Ensaios-2[1]

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<p>4</p><p>FUNDAÇÃO DE ASSISTÊNCIA E EDUCAÇÃO – FAESA</p><p>FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITO – SANTENSES</p><p>CURSO ENGENHARIA MECÂNICA</p><p>FABIO DE OLIVEIRA CONCEIÇÃO</p><p>GABRIEL SOARES DE SOUZA ANDRADE</p><p>JULIO CESAR ZAVARIZ</p><p>LUIZ GUSTAVO VIEIRA SEPULCHRO</p><p>MARCELL DE SOUZA PINHEIRO</p><p>RENAN SOUZA COSTA</p><p>WALLACE EVANGELISTA DOS SANTOS</p><p>RELATÓRIO</p><p>DESVIO MÉDIO PADRÃO - AÇO 1045</p><p>VITÓRIA</p><p>2024</p><p>FABIO DE OLIVEIRA CONCEIÇÃO</p><p>GABRIEL SOARES DE SOUZA ANDRADE</p><p>JULIO CESAR ZAVARIZ</p><p>LUIZ GUSTAVO VIEIRA SEPULCHRO</p><p>MARCELL DE SOUZA PINHEIRO</p><p>RENAN SOUZA COSTA</p><p>WALLACE EVANGELISTA DOS SANTOS</p><p>RELATÓRIO</p><p>DESVIO MÉDIO PADRÃO - AÇO 1045</p><p>Trabalho apresentado a disciplina de ensaios mecânicos do período V do curso de engenharia mecânica com o objetivo de realizar a comparação dos ensaios de impacto realizados com os corpos de prova do aço 1045 através do desenvolvimento de um gráfico desvio médio padrão.</p><p>VITÓRIA</p><p>2024</p><p>SUMÁRIO</p><p>1.	INTRODUÇÃO	4</p><p>1.1.	OBJETIVO GERAL	4</p><p>1.2.	OBJETIVO ESPECÍFICO	5</p><p>1.3.	JUSTIFICATIVA	5</p><p>2.	MATERIAIS E MÉTODOS	7</p><p>3.	RESULTADOS E DISCUSSÕES	11</p><p>4.	CONCLUSÃO	16</p><p>5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	18</p><p>1. INTRODUÇÃO</p><p>A capacidade de um material para absorver energia e resistir à fratura sob impacto é uma propriedade crucial, especialmente para aplicações que exigem alta resistência mecânica. Os ensaios de impacto, particularmente o ensaio Charpy, são empregados extensivamente para avaliar a tenacidade à fratura dos materiais, simulando condições de carga dinâmica e rápida que podem ocorrer em cenários reais. O aço 1045 é conhecido por suas boas propriedades mecânicas e é amplamente utilizado em componentes que suportam cargas de impacto.</p><p>Este estudo foca na análise do comportamento do aço 1045 submetido a ensaios de impacto Charpy em diversas temperaturas, objetivando entender como a variação térmica afeta sua tenacidade à fratura. Os resultados obtidos nesses ensaios indicam variações na energia absorvida, sugerindo uma dependência da tenacidade à fratura com a temperatura de teste. Este trabalho irá desenvolver um gráfico de média e desvio padrão para cada g rupo de ensaios, proporcionando uma análise quantitativa das variações observadas.</p><p>Este gráfico não só destacará a consistência dos resultados dentro de cada série de ensaios, mas também permitirá uma comparação direta entre as diferentes condições de teste. A investigação visa proporcionar um entendimento mais aprofundado das propriedades mecânicas do aço 1045 e sua aplicabilidade em diferentes ambientes operacionais.</p><p>1.1. OBJETIVO GERAL</p><p>O objetivo geral deste trabalho acadêmico é investigar como diferentes temperaturas afetam a tenacidade à fratura do aço 1045, por meio de ensaios de impacto Charpy. Especificamente, o estudo procura entender a relação entre a temperatura de ensaio e a energia absorvida durante a fratura, quantificando a consistência e a variabilidade dos resultados através da análise estatística de desvio padrão para cada série de temperaturas testadas.</p><p>Este entendimento abrangente ajudará a determinar as condições ótimas de uso do aço 1045 em aplicações que envolvem cargas dinâmicas e impactos, contribuindo assim para uma aplicação mais segura e eficaz deste material em contextos industriais e de engenharia.