Aula 6 - Propriedades mecanicas dos metais

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Propriedades Mecânicas dos Metais
Prof. Jomar Berton Junior
E-mail: jomar.junior@ifpr.edu.br
Introdução
Muitos materiais, quando em serviço, estão sujeitos a forças ou cargas.
Em tais situações, torna-se necessário conhecer as características do material e
projetar, de tal maneira que qualquer deformação resultante não seja excessiva e
não ocorra fratura.
O comportamento mecânico de um material reflete a relação entre a sua resposta
ou deformação a uma carga ou força que esteja sendo aplicada. Algumas
propriedades mecânicas importantes são a resistência, a dureza, a ductilidade e a
rigidez
Introdução
As propriedades mecânicas dos materiais são verificadas pela execução de
experimentos de laboratório cuidadosamente programados, que reproduzem o
mais fielmente possível as condições de serviço.
Tipos de carga
• Tração;
• Compressão;
• Flexão/cisalhamento;
• Torção
Tipos de carga
• Também influencia se a mesma é constante ao longo do tempo ou
então flutuar continuamente.
• O tempo de aplicação pode ser de apenas uma fração de segundo,
ou pode se estender ao longo de um período de muitos anos
Introdução
• Geralmente, os materiais são selecionados para aplicações
estruturais devido às suas combinações desejáveis de
características mecânicas.
• Vamos estudar principalmente o comportamento mecânico dos
metais;
• polímeros e cerâmicos são tratados separadamente, pois eles são,
em grande parte, mecanicamente diferentes dos metais.
Introdução
Para conhecer mais as propriedades dos materiais, precisamos
realizar testes.
Tipos de ensaios mecânicos
Existem vários critérios para classificar os ensaios mecânicos. A
classificações que adotaremos agrupa os ensaios em dois blocos:
• ensaios destrutivos;
• ensaios não destrutivos.
Ensaios destrutivos;
• Tração
• Compressão
• Cisalhamento
• Dobramento
• Flexão
• Embutimento
• Torção
• Dureza
• Fluência
• Fadiga
• Impacto
Ensaios não destrutivos;
• Visual;
• Líquido penetrante;
• Partículas magnéticas;
• Emissão Acústica;
• Ultra-som;
• Radiografia industrial.
Introdução
• A elasticidade é um exemplo de propriedade mecânica. Pode ser
definida como a capacidade que um material tem de retornar à sua
forma e dimensões originais quando cessa o esforço que o
deformava.
Tensão e Deformação
Se uma carga é estática ou se ela
se altera de uma maneira
relativamente lenta ao longo do
tempo e é aplicada uniformemente
sobre uma seção reta ou superfície
de um membro, o comportamento
mecânico pode ser verificado
mediante um simples ensaio de
tensão-deformação
Tensão e Deformação
Um dos ensaios mecânicos de tensão-deformação mais comuns
é executado sob tração. Como será visto, o ensaio de tração pode
ser usado para avaliar diversas propriedades mecânicas dos
materiais que são importantes em projetos.
Tensão e Deformação
O resultado de um ensaio de tração deste tipo é registrado por um
gráfico, na forma de carga ou força em função do alongamento.
Essas características carga-deformação são dependentes do
tamanho da amostra.
Para minimizar esses fatores geométricos, a carga e o alongamento
são normalizados de acordo com os seus respectivos parâmetros
de tensão de engenharia e deformação de engenharia
Módulo de Elasticidade
O grau ao qual uma estrutura se deforma ou se esforça depende da
magnitude da tensão imposta. Para a maioria dos metais que são
submetidos a uma tensão de tração em níveis relativamente baixos,
a tensão e a deformação são proporcionais entre si, de acordo com
a relação
Esta relação é conhecida por lei de Hooke, e a constante de
proporcionalidade E (GPa ou psi) é o módulo de elasticidade, ou
módulo de Young.
Módulo de Elasticidade
O processo de deformação no qual a tensão e a deformação são
proporcionais é chamado de deformação elástica; um gráfico da
tensão (ordenada) em função da deformação (abscissa) resulta em
uma relação linear.
Módulo de Elasticidade
A inclinação (coeficiente angular) deste segmento linear
corresponde ao módulo de elasticidade E. Esse módulo pode ser
considerado como sendo uma rigidez, ou uma resistência do
material à deformação elástica. Quanto maior for esse módulo,
mais rígido será o material ou menor será a deformação elástica
que resultará da aplicação de uma dada tensão.
Exercício
Um pedaço de cobre originalmente com 305 mm (12 pol.) de
comprimento é puxado em tração com uma tensão de 276 Mpa
(40.000 psi). Se a sua deformação é inteiramente elástica, qual
será o alongamento resultante?
