Ensaio de Tração em Materiais Metálicos

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ENSAIOS MECÂNICOS
Ensaio de tração
Introdução
Ensaio de tração
É um dos ensaios mais utilizados para materiais metálicos devido à facilidade de 
execução e reprodução.
Pode ser realizado de duas formas:
•Ensaio de tração convencional;
•Ensaio de tração real.
A uniformidade das tensões e o incremento lento de carga possibilitam uma boa 
caracterização do comportamento elástico e plástico do material, fornecendo dados 
quantitativos.
Dentre os dados obtidos através da curva tensão-deformação traçada a partir do ensaio 
de tração estão:
•Modulo Young (elasticidade) e Coef. Poisson;
•Limites de proporcionalidade, de escoamento, de resistência;
•Módulo de resiliência, módulo de tenacidade e alongamento.
Introdução
Ensaio de tração
Tensão e deformação na tração
Tensão é definida genericamente como a resistência interna de um corpo a uma 
força externa aplicada sobre ele, por unidade de área. 
A deformação é definida como a variação de uma dimensão qualquer desse corpo, 
por unidade da mesma dimensão, quando esse corpo é submetido a um esforço 
qualquer.
Considere-se uma barra metálica cilíndrica de secção transversal uniforme, So, 
onde é marcada uma distância, Lo, ao longo de seu comprimento. Se essa barra é 
submetida a uma única força de tração Q, isto é, a uma força normal à secção 
transversal da barra e coincidente com o seu eixo longitudinal, a tensão média de 
tração, s, produzida na barra é dada por :
Introdução
Ensaio de tração
O termo tensão média provém do fato de a tensão não ser completamente uniforme 
sobre a área, So, do espécime, ou seja, cada elemento longitudinal na barra não sofre a 
mesma deformação. Entretanto, como a variação é muito pequena, pode-se excluir, 
daqui pra frente, o termo tensão média, chamando-o de apenas tensão.
Com a aplicação da tensão, s, a barra sofre uma deformação e . A carga, Q, produz um 
aumento da distância , Lo, de um valor, L-L0.
A deformação linear média é dada então por e=L-L0/L0
adimensional
Introdução
Ensaio de tração
Propriedades mecânicas obtidas pelo ensaio de tração convencional
Quando um corpo de prova metálico é submetido a um ensaio de tração, pode-se 
construir um gráfico tensão-deformação, pelas medidas diretas de carga (ou 
tensão) e da deformação que crescem continuamente até quase o fim do ensaio.
Introdução
Ensaio de tração
Propriedades mecânicas obtidas pelo ensaio de tração convencional
ou
Lei de Hooke (1678 por Sir Robert Hooke)
A constante de proporcionalidade, E, é conhecida por módulo de elasticidade ou 
módulo de Young.
A linearidade do diagrama termina num ponto A, denominado limite elástico.
Ao ser atingida uma tensão em que o material já não mais obedece à lei de 
Hooke, ou seja, a deformação não é proporcional à tensão, chega-se ao ponto 
A´ denominado limite de proporcionalidade.
Admite-se que uma deformação residual de 0,001%, seja o limite da zona 
elástica.
Introdução
Ensaio de tração
Corpo de prova:
Seção Cilíndrica: para produtos acabados de 
seção circular, forma irregular ou espessura 
excessivamente grande;
Seção retangular: para chapas
 Atendendo a relação L0 = 5 D0, de 
preferência com D0 = 10mm. (limitado pelo 
tamanho do produto acabado ou pela capacidade da 
máquina de ensaio)
Extração segundo direção especificada, para 
materiais trabalhados mecanicamente.
Cabeça adaptada à máquina de ensaio 
(podendo ser rosqueada)
Próprio produto acabado: barras, fios e 
arames; além de produtos compostos como 
cabos, cordoalhas e correntes.
Introdução
Ensaio de tração
Equipamento de ensaio:
Máquina de tração:
►Hidráulicas ou parafuso contínuo
►Dispositivo de medição de força: 
hidráulica, mecânica ou elétrica
►Baixa rigidez (máquina mole –
aumento de carga constante) ou de 
Alta rigidez (máquina dura – aumento 
de deformação constante)
cunhaCâmara ambiental
Introdução
Ensaio de tração
Equipamento de ensaio:
600kN
2000kN
Introdução
Ensaio de tração
Equipamento de ensaio:
Extensômetro:
►Determina a variação de 
comprimento entre dois pontos do CP
►Mecânico, ótico, elétrico ou 
eletrônico
►Precisão ex. 0,001mm
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Curva tensão-deformação característica :
São observados os processos de deformação elástica, escoamento, deformação 
plástica com encruamento e deformação plástica com encruamento não uniforme e 
estricção da seção do CP com progressão da ruptura.