</p><p>1.2. OBJETIVO ESPECÍFICO</p><p>Com a construção do gráfico podemos analisar o desvio padrão para cada série de ensaios de impacto Charpy realizados no aço 1045 em diferentes temperaturas, a fim de identificar e quantificar as variações na energia absorvida durante a fratura. Especificamente, este objetivo visa:</p><p>1. Calcular o desvio padrão para cada conjunto de dados coletados nos cinco ensaios de temperatura, proporcionando uma métrica quantitativa da variabilidade da tenacidade à fratura do aço 1045 sob diferentes condições térmicas.</p><p>2. Identificar padrões de comportamento do material em relação às mudanças de temperatura, definindo como as zonas dúcteis e frágeis são afetadas por extremos térmicos.</p><p>3. Avaliar a consistência dos resultados dentro de cada série de ensaios para verificar a precisão das condições experimentais e a reprodutibilidade dos dados.</p><p>Ao atingir este objetivo específico, será possível compreender melhor o comportamento do aço 1045 sob carga de impacto em variadas condições ambientais, contribuindo assim para a otimização de seu uso em aplicações que requerem alta resistência ao impacto.</p><p>1.3. JUSTIFICATIVA</p><p>Com a necessidade de compreender de maneira precisa e detalhada como as variações de temperatura influenciam a tenacidade à fratura do aço 1045 em ensaios de impacto Charpy. Esses ensaios são essenciais para determinar a resistência de materiais a cargas de impacto súbitas, as quais são comuns em diversas aplicações industriais e de engenharia.</p><p>Contudo, a precisão desses resultados pode ser comprometida por variáveis como a temperatura durante o teste, que pode afetar significativamente a absorção de energia e a propagação de fraturas.</p><p>Adicionalmente, variações na fixação dos corpos de prova ou em suas condições iniciais podem introduzir inconsistências nos resultados. Isso pode ocorrer devido a deslocamentos não previstos no momento do impacto, resultando em uma absorção de energia diferente da esperada e, consequentemente, em uma interpretação equivocada da tenacidade à fratura do material.</p><p>Portanto, ao realizar uma série de ensaios sob condições controladas e variadas de temperatura e ao aplicar análises estatísticas, como o cálculo de desvio padrão, este estudo visa eliminar essas margens de erro. Ao assegurar a precisão na preparação e na execução dos testes, o trabalho propõe fornecer um entendimento mais profundo e confiável sobre o comportamento do aço 1045 sob diferentes condições térmicas, contribuindo assim para uma aplicação mais segura e eficiente deste material em contextos críticos de uso.</p><p>.</p><p>2. MATERIAIS E MÉTODOS</p><p>Para a realização do ensaio de impacto Charpy foi necessário utilizar alguns materiais. Abaixo segue lista de materiais utilizados.</p><p>· Barra quadrada de aço 1045 10mmx10mmx1000mm;</p><p>· Broca aço rápido 2mm;</p><p>· Disco de corte;</p><p>· Álcool 70%;</p><p>· Água;</p><p>· Gelo seco;</p><p>· Pinça;</p><p>· Multímetro;</p><p>Para preparação dos corpos de prova foi utilizado barra quadrada de aço 1045 de 10x10x1000mm. Foi possível recortar em 18 peças de 55m, dos padrões de corpo de prova, foi selecionado o padrão tipo B, conforme figura:</p><p>FIGURA - 1 (Corpo de prova B)</p><p>A usinagem foi realizada na seguinte sequência:</p><p>1º - Realizados marcações nas peças para usiná-las, respeitando as dimensões do padrão escolhido;</p><p>FIGURA – 2 (Marcações nas peças)</p><p>2º - posteriormente, usando uma furadeira de bancada com uma broca de 2mm, foi realizado furos nas peças para obter um raio no fundo da cavidade.