Para determinação do alongamento, deve-se riscar o corpo de prova, isto é, traçar as 
divisões no comprimento útil. Em um corpo de prova de 50mm as marcações devem ser feitas 
de 5 em 5mm como mostrado na Figura 13. 
 
Figura 13 – Marcações no corpo de prova 
 
 
 
O comprimento inicial (Lo) é medido antes de se submeter o corpo de prova ao ensaio. 
Portanto, para calcular o alongamento, resta saber qual o comprimento final (Lf). Após o 
término do ensaio, junta-se, da melhor maneira possível, as duas partes do corpo de prova. 
Depois, procura-se o risco mais próximo da ruptura e conta-se a metade das divisões (n/2) 
para cada lado. Mede-se então o comprimento final, que corresponde à distância entre os dois 
extremos dessa contagem. 
 
A Figura 14 mostra o método para determinar o comprimento final quando ruptura ocorre 
no centro da parte útil do corpo de prova. 
 
 
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Figura 14 – Forma de medição do comprimento final com n/2 para cada lado 
 
 
 
Mas, se a ruptura ocorrer fora do centro, de modo a não permitir a contagem de n/2 
divisões de cada lado, deve-se adotar o seguinte procedimento, mostrado na Figura 15: 
• Toma-se o risco mais próximo à ruptura; 
• Conta-se n/2 divisões de um dos lados; 
• Acrescentam-se ao comprimento do lado oposto quantas divisões forem necessárias 
para completar as n/2 divisões; 
• A medida de Lf será a somatória de L’ + L’’, conforme mostrado na Figura 15. 
 
 Figura 15 – Forma de medição do comprimento 
 
 
 
2.12 Ensaio de tração real (verdadeiro) 
 
A resistência à tração ou o limite de resistência à tração corresponde à tensão nominal 
obtida pelo quociente entre o valor máximo da cargaobtida no ensaio e a área da seção 
transversal do corpo de prova. 
 
No caso de metais e ligas dúcteis, ocorre um grande estrangulamento ou estricção na 
área da ruptura, de modo que, a rigor, a resistência à tração convencional é menor que a 
tensão máxima real, conforme pode ser vista na Figura 16. 
 
Pela facilidade de execução, nos ensaios industriais utiliza-se o ensaio de tração 
convencional. Os resultados obtidos levam em conta a área inicial do corpo de prova (maior 
que a área final) o que proporciona resultados de tensões menores (a favor da segurança). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 16 - Curvas de tração real e convencional 
 
Referências 
 
SENAI – Telecurso 2000 Profissionalizante. São Paulo. 
 
SOUZA, S. A. Ensaios mecânicos de materiais metálicos. Edgar Blücher, São Paulo. 
1982.