Ensaios - TT - Processos Fab

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 
MECÂNICA
Prof.ª Dsc. Geanni Silveira
ENSAIOS DOS MATERIAIS
Qualquer projeto de engenharia, requer, para sua viabilização, um vasto conhecimento 
das características, propriedades e comportamento dos materiais disponíveis.
O comportamento mecânico de qualquer material utilizado em engenharia é função de 
sua estrutura interna e de sua aplicação em projeto.
ENSAIOS DOS MATERIAIS
Os ensaios mecânicos dos materiais são procedimentos padronizados que 
compreendem testes, cálculos, gráficos e consultas a tabelas, tudo isso em conformidade 
com normas técnicas. Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto já fabricado ou 
um material que vai ser processado industrialmente a situações que simulam os esforços 
que eles vão sofrer nas condições reais de uso, chegando a limites extremos de solicitação.
 ENSAIOS DOS MATERIAIS
As duas finalidades mais importantes da execução dos ensaios são:
• Permitir a obtenção de informações rotineiras do produto — ensaios de controle: no 
recebimento de materiais de fornecedores e no controle final do produto acabado.
• Desenvolver novas informações sobre os materiais — no desenvolvimento de novos 
materiais, de novos processos de fabricação e de novos tratamentos
1. Quanto à integridade geométrica e dimensional da peça ou componente:
- Destrutivos: provocam inutilização parcial ou total da peça; p. ex.: tração, dureza, fadiga, fluência, 
torção, flexão, tenacidade à fratura;
- Não destrutivos: não comprometem a integridade da peça; p. ex.: raios X, raios g, ultras- som, 
partículas magnéticas, líquidos penetrantes.
2. Quanto à velocidade de aplicação da carga:
- Estáticos: carga aplicada de maneira suficientemente lenta, induzindo a uma sucessão de estados 
de equilíbrio (processo quase estático); p. ex.: tração, compressão, flexão, dureza e torção;
- Dinâmicos: carga aplicada rapidamente ou ciclicamente; p. ex.: fadiga e impacto;
- Carga constante: carga aplicada durante um longo período; p. ex.: fluência.
. 
CLASSIFICAÇÃO DOS ENSAIOS DOS MATERIAIS
MÉTODOS DE ENSAIOS
Determinam que os ensaios devem ser realizados em função da geometria da peça, 
do processo de fabricação e de acordo com as normas técnicas vigentes, podendo ser:
• ensaios da própria peça; 
• ensaios de modelos; 
• ensaios em amostras; 
• ensaios em corpos de prova retirados de parte da estrutura.
ENSAIO DE TRAÇÃO
 Trata-se de ensaio amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, devido à 
vantagem de fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos materiais. Dentre as 
principais destacam-se: 
• limite de resistência à tração; 
• limite de escoamento; 
• módulo de elasticidade; 
• módulo de resiliência; 
• módulo de tenacidade; 
• coeficiente de encruamento; 
• coeficiente de resistência;
• parâmetros relativos à ductilidade (estricção e alongamento). 
ENSAIO DE TRAÇÃO
 Os resultados fornecidos pelo ensaio de tração são fortemente influenciados pela 
temperatura, velocidade de deformação, anisotropia do material, tamanho de grão, 
porcentagem de impurezas, bem como pelas condições ambientais.
Esse tipo de ensaio utiliza corpos de prova preparados segundo as normas técnicas 
convencionais (no país, a norma técnica utilizada para materiais metálicos à temperatura 
ambiente é a NBR ISO 6892:2002, da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT), 
e consiste na aplicação gradativa de carga de tração uniaxial crescente nas extremidades 
de um corpo de prova padronizado. O levantamento da curva de tensão de tração pela 
deformação sofrida pelo corpo consiste no resultado do teste de tração.
ENSAIO DE TRAÇÃO
As vantagens do ensaio podem ser resumidas:
- na grande facilidade de sua aplicação; 
- na extensa flexibilidade do método (podendo ser utilizado desde tiras e arames até tarugos e blocos); 
- na amplitude de informações fornecidas pelo ensaio quanto à caracterização dos materiais, podendo ser 
utilizado em praticamente todos os materiais de aplicação em engenharia (polímeros, metais, cerâmicos, 
compósitos, madeira, entre outros).
ENSAIO DE 
TRAÇÃO
ENSAIO DE TRAÇÃO • Região de comportamento elástico - corresponde à 
primeira região de deformação do corpo de prova. Nessa 
região observa-se o fenômeno do efeito elástico, em que, 
ao cessar a aplicação de carga, o corpo de prova retoma 
suas dimensões originais.