</p><p>FIGURA – 3 (Furos nos corpos de prova)</p><p>3º - Na sequência, utilizando uma esmerilhadeira com um disco de corte de 1,6 mm, foi realizado o corte para obter a cavidade ou entalho conforme o padrão apresentado.</p><p>FIGURA – 4 (Obtendo o entalhe no corpo de prova)</p><p>Após a realização desses passos, os 18 corpos de prova foram entalhados para serem utilizados no ensaio.</p><p>FIGURA – 5 (Todos os 18 corpos de prova)</p><p>Para a realização do ensaio as peças foram separadas e organizadas para serem utilizadas nas seguintes temperaturas: 4 amostras na temperatura de -60ºC; 3 amostras na temperatura de 0ºC; 4 amostras na temperatura ambiente de 23º C; 3 amostras na temperatura de 160º C; 1 amostra na temperatura de 190 °C e 3 amostras na temperatura de 240ºC.</p><p>Após a divisão das peças para as respectivas temperaturas de ensaio, realizou-se os procedimentos para alcançar as temperaturas desejáveis. Utilizou-se uma mistura de gelo seco e álcool para alcançar a temperatura de -60 °C, uma mistura de água e gelo seco para alcançar a temperatura de 0 °C. Quatro peças foram reservadas para se manterem à temperatura ambiente. Um forno industrial foi utilizado para alcançar as temperaturas de 160, 190 e 240 °C.</p><p>As peças nas suas respectivas temperaturas foram posicionadas uma a uma na máquina de ensaio de impacto Charpy. A cada ensaio anotou-se</p><p>as temperaturas e o quanto de energia foi absorvida no momento do impacto. O ensaio em si consiste em zerar o ponteiro no mostrador, com o martelo preso, após posicionar o corpo de prova, o martelo é solto, causando o impacto. O impacto gera o movimento do ponteiro no mostrador, onde é possível realizar a leitura. O martelo volta, e é preso novamente no movimento de subida. Dessa forma, o ensaio foi realizado.</p><p>3. RESULTADOS E DISCUSSÕES</p><p>Após ser realizado o ensaio nas 18 peças, foi possível analisar o tipo de fratura obtida, podendo ser frágil, dúctil ou uma mistura das duas. Abaixo segue tabela com os valores de energia absorvida em cada temperatura. Foram consideradas temperaturas padrões, porém houve diferenças nas temperaturas devido o tempo entre retirar o corpo de prova do forno ou da mistura com gelo seco, posicionar na máquina e realizar o ensaio.</p><p>FIGURA – 8 (Tabela final da energia absorvida nos ensaios)</p><p>Energia absorvida (J) por temperatura</p><p>-60 °C</p><p>0 °C</p><p>23 °C</p><p>160 °C</p><p>190 °C</p><p>240 °C</p><p>11</p><p>40</p><p>46</p><p>56</p><p>63</p><p>54</p><p>10</p><p>34</p><p>39</p><p>59</p><p>54</p><p>8</p><p>36</p><p>44</p><p>64</p><p>53</p><p>10</p><p>46</p><p>MÉDIA</p><p>9,75</p><p>36,67</p><p>43,75</p><p>59,67</p><p>63</p><p>53,67</p><p>DESVIO PADRÃO</p><p>1,09</p><p>2,49</p><p>2,86</p><p>3,30</p><p>0</p><p>0,47</p><p>Abaixo segue imagem da fratura dos corpos de prova na temperatura de -60 °C.</p><p>FIGURA – 9 (Fratura nos corpos de prova a -60 ºC)</p><p>Os corpos de prova que foram ensaiados na temperatura de -60 °C apresentaram a menor energia de impacto absorvida. Baixas temperaturas facilitam a ocorrência de fraturas frágeis nos materiais, pois os átomos não possuem energia suficientes para se reorganizarem, sofrendo uma ruptura inesperada. Verificou-se que a região de ruptura dos corpos de prova apresenta uma região totalmente granular e brilhante, o que caracteriza uma ruptura frágil.</p><p>Abaixo segue imagem da fratura dos corpos de prova na temperatura de 0 °C.