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Curva tensão-deformação característica :
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Definições:
0
Comprimento útil inicialL 
0
Seção transversal inicialS 
Força atuante (tração é +)Q
0
Tensão normal (tração é +)
Q
S
s = 
0
0 0
Deformação normal
L L L
L L
e  == 
Válido para ensaio 
de tração 
convencional
Comprimento útil atualL
Medido durante o 
ensaio
Configuração inicial 
do CP
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: Módulo de elasticidade (E)
Lei de Hooke E Ee e
ss =  =
E é a constante de proporcionalidade 
entre tensão e deformação normal no 
regime elástico.
Graficamente é a inclinação da curva 
tensão-deformação no regime 
elástico.
Determinado pela força de ligação 
ente átomos.
É inversamente proporcional à 
temperatura, sendo esse efeito mais 
forte em alguns materiais que em 
outros: 
É a medida de rigidez do material: define a quantidade de deformação normal elástica 
apresentada por um material quando submetido a um nível de tensão normal.
temp. E  
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: Módulo de elasticidade (E)
Em ensaios onde a parte elástica
linear não é bem definida pode-se
medir E pela inclinação da reta
tangente da curva na origem (O) ou
em um ponto especificado (B).
Também é possível determinar E pela
inclinação da reta secante à curva
indo da origem (O) a um ponto
especificado (A).
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: Limite elástico e de proporcionalidade
Limite elástico aparente ou limite Johnson: substitui o limite elástico e o limite de 
proporcionalidade por ser mais facilmente obtido.
Corresponde ao ponto onde a velocidade de deformação é 50% maior que na 
origem. Esse valor é determinado graficamente conforme um dos dois 
procedimentos:
DE=0,5CD
e FG//OE
ED=0,5FE 
e MN//OD
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: Limite de escoamento (σe)
Substitui o limite de proporcionalidade nos 
ensaios de rotina.
Não é bem definido para todos materiais. 
(Ex. de ocorrência: aço de baixo carbono, 
alumínio e latão)
Costuma dar base a tensão de trabalho em 
projeto de estruturas (cargas estáticas).
0 0
 Limite de escoamento ou 
i
e e
e e
Q Q
S S
s s = =
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: Limite de escoamento (σe)
Escoamento é um processo heterogêneo de 
deformação que ocorre entre a zona elástica e a zona 
plástica.
Pode se dar pela formação e propagação de faixas de 
deformação plástica (bandas de Lüders), quando ocorre 
a oscilação da tensão durante o escoamento.
 Pode se dar uniformemente no CP, sem a variação da 
tensão no início e decorrer do escoamento.
Metais mais dúcteis e de granulação mais fina 
apresentam maior alongamento no escoamento.
É associado a interação entre impurezas e as 
discordâncias existentes no material. Materiais100% 
puros não apresentam escoamento.
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: Limite convencional n de escoamento (σen)
Método do desvio: Interseção 
entre curva tensão-deformação e 
um reta de inclinação E, com 
origem na deformação n.
Método da deformação total: 
Valor de tensão na curva tensão-
deformação para uma 
deformação total n.
Valor convencionado internacionalmente para substituir o limite de escoamento quando 
esse é de difícil determinação.
Valores típicos de n: Ligas metálicas em geral (0,2%); 
Metais muito duros (0,01% – 0,1%); metais ou ligas com 
grande plasticidade (0,5%). 
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: limite de resistência (σr)
Pouco significativa para materiais 
dúcteis.
Importante para materiais frágeis.
Importante para identificação do 
material. Dado determinante de fácil 
obtenção. Normalmente é 
especificado para ligas metálicas. 
Sofre menos influência da 
anisotropia do que o limite de 
escoamento.
Limite de resistência (σr) é dado pela carga máxima 
atingida durante o ensaio.
0
 Limite de resistência máx
r
Q
S
s =
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: alongamento
Alongamento total: medido após a ruptura do CP, formado por (alongamento uniforme + 
alongamento até a ruptura). Leva em conta o processo de deformação não uniforme que 
ocorre com a estricção do CP.
Alongamento uniforme: alongamento do escoamento + alongamento da zona plástica. 
Leva em conta o alongamento até o limite de resistência, quando toda a deformação é 
uniforme. Se medido durante o ensaio ou pelo gráfico tensão-deformação, deve-se 
retirar a deformação elástica. 
É uma medida comparativa de ductilidade dos materiais. Quanto maior o alongamento, 
mais dúctil é o material.
O alongamento uniforme é muito importante na análise de processos de estampagem.
É influenciado pelo valor da medida inicial L0, que deve ser informada junto com o 
alongamento.
0
0
 100Alongamento (%)
L L
A
L

 =
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: estricção
Variação da área da seção transversal do CP 
no local da fratura.
Medida indicativa de ductilidade; Quanto maior 
a estricção, maior a ductilidade do material.
Não é uma propriedade específica do material, 
mas uma caracterização do seu comportamento 
no ensaio de tração.
Normalmente não é medida em CP de seção 
retangular.
0
0
 100Estricção (%)
S S
S
   =
2 2
0
2
0
 100Estricção (%)
D D
D
   =
Para CP de seção retangular
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: limite de ruptura (σf)
Tensão produzida pela carga Qf no momento da ruptura do CP.
Em materiais dúcteis Qf é menor do que Qr .