• Região de deslizamento de discordâncias - corresponde ao 
início da deformação plástica do material; nos estágios 
iniciais dessa deformação, a tensão pode sofrer oscilações 
que dependerão da acomodação das discordâncias no 
interior da rede cristalina do material.
ENSAIO DE TRAÇÃO
• Região de encruamento uniforme - corresponde ao 
encruamento propriamente dito, e, à medida que os planos 
cristalinos escorregam entre si, estes são gradativamente 
freados ou travados pelas discordâncias que atingem os 
contornos de grão, exigindo cada vez mais tensão para que 
a deformação continue.
• Região de encruamento não uniforme - corresponde à 
última região de deformação; nesta passa a existir o 
processo de ruptura do corpo de prova. Para um material 
de alta capacidade de deformação permanente, o diâmetro 
do corpo de prova começa a decrescer rapidamente ao se 
ultrapassar a tensão máxima. Assim, a carga necessária 
para continuar a deformação diminui até a ruptura total.
ENSAIO DE 
TRAÇÃO
Cada região é definida pelas seguintes tensões:
• Tensão proporcional (limite de proporcionalidade) – definida 
como a tensão máxima até́ a qual vale uma relação linear entre 
tensão e deformação. Estabelece o limite da deformação 
elástica.
• Tensão de escoamento (limite de escoamento) – definida como 
a tensão de início da deformação plástica. Para alguns 
materiais, a passagem da região elástica para a plástica 
ocorrerá com uma oscilação nos níveis de tensão, em que se 
definem as tensões máximas e mínimas da flutuação.
ENSAIO DE 
TRAÇÃO
Cada região é definida pelas seguintes tensões:
• Tensão máxima (limite de resistência à tração) – definida como 
a máxima tensão que o material suporta sem apresentar 
nenhum traço de fratura interna ou externa no corpo de prova. 
Após esse nível de tensão, o material iniciará o processo de 
fratura.
• Tensão de ruptura – definida como a tensão na qual ocorrerá a 
fratura definitiva do corpo de prova.
ENSAIO DE 
TRAÇÃO
A deformação elástica de um corpo de prova é descrita 
por uma relação linear entre tensão e deformação, em que a 
constante de proporcionalidade é dada pelo módulo de 
elasticidade, também conhecido por módulo de Young (E).
Para a região de comportamento elástico, tem-se que os principais 
parâmetros :
• Módulo de elasticidade (E) – indica a rigidez do material;
• Coeficiente de Poisson (v). 
• Módulo de resiliência (Ur).
• Limite de proporcionalidade (sp) e limite de escoamento (se). 
• Efeito termoelástico.
• Anelasticidade
ENSAIO DE 
TRAÇÃO
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.
TRATAMENTOS TÉRMICOS
De maneira geral os tratamentos térmicos consistem em aquecer os 
materiais até uma temperatura acima da temperatura de recristalização e na 
sequência resfriar de modo rápido em meios líquidos ou gasosos.
Os tratamentos térmicos mais comuns são: recozimento, têmpera e 
revenimento. A têmpera e o revenido geralmente estão combinados, pois, 
enquanto o primeiro aumenta as propriedades de resistência, o segundo alivia as 
tensões excessivas. Já o recozimento é o contrário da têmpera; diminui as 
propriedades mecânicas dos materiais. 
TRATAMENTOS TÉRMICOS
• Têmpera é um dos tratamentos térmicos destinados à obtenção de dureza nos aços. Consiste 
basicamente em aquecer o aço em um forno em temperatura acima da zona crítica(temperatura de 
recristalização) e resfriar rapidamente;
• Revenido é aplicado nos aços temperados, com o objetivo de melhorar a ductilidade e reduzir as 
tensões internas. Consiste em aquecer a temperaturas inferiores à temperatura crítica, geralmente 
entre 400°C e 600°C; 
TRATAMENTOS TÉRMICOS
• Recozimento: Tem o objetivo de remover as tensões devidas à conformação mecânica, melhorando a 
ductilidade. O recozimento mais comum é chamado de total ou pleno, onde o material é geralmente 
aquecido a uma temperatura acima da zona crítica (zona de austenitização), seguido de resfriamento 
lento, desligando o forno e mantendo as peças em seu interior. 