</p><p>FIGURA – 10 (Fratura nos corpos de prova a 0 ºC)</p><p>Os corpos de prova ensaiados na temperatura de 0 °C, quando comparados aos corpos de prova anteriores, absorveram uma quantidade maior de energia. Apesar da oxidação dificultar a observação plena da área, identificou-se que a região de fratura é na maior parte uma fratura frágil, pois apresenta características granular e brilhante. Observa-se também uma região mais fibrosa próxima da indicação vermelha, caracterizando uma região dúctil.</p><p>Abaixo segue imagem da fratura dos corpos de prova na temperatura de 23 °C.</p><p>FIGURA - 11 (Fratura nos corpos de prova a 23 ºC)</p><p>Os corpos de prova ensaiados na temperatura de 23 °C, considerada a temperatura ambiente, absorveram mais energia que os corpos de prova</p><p>Os corpos de prova ensaiados na temperatura de 23 °C, considerada a temperatura ambiente, absorveram mais energia que os corpos de prova anteriores, porém não houve grandes diferenças. Apesar desse fato, a região da fratura dos corpos de prova a 23 °C apresentaram regiões frágil e dúctil bem definidas. Verificou-se que a região frágil está na indicação vermelha e a região dúctil na indicação azul. As regiões apresentam as características granular/brilhante e fibrosa/opaca, para a fratura frágil e fratura dúctil, respectivamente.</p><p>Abaixo segue imagem da fratura dos corpos de prova na temperatura de 160 °C.</p><p>FIGURA – 12 (Fratura nos corpos de prova a 160 ºC)</p><p>A região da fratura nos corpos de prova na temperatura de 160 °C possuem, em grande parte, característica fibrosa, o que constitui uma fratura dúctil. Isso ocorre devido à temperatura elevada, que fornece mais energia aos átomos, facilitando que a deformação ocorro de maneira uniforme. A energia absorvida, quando comparada aos corpos de prova anteriores, é maior, o que contribui para o fato de ser uma fratura dúctil. Apesar da maior parte da área ser fibrosa, os corpos de prova apresentam pequenas partes granulares e brilhantes, caracterizando regiões frágeis.</p><p>Abaixo segue imagens da fratura dos corpos de prova na temperatura de 190 °C e 240 °C.</p><p>FIGURA – 13 (Fratura nos corpos de prova a 190 e 240 ºC, respectivamente)</p><p>Na imagem da esquerda está apresentado o corpo de prova na temperatura de 190 °C, na imagem da direita estão os corpos de prova na temperatura de 240 °C. Nas duas temperaturas os resultados obtidos na região da fratura das amostras são semelhantes. Identificou-se, em ambos os casos, uma área fibrosa e opaca, tendo como resultado uma fratura dúctil. Esse é um resultado de acordo com o esperado, devido à alta temperatura utilizada no ensaio. Em relação a absorção de energia, a amostra na temperatura de 190 °C absorveu um pouco mais do que as amostras nas temperaturas de 240 °C, mas por ter sido feito o ensaio em somente uma peça na temperatura de 190 °C, isso pode ser resultado de uma diferença no entalhe, no tempo entre a retirada da peça do forno e a realização do ensaio de fato.</p><p>Quando comparado com os resultados obtidos nas amostras a 160 °C, a energia absorvida não é muito diferente, concluindo-se que nessa faixa de temperatura o material tem um comportamento próximo quando ensaiado diferentes corpos de prova.</p><p>Após todas as peças serem ensaiadas, serem feitas as análises referentes aos tipos de fraturas e os resultados da absorção de energia de impacto pelas amostras, foi possível realizar a traçagem do gráfico para definir a região de fratura frágil, fratura dúctil e a região de transição.</p><p>FIGURA – 14 (Gráfico final dos ensaios realizados)</p><p>Região de transição</p><p>Fratura dúctil</p><p>Fratura frágil</p><p>A partir da tabela e do gráfico traçado, é possível verificar que a região de fratura frágil, para o aço 1045 está entre as temperaturas de -60 °C e 10 °C. Entre as temperaturas de 10 °C e 160 °C é possível identificar uma zona de transição, onde há fraturas dúcteis e frágeis, em maior e menor proporção. Acima de 160 °C é possível verificar que os corpos de prova sofreram somente fratura dúctil, devido a alta temperatura.