Tensão e Deformação
O modulo de elasticidade tende a diminuir conforme o aumento da
temperatura.
Tensão e Deformação
Um parâmetro denominado
coeficiente de Poisson ν é
definido como a razão entre
as deformações lateral e
axial.
Tensão e Deformação
Para a maioria dos materiais
metálicos, a deformação elástica
ocorre apenas até deformações de
aproximadamente 0,005.
Conforme o material é deformado
além desse ponto, a deformação
não é mais proporcional à tensão
aplicada (a Lei de Hooke, deixa de
ser válida), e ocorre uma
deformação permanente, não
recuperável, ou deformação
plástica.
Tensão e Deformação
Escoamento e Resistência ao 
Escoamento
A maioria das estruturas é projetada para assegurar que ocorra apenas
deformação elástica quando uma tensão for aplicada.
Portanto, torna-se desejável conhecer o nível de tensão no qual tem início a
deformação plástica, ou no qual ocorre o fenômeno do escoamento. Para
metais que apresentam essa transição gradual de deformação elástica para
deformação plástica, o ponto de escoamento pode ser determinado como
aquele onde ocorre o afastamento inicial da linearidade na curva tensão-
deformação; esse ponto é algumas vezes chamado de limite de
proporcionalidade,
Escoamento e Resistência ao 
Escoamento
É difícil medir com precisão a posição desse
ponto P. Então, como consequência dessa
dificuldade, foi estabelecida uma convenção
em que uma linha reta é construída
paralelamente à porção elástica da curva
tensão-deformação em alguma pré-
deformação especificada, que, geralmente, é
de 0,002. A tensão correspondente à
interseção dessa linha com a curva tensão-
deformação conforme esta se inclina na região
plástica é definida como o resistência ao
escoamento σl ou σe. Isso está demonstrado
na figura ao lado.
Limite de Resistência à Tração
Após ultrapassado o limite de
resistência ao escoamento, a tensão
necessária para continuar a
deformação plástica nos metais
aumenta até um valor máximo, o
ponto M na Figura, e então diminui até
a eventual fratura do material, no ponto
F. O limite de resistência à tração,
LRT (MPa), é a tensão no ponto
máximo da curva tensão-
deformação.
Tensão e Deformação
Exercício
A partir do comportamento tensão-deformação em tração para a amostra de latão mostrada na Figura, determine o seguinte: 
(a) O módulo de elasticidade.
(b) A tensão limite de escoamento a um nível de pré-deformação de 0,002.
(c) A carga máxima que pode ser suportada por um corpo de prova cilíndrico com um diâmetro original de 12,8 mm. 
(d) A variação no comprimento de um corpo de prova originalmente com 250 mm que é submetido a uma tensão de tração 
de 345 MPa.
Tabela de propriedades dos materiais
Ductibilidade
A ductilidade é outra propriedade mecânica importante. Ela é uma medida do
grau de deformação plástica desenvolvida até a fratura. Um metal que sofre uma
deformação plástica muito pequena, ou mesmo nenhuma deformação plástica
até a fratura, é denominado frágil.
Resiliência
Tenacidade
Tenacidade é um termo mecânico que pode ser usado em vários contextos.
Em um deles, tenacidade é uma propriedade indicativa da resistência de um
material à fratura quando uma trinca (ou outro defeito concentrador de tensões)
está presente.
Outra maneira de definir tenacidade é como a habilidade de um material absorver
energia e se deformar plasticamente antes de fraturar.
Tenacidade
Dureza
Outra propriedade mecânica que pode ser importante considerar é a dureza, uma
medida da resistência de um material a uma deformação plásticalocalizada (por
exemplo, uma pequena indentação ou um risco).
Os ensaios de dureza são realizados com maior frequência que qualquer outro ensaio
mecânico, por diversas razões:
1. Eles são simples e baratos — ordinariamente, nenhum corpo de prova especial
precisa ser preparado, e os equipamentos de ensaio são relativamente baratos.
2. O ensaio é não destrutivo — o corpo de prova não é fraturado, tampouco é
excessivamente deformado; uma pequena indentação é a única deformação.
3. Com frequência, outras propriedades mecânicas podem ser estimadas a partir dos
dados de dureza, como, por exemplo, o limite de resistência à tração.
Dureza
Dureza
Referências Bibliográficas
CALLISTER, William D.; RETHWISCH, David G. Ciência e engenharia de 
materiais: uma introdução. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 817 p.
Padilha, A.F. Materiais de Engenharia. Hemus. São Paulo. 1997
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