• Normalização – tem o objetivo de refinar o grão, principalmente em materiais fundidos, laminados ou 
forjados. É um tratamento preliminar a têmpera e ao revenido, a fim de produzir estruturas mais 
uniformes. Semelhante ao recozimento consiste no aquecimento a uma temperatura crítica e 
resfriamento em temperatura ambiental
TRATAMENTOS TÉRMICOS
Os tratamentos térmicos produzem modificações nos constituintes primários das ligas ferrosas, 
sem alterar a composição química, apenas as mecânicas. Existem também os tratamentos 
termo-químicos que podem ser produzidos nas superfícies destas ligas como: cementação, nitretação e 
cianetação.
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
 O processo de fabricação é um procedimento realizado a fim de realizar transformações físicas e/ou químicas no 
material inicial com o objetivo de agregar valor a este material. O processo de fabricação é normalmente considerado uma 
operação unitária, isto é, uma etapa única da sequência de passos necessários para a transformação do material inicial 
no produto final. Uma operação unitária é em geral executada em um equipamento único e de modo independente das 
demais operações da fábrica.
As operações de fabricação podem ser divididas em dois tipos principais: (1) operações de processamento e (2) 
operações de montagem. 
Uma operação de processamento transforma o material de um estado do acabamento em um estado mais 
avançado e sempre mais próximo do produto final desejado. Esta operação eleva o valor do produto por meio de 
mudança na geometria, nas propriedades e no aspecto do material.
PROCESSOS
DE 
FABRICAÇÃO
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
 O processo de fabricação é um procedimento realizado a fim de realizar transformações físicas e/ou químicas no 
material inicial com o objetivo de agregar valor a este material. O processo de fabricação é normalmente considerado uma 
operação unitária, isto é, uma etapa única da sequência de passos necessários para a transformação do material inicial 
no produto final. Uma operação unitária é em geral executada em um equipamento único e de modo independente das 
demais operações da fábrica.
As operações de fabricação podem ser divididas em dois tipos principais: (1) operações de processamento e (2) 
operações de montagem. 
Uma operação de processamento transforma o material de um estado do acabamento em um estado mais 
avançado e sempre mais próximo do produto final desejado. 
FUNDIÇÃO
É um processo no qual metal fundido flui pela força da gravidade, ou por ação de outra força, num molde em que 
ele solidifica com a forma da cavidade do molde. O termo fundido é aplicado ao componente ou peça obtido por esse 
processo. É um dos processos de fabricação mais antigos, remontando seis mil anos. O princípio da fundição parece 
simples: fundir o metal, vertê-lo no molde e deixá-lo resfriar e solidificar; no entanto, existem vários fatores e variáveis que 
devem ser considerados para resultar numa operação bem-sucedida.
A fundição de peças envolve a produção de geometrias mais complexas que são muito mais próximas da forma 
desejada final da peça ou do produto.
FUNDIÇÃO
Vantagens:
• O processo de fundição pode ser aplicado a qualquer metal que possa ser aquecido até o estado líquido; 
• Alguns métodos de fundição são particularmente adequados à produção seriada.
Desvantagens:
• Essas incluem limitações em propriedades mecânicas, porosidade, baixa precisão dimensional e acabamento 
superficial; 
• Para alguns processos de fundição, riscos à segurança durante o processamento de metais líquidos quentes e 
problemas ambientais.
FUNDIÇÃO
FUNDIÇÃO
Para efetuar uma operação de fundição, o metal é primeiro aquecido a uma temperatura elevada o suficiente para 
convertê-lo totalmente ao estado líquido. Ele é então vazado, ou de outra forma direcionado, à cavidade do molde.
Tão logo o metal fundido atinge o molde, ele começa a resfriar. Quando a temperatura cai o suficiente (isto é, até a 
temperatura de solidificação para um metal puro), a solidificação, que envolve mudança de fase do metal, tem início. Para 
completar a mudança de fase, tempo é necessário e calor considerável é removido no processo. É durante essa etapa do 
processo que o metal assume a forma sólida da cavidade do molde e que muitas das propriedades e características do 
fundido são estabelecidas.
Uma vez que o fundido se resfriou suficientemente, ele é removido do molde. Dependendo do método de fundição 
e metal empregados, pode ser necessário processamento posterior. 
FUNDIÇÃO
A maioria das ligas solidifica numa faixa de temperatura ao invés de numa única temperatura. A faixa exata 
depende do sistema da liga e da composição pretendida. 
FUNDIÇÃO
As ligas eutéticas constituem uma exceção ao processo geral pelo qual as ligas solidificam. A liga eutética é uma 
composição particular de um sistema de ligas no qual a temperatura solidus é igual à temperatura liquidus. Assim, a 
solidificação ocorre à temperatura constante (denominada temperatura eutética) em vez de se dar num intervalo de 
temperatura. Exemplos de ligas eutéticas utilizadas em fundição incluem ligas alumínio-silício (11,6% Si) e ferro fundido 
(4,3% C).