</p><p>Com o gráfico resultante do ensaio é possível realizar a especificação das aplicações adequadas para o aço 1045, evitando aplicar o material em temperaturas onde o comportamento natural não seja adequado para a situação. Também é possível trabalhar com adições de elementos para que o material se comporte de acordo com o necessário em determinada temperatura, evitando acidentes e prejuízos.</p><p>4. CONCLUSÃO</p><p>Este trabalho possibilitou entender como um ensaio mecânico de impacto, especificamente o ensaio de Charpy, realmente funciona. Ajudou a compreender a real utilidade de um ensaio mecânico na avaliação da tenacidade da fratura dos materiais e como um entalhe é importante para a realização dos ensaios. O trabalho realizado pelo grupo se refere a um relatório descrevendo a quantidade de energia absorvida pelos corpos de prova em diferentes temperaturas.</p><p>Para a conclusão deste trabalho acadêmico, definiram-se um objetivo geral e três objetivos específicos. O objetivo geral é o ponto principal e mais básico deste trabalho, pois ele se refere a entender a relação entre as diferentes variações de temperatura e os diferentes resultados produzidos pelas peças, tanto na energia absorvida quanto na estrutura do material pós-impacto.</p><p>Como é possível observar durante este relatório, cada temperatura desempenhou um papel diferente na situação do corpo de prova, como a temperatura -60 ºC, que resultou em uma baixa absorção de energia e na obtenção de uma fratura frágil. Já a temperatura 170 ºC, que devido ao tempo de retirada do forno e posicionamento da peça foi reduzida para 160 ºC, resultou em uma absorção de energia maior do que os testes anteriores e possibilitou a criação de uma fratura dúctil no corpo de prova.</p><p>Já em relação aos objetivos específicos, como foi utilizado vários corpos de prova para as diferentes temperaturas, foi possível perceber a consistência dos resultados pós-impacto, possuindo poucas diferenças entre as energias obtidas de uma mesma temperatura. Isso possibilitou uma média bem próxima dos resultados e um baixo desvio padrão. O que significa que os corpos de prova estavam, todos, em proporções</p><p>parecidas e os testes foram realizados e concluídos com sucesso.</p><p>No final deste trabalho, conclui-se que quando as peças estão em baixa temperatura elas absorvem pouca energia do impacto e a ocorrência de fratura frágil é mais frequente, devido a pouca energia disponível para os átomos se reorganizarem. Já em temperaturas mais quentes ocorre o oposto, os corpos absorvem mais energia e a ocorrência de fratura dúctil é mais frequente, devido a maior energia disponível para os átomos.</p><p>Entretanto, como é possível perceber no resultado da temperatura de 190 ºC, os resultados também podem variar devido a diferenças nos entalhes, tempo da retirada da peça no forno e no próprio ensaio realizado.</p><p>5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>1.0900000000000001	2.4900000000000002	2.86	3.3	0	0.47	1.0900000000000001	2.4900000000000002	2.86	3.3	0	0.47	-60	0	23	160	190	240	9.75	36.67	43.75	59.67	63	53.67	Temperatua (°C)</p><p>Energia de Impacto (J)</p><p>image1.png</p><p>image2.png</p><p>image3.png</p><p>image4.png</p><p>image5.png</p><p>image6.png</p><p>image7.png</p><p>image8.png</p><p>image9.png</p><p>image10.png</p><p>image11.png</p>