Propriedades Mecânicas dos Materiais

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PRINCÍP. DA CIÊNCIA E TEC. DOS MATERIAIS
AULA 03
Iran Aragão
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Objetivo da aula
Ao final desta aula, você deverá conhecer:
Conceito de Tensão; 
Lei de Hooke; 
Identificação dos esforços atuantes de Tração, Compressão, Cisalhamento, Flexão, Torsão e Flambagem; 
Identificação das Propriedades Mecânicas de Resistência Mecânica, Elasticidade, Dutilidade, Plasticidade, Tenacidade, Resiliência, Dureza, Resistência a Fadiga e a Fluência
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 Tipos de deformações:
 Elásticas: os átomos se afastam das posições originais sem ocuparem novas posições. O material retorna às suas dimensões originais, quando é cessada o motivo da deformação.
 Plásticas: ao retirarmos o esforço, o material não retorna às suas dimensões originais. Suas dimensões originais ficam alteradas após cessar o esforço externo.
INTRODUÇÃO
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 Estudo do comportamento mecânico dos materiais, utilizando o Ensaio de Tração e o Diagrama Tensão x Deformação.
	Ensaio Tração (Corpo de Prova):
 Considerando uma barra cilíndrica de área S0 e comprimento L0 submetida a um esforço externo P (uniaxial) na direção de seu eixo principal.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
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ESFORÇOS DE TRAÇÃO E COMPRESSÃO
Tensão e deformação são suficientemente pequenas.
A constante de proporcionalidade entre tensão e deformação denomina-se LEI DE HOOKE.
S.I: Newton/metro (N/m)
ELASTICIDADE
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TIPOS DE ESFORÇOS EXTERNOS
Tração: A força atuante tende a provocar um alongamento do elemento na direção da mesma.
Compressão: A força atuante tende a provocar um alongamento do elemento na direção da mesma.
Flexão: A força atuante provoca uma deformação do eixo perpendicular à mesma.
Torção: Forças atuam em um plano perpendicular ao eixo e cada seção transversal tende a girar em relação às outras.
Flambagem: É um esforço de compressão em uma barra de seção transversal pequena em relação ao comprimento, que tende a produzir uma curvatura na barra.
Cisalhamento: Forças atuantes tendem a produzir um efeito de corte, isto é, um deslocamento linear entre seções transversais.
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 Diagrama resultante do ensaio de tração. Neste ensaio traciona-se um corpo de prova cilíndrico até que sofra fratura em uma máquina de tração com velocidade constante. 
DIAGRAMA TENSÃO x DEFORMAÇÃO
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 Os registros da carga atuante e das deformações são registrados automaticamente pela máquina em forma de gráfico de Carga x Deformação, do qual poderá ser retirado os valores de carga máxima, carga de ruptura e de escoamento, que divididos pela área do corpo de prova, fornecem os valores de Tensão Máxima ou Limite de resistência, Tensão de Ruptura ou Limite de Ruptura e de Tensão de Escoamento ou Limite de Escoamento.
DIAGRAMA TENSÃO x DEFORMAÇÃO
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 A relação entre a tensão e a deformação elástica de um material foi demonstrada em 1678 por Robert Hooke que ficou conhecida como lei de Hooke e podemos escrever:
σ = ε . E
 Sendo a constante “ E “ conhecida como o módulo de elasticidade ou módulo de Young, representada pela tangente do ângulo formado pelo gráfico Tensão x Deformação no período elástico com o eixo da “deformação“. É uma propriedade de cada material.
LEI DE HOOKE
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 O módulo de elasticidade é a medida da rigidez do material. Quanto maior for o módulo, menor será a deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão e mais rígido será o material. Esta propriedade é muito importante na seleção de materiais para fabricação de molas.
LEI DE HOOKE
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σ = F / A e σ = ε . E 
assim:
F / A = ε . E mas ε = Δl / l e teremos:
F / A = Δl . E / l o que nos dá:
Δl = F . l / E . A
LEI DE HOOKE (ALOGAMENTO)
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DIAGRAMA TENSÃO x DEFORMAÇÃO
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DIAGRAMA TENSÃO x DEFORMAÇÃO
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Define-se alongamento como
δ =LF - Lo
A deformação longitudinal pode ser dada em termos do alongamento: εxx=δ/L
Cada material possui propriedades que são determinadas experimentalmente.
Algumas propriedades estão no diagrama tensão deformação. (σxx εxx). Existem materiais dúcteis e frágeis.
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DIAGRAMA TENSÃO x DEFORMAÇÃO
Limite elástico: O ponto marcado no final da parte reta do gráfico da Figura representa o limite elástico. Se o ensaio for interrompido antes deste ponto e a força de tração for retirada, o corpo volta à sua forma original, como faz um elástico.
Limite de proporcionalidade
A lei de Hooke só vale até um determinado valor de tensão, denominado limite de proporcionalidade, 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 de elasticidade são coincidentes.
Escoamento
No início da fase plástica ocorre um fenômeno chamado escoamento. O escoamento caracteriza-se por uma deformação permanente do material sem que haja aumento de carga, mas com aumento da velocidade de deformação. Durante o escoamento a carga oscila entre valores muito próximos uns dos outros.
Limite de resistência
Após o escoamento ocorre o encruamento, que é um endurecimento causado pela quebra 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 recomeça a subir, até atingir um valor máximo num ponto chamado de limite de resistência.
Limite de ruptura
Continuando a tração, chega-se à ruptura do material, que ocorre num ponto chamado limite de ruptura. Note que a tensão no limite de ruptura é menor que no limite de resistência, devido à diminuição da área que ocorre no corpo de prova depois que se atinge a carga máxima.
Estricção
É a redução percentual da área da seção transversal do corpo de prova na região onde vai se localizar a ruptura. A estricção determina a ductilidade do material. Quanto maior for a porcentagem de estricção, mais dúctil será o material.
Diagrama Tensão - Deformação: Materiais Dúcteis
 Quando uma grande deformação plástica ocorre entre o limite de elasticidade e o ponto de fratura, dizemos que esse material é DUCTIL. 
Ex: Fio de ferro, deforma mas não quebra.
Diagrama Tensão - Deformação: Materiais Frágeis
 No entanto quando a fratura ocorre imediatamente após ultrapassar o limite de elasticidade, o material é (QUEBRADIÇO) FRÁGIL. Ex: Fio de aço do piano que rompe ao ultrapassar o limite elástico.
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DIAGRAMA TENSÃO x DEFORMAÇÃO
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Calcule a deformação elástica que acontece em um tirante que está submetido a uma força de tração de 8 000 N. O tirante tem seção circular constante cujo diâmetro vale 6 mm, seu comprimento é 0,3 m e seu material tem módulo de elasticidade valendo 2,1 x 105 N / mm2. 
EXERCÍCIO
Δl = F . l / E . A
EXERCÍCIO
  = E. = E.L/L0  L = L0/E 
E é obtido de uma tabela: ECu = 11.0 x 104 MPa 
Assim: L = 276 . 305/11.0 x 104 = 0.76 mm 
Uma peça de cobre de 305 mm é tracionada com uma tensão de 276 MPa. Se a deformação é considerada totalmente elástica, qual será o alongamento da peça? 
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Até a próxima aula!
Bom Estudo!
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