Em materiais frágeis Qf tende a ser próximo ou igual a Qr .
0
Limite de ruptura
f
f
Q
S
s =
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: Módulo de Resiliência (UR)
Resiliência é a capacidade do material em absorver energia 
quando deformado elasticamente. 
Módulo de Resiliência: é a medida da quantidade de energia de 
deformação por unidade de volume de um material do estado 
inicial até atingir a tensão limite de proporcionalidade.
Graficamente é a área abaixo do gráfico tensão-deformação na 
zona elástica.
Ensaio de tração convencional
Ensaio de tração
Estudo das propriedades mecânicas: Módulo de Tenacidade (UT)
Tenacidade é a capacidade do material em absorver energia na zona plástica. 
Módulo de Tenacidade: é a medida da quantidade de energia de deformação por unidade 
de volume que o material pode absorver até o início de sua ruptura (limite de resistência) ou 
até a fratura (limite de ruptura).
Graficamente é a área abaixo do gráfico tensão-deformação até o limite de resistência ou 
até o limite de ruptura.
Compreende tanto a resistência quanto a ductilidade do material.
Importante para o projeto de peças que devam sofrer tensões estáticas ou dinâmicas 
acima do seu limite de escoamento sem se fraturar.
Fratura no ensaio de tração
Ensaio de tração
Estudo da fratura à tração
 Dependendo da quantidade de deformação plástica que a acompanha, uma 
fratura pode ser macroscopicamente classificada em:
(i) Fratura dúctil ou fibrosa: quando existe grande deformação plástica 
acompanhando a fratura 
(ii) Fratura frágil ou cristalina/granular: quando a deformação plástica junto à 
fratura é pequena ou imperceptível e a propagação das trincas é rápida
O limite entre as duas classificações só é bem definido em escala microscópica
 Quanto à propagação da fratura pode-se fazer a classificação em: fratura 
intergranular (propagação entre os grãos) e fratura transgranular (propagação 
através dos grãos). 
Fratura no ensaio de tração
Ensaio de tração
Estudo da fratura à tração
 Pode-se dizer que a fratura se dá em duas fases: início de trinca e propagação 
de trinca.
 A tendência para a fratura frágil aumenta com: diminuição da temperatura, 
aumento da taxa de deformação e com a triaxialidade do estado de tensões;
 A fratura frágil deve ser evitada devido a sua ocorrência sem advertência, o que 
pode levar a conseqüências desastrosas; Essa forma de fratura é a mais estudada 
por causar maiores problemas que a fratura dúctil.
Na fratura por cisalhamento ocorre deslizamento intenso entre planos adjacentes 
devido a tensões cisalhantes (fratura cinza e fibrosa); A fratura por clivagem é 
controlada pela tração atuando normalmente ao plano de clivagem (fratura 
brilhante ou granular). 
Fratura no ensaio de tração
Ensaio de tração
Estudo da fratura à tração
(a) Fratura frágil; caracterizada pela 
separação do material normal à 
tensão de tração (ocorre em 
metais c.c.c. e h.c.).
(b) Fratura cisalhante; deslizamento 
de planos sucessivos em 
materiais monocristais h.c. até a 
ruptura por cisalhamento.
(c) Fratura completamente dúctil; 
em materiais muito dúcteis 
(ouro, chumbo, etc...).
(d) Fratura dúctil; fratura taça-cone 
com inicio no centro do CP e 
propagação cisalhante, com 
triaxialidade de tensões.
Fratura no ensaio de tração
Ensaio de tração
Estudo da fratura
Fratura no ensaio de tração
Ensaio de tração
Estudo da fratura frágil
Devido a presença de trincas/defeitos no material, a tensão 
média necessária para a separação do material é menor que 
a tensão de ligação dos átomos. 
Segundo a teoria das discordâncias o processo de fratura 
frágil se dá em três estágios:
(a) Empilhamento de discordâncias por deformação plástica;
(b) Nucleação de microtrincas pela concentração de tensões no empilhamento 
de discordâncias;
(c) Propagação e união das microtrincas de forma instável (imediata) ou através 
de evolução com tensão constante ou leve aumento. 
Fratura no ensaio de tração
Ensaio de tração
Estudo da fratura dúctil
Processo de fratura dúctil:
(a) Início da estricção; Triaxialidade de tensões e componentes hidrostáticas.
(b) Formação de microcavidades na região central do CP;
(c) Crescimento das microcavidades e formação de trincas.
(d) Propagação perpendicular da trinca central até as extremidades com 
posterior formação de planos de cisalhamento a 45º .
(e) Formação do cone da fratura.
Referências
Ensaio de tração
Souza, S. A. (1982) Ensaios mecânicos de materiais metálicos – Fundamentos teóricos 
e práticos. 5 ed. Editora Edgar Blucher LTDA.
 Garcia, A., Spim,J. A., Santos, C. A. (2000) Ensaios dos Materiais. LTC -- Livros 
técnicos e científicos editora.
Dieter, G. E. (1981) Metalurgia mecânica. Segunda Edição. Editora Guanabara Koogan
S.A..