FUNDIÇÃO
Um metal puro solidifica a uma temperatura constante, temperatura de solidificação, que é igual à temperatura de 
fusão. O processo ocorre ao longo do tempo e é obtido através da curva de resfriamento. A solidificação propriamente dita 
leva um tempo, chamado tempo de solidificação local do fundido, durante o qual o calor latente de fusão é liberado para o 
molde. O tempo de solidificação total é o tempo entre o vazamento e o fim da solidificação. Após o fundido estar 
totalmente solidificado, o resfriamento continua a uma taxa indicada pela inclinação da curva de resfriamento.
Por causa da extração de calor pela parede do molde, imediatamente após o vazamento, é formada uma fina 
camada de metal sólido na interface com o molde. A espessura da camada aumenta formando uma casca em volta do 
metal fundido à medida que a solidificação progride em direção ao centro da cavidade. A velocidade com que a 
solidificação avança depende da transferência de calor para o molde, assim como das propriedades térmicas do molde.
CONFORMAÇÃO
A conformação dos metais engloba extenso grupo de processos de manufatura, nos quais a deformação 
plástica é empregada na mudança de forma de peças metálicas. A deformação resulta da utilização de uma 
ferramenta, denominada comumente matriz em conformação dos metais, a qual, por sua vez, exerce tensões que 
ultrapassam o limite de escoamento do metal. O metal, portanto, se deforma plasticamente para tomar a forma 
determinada pela geometria da matriz.
As componentes de tensão aplicadas para deformar plasticamente o metal são de modo usual compressivas. 
Todavia, alguns processos de conformação estiram o metal, enquanto outros dobram o metal, e ainda alguns aplicam 
tensões de cisalhamento ao metal. Para ser conformado com sucesso, o metal deve apresentar certas propriedades. 
As propriedades desejadas no material a ser conformado incluem baixa resistência ao escoamento e elevada 
ductilidade. Estas propriedades são influenciadas pela temperatura. A ductilidade é aumentada e a resistência ao 
escoamento é reduzida quando a temperatura de trabalhoé elevada. O efeito de temperatura se traduz nas divisões 
entre trabalho a frio, trabalho a morno e trabalho a quente. 
CONFORMAÇÃO
Laminação:
Este é um processo de deformação por compressão 
direta, no qual a espessura de uma placa ou chapa grossa é 
reduzida pela ação de dois cilindros com rotação em sentidos 
opostos. Os cilindros giram de modo a conformar e comprimir o 
metal na região de abertura entre eles
CONFORMAÇÃO
Forjamento:
Uma peça é comprimida entre duas matrizes opostas, 
de modo que a geometria das matrizes é transmitida à peça de 
trabalho. O forjamento é tradicionalmente um processo de 
conformação a quente, porém várias operações de forjamento 
são realizadas a frio.
CONFORMAÇÃO
Extrusão:
 Este é um processo de compressão no qual o metal de 
trabalho é forçado a escoar pela abertura de uma matriz, 
transformando a seção transversal da peça a partir da 
geometria da matriz.
CONFORMAÇÃO
Trefilação:
 Neste processo de conformação, o diâmetro de um 
arame ou barra redonda é reduzido ao puxá-lo pela abertura 
de uma matriz.
CONFORMAÇÃO
As operações de conformação de chapas são em geral realizadas em processos de trabalho a frio e usualmente 
efetuadas por meio de um conjunto de ferramentas compostos de um punção e uma matriz. O punção é a parte positiva e a 
matriz a parte negativa do ferramental.
O dobramento envolve a deformação de uma chapa fina ou 
grossa de metal para formar um ângulo ao longo de um eixo, que 
usualmente é uma aresta retilínea.
A estampagem consiste na conformação de uma chapa de 
metal plana em uma forma côncava ou oca, tal como um copo, por 
estiramento do metal. Um prensa-chapas é empregado para manter o 
esboço pressionado enquanto o punção empurra a chapa metálica. Os 
termos estampagem de copo (cup drawing) e estampagem profunda 
(deep drawing) são frequentemente usados. 
CONFORMAÇÃO
O processo de corte por conformação realiza a mudança da geometria através do cisalhamento do material 
até a ruptura. A operação de cisalhamento corta o esboço com auxílio de um punção e uma matriz, como mostra na 
Figura. Embora este processo possa ser excluído dos processos de conformação, pois não apresenta a deformação 
plástica continuamente, é uma operação comum e necessária à conformação de chapas.