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1 Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus Pato Branco Engenharia Mecânica Comportamento Mecânico dos Materiais Prof. Robson Gonçalves Trentin 2 Comportamento mecânico dos materiais � Um dos primeiros aspectos a serem considerados em qualquer projeto estrutural é a tensão que leva o material à falha, ou ao colapso. � A primeira aproximação é utilizar a tensão de escoamento (materiais dúcteis) ou tensão de ruptura (materiais frágeis) em comparação com as tensões que solicitam o material. � Através do ensaio estático de tração é possível obter informações que permitam prever tanto a falha estática como a falha devido a cargas dinâmicas (fadiga). 3 Generalidades do ensaio de tração � Ensaio simples, normalmente sob tração, que fornece uma boa repetibilidade de resultados. � Usado para levantar dados característicos do material para análise do comportamento mecânico. � Consiste em aplicar uma força coincidente com o eixo do corpo de prova. Mede-se simultaneamente a força aplicada e a deformação. � A excentricidade do corpo de prova pode provocar flexão. Comportamento mecânico dos materiais 4 Generalidades do ensaio de tração � A figura abaixo mostra um corpo de prova cilíndrico sendo monitorado por um extensômetro axial e outro radial. Comportamento mecânico dos materiais 5 Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais A figura abaixo mostra a força aplicada, F, e o deslocamento relativo ∆l, entre os pontos de referência que estavam inicialmente a uma distância l0. 6 Generalidades do ensaio de tração � É mais comum utilizar o conceito de tensão média de tração e de deformação específica. � A tensão é considerado uniformemente distribuída ao longo da seção do corpo de prova: Comportamento mecânico dos materiais 0 0 A F =σ Onde: é a tensão nominal e A0 é a área original da seção do corpo de prova. 0 σ 7 Generalidades do ensaio de tração � A deformação de engenharia é definida pela relação entre o alongamento, ∆l, e o comprimento original l0, ou pela integração do alongamento infinitesimal, dl, referido a l0. Comportamento mecânico dos materiais ∫= εε d 0 l dld =εonde: 0 l l∆ =ε Portanto 8 Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais É possível construir o diagrama tensão deformação com base nas expressões de e .ε 0 σ 9 Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais São observadas algumas características quando o ensaio for parado e o corpo de prova for descarregado: • Se a tensão aplicada for inferior a : a descarga ocorre exatamente sobre a linha de carregamento, ficando o material exatamente nas mesmas condições de antes do ensaio. • Se a tensão aplicada for até : a descarga ocorre exatamente sobre a linha de carregamento. É a máxima tensão na qual o material não apresenta deformação residual. • Se a tensão aplicada for acima de : ao sofrer descarga o material não segue a linha de carregamento. pσ e σ e σ e σ 10 Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais 11 Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais � Enquanto o material estiver na região linear da curva tensão deformação pode-se empregar a lei de Hooke. � Quando σe é atingido e ultrapassado iniciam os mecanismos de movimento de discordâncias, surgindo deformações plásticas. εσ E= Onde: E é o módulo de elasticidade e ε é a deformação que o material sofre, neste caso totalmente elástica. 12 Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais � Macroscopicamente, a deformação plástica é definida como sendo a deformação que somada à parcela elástica fornece a deformação total. ep εεε −= Onde εe é a deformação que o material sofreria sob ação de σ se fosse perfeitamente elástico. A deformação plástica é o desvio da linha elástica. 0l l∆ =ε Ee σ ε = 13 Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais 14 Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais A deformação plástica é dependente do tempo, observado de dois modos: • Se a velocidade de deformação é aumentada, ocorre um deslocamento vertical na curva tensão-deformação, correspondendo a um encruamento. 15 Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais • Quando a carga é mantida constante por um período de tempo, é observado um aumento da deformação com o tempo, conhecido como o fenômeno de fluência. • Este fenômeno ocorre com velocidades decrescente, mas não cessa, mesmo para períodos longos. 16 Dependendo do material e do tratamento termo-mecânico, a curva tensão deformação pode assumir formas distintas: � A curva abaixo é típica para aços com baixo teor de carbono no estado recozido, apresentado um patamar de escoamento, onde o material sofre uma acentuada deformação plástica, sob tensão constante. Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais 17 � A curva abaixo é referente a um material dúctil, mas sem limite de escoamento bem definido. A definição de tensão de escoamento é baseada em um critério empírico como a tensão em que a deformação plástica atinge um valor arbitrário entre 0,2% a 0,5%. Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais 18 � A curva abaixo é referente a um material frágil com comportamento não linear iniciando em níveis de tensão bem baixos. Ex.: ferro fundido. Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais 19 � A curva abaixo é referente a um material frágil com comportamento linear elástico até próximo do ponto de ruptura. Ex.: materiais cerâmicos e ligas fundidas de elevada dureza. Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais 20 � O ponto de força máxima e portanto σR, corresponde ao início da instabilidade plástica do material, não tendo ligação com o processo de fratura que ainda não iniciou. � O processo de fratura fica definido quando ε for tal que inicia- se o processo de coalescimento de vazios em geral definido pela fórmula: Generalidades do ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais −= eq m f σ σβε 2 3 exp.* sendo: σm a tensão hidrostática e σeq a tensão equivalente segundo a teoria de máxima energia de distorção 21 Resultados obtidos no ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais Critérios para medir a ductilidade � Indica quando o material pode ser deformado plasticamente sem que ocorra fratura. Necessário em operações de laminação, extrusão e estampagem. � Indica a capacidade do metal de fluir plasticamente antes da ruptura. Permite deformações plásticas localizadas, sem fraturas, nos pontos de concentração de tensão. � Indica o nível de impurezas do material. Maior volume de impurezas reduz significativamente a ductilidade. � É a habilidade do material mudar de forma sem romper. 22 Resultados obtidos no ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais Critérios para medir a ductilidade � As medidas convencionais de ductilidade são a deformação de fratura, εf e a estricção, ϕ, ou redução de área. − = 0 0 l ll f fε − = 0 0 A AA f fϕ 23 Resultados obtidos no ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais Módulo de elasticidade � O módulo de elasticidade, ou módulo de Young, é a medida da rigidez do material. Para módulos grandes, menores são as deformações elásticas. � É necessário para o calculo de deflexões e deformações para qualquer componente estrutural.� É resultado das forças de atração entre os átomos, desta forma é uma propriedade intrínseca do material. 24 Resultados obtidos no ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais Módulo de elasticidade. � É alterado levemente com adição de elementos de liga, tratamentos térmicos ou trabalho a frio. Porem sofre uma significativa redução de valor com o aumento da temperatura. 25 Resultados obtidos no ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais Resiliência. � É a capacidade do material absorver energia quando deformado elasticamente e retornar as dimensões originais, quando descarregado. � É usualmente dado pelo módulo de resiliência, energia de deformação por unidade de volume, para as tensões variarem de zero até σE. 26 Resultados obtidos no ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais Resiliência. � Pela definição de módulo de resiliência tem-se: � Usando a lei de Hooke: � Os materiais com alto módulo de resiliência possuem alta tensão de escoamento e baixo módulo de elasticidade. Propriedade importante para elementos como molas e peças de mecanismos de precisão EEU εσ ..5,00 = EU E /.5,0 2 0 σ= 27 Resultados obtidos no ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais Tenacidade � É a capacidade de absorver energia, permitindo que ocorra deformação plástica sem que o material rompa. É definida como a área sob a curva tensão-deformação. � A capacidade de absorver tensões maiores que a de escoamento é desejada em elementos como: engrenagens, correntes, acoplamentos, etc. � Esta associada com a resistência ao impacto, ou seja, capacidade do material absorver energia antes de fraturar 28 fRtU εσ .= Resultados obtidos no ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais Tenacidade � Para materiais dúcteis a área sob a curva pode ser aproximada pelas equações: � Para materiais frágeis a curva pode ser considerada como sendo parabólica e a área sob a curva: fLtU εσ .= Onde σL é a chamada tensão limite, definida como a média aritmética entre a tensão limite de escoamento e a tensão limite de resistência. fRtU εσ .= Tenacidade � Para materiais dúcteis a área sob a curva pode ser aproximada pelas equações: � Para materiais frágeis a curva pode ser considerada como sendo parabólica e a área sob a curva: fRtU εσ .667,0= 29 Resultados obtidos no ensaio de tração Comportamento mecânico dos materiais 30 Comportamento mecânico dos materiais Exemplos � Uma peça de cobre com comprimento original 305 mm é tracionada com tensão de 276 MPa. Se a deformação for totalmente elástica, qual é o alongamento resultante? 31 Comportamento mecânico dos materiais Exemplos � Uma peça de cobre com comprimento original 305 mm é tracionada com tensão de 276 MPa. Se a deformação for totalmente elástica, qual é o alongamento resultante? E l l eE ∆ == 0 σ E ll 0σ=∆ mml 77,0 10110 305.276 3 =× =∆ 32 Comportamento mecânico dos materiais Exemplos � Um teste de tração é aplicado ao longo do eixo axial de um cilindro de bronze com diâmetro de 10 mm. Determine a magnitude da carga para reduzir 2,5 X 10-3 mm o diâmetro com uma deformação totalmente elástica. 33 Comportamento mecânico dos materiais Exemplos Um teste de tração é aplicado ao longo do eixo axial de um cilindro de bronze com diâmetro de 10 mm. Determine a magnitude da carga para reduzir 2,5 X 10-3 mm o diâmetro com uma deformação totalmente elástica. 4 3 0 105,2 10 105,2 − − ×−= ×− = ∆ = d d ex 4 4 1035,7 34,0 105,2 − − ×= ×− −=−= v e xz ε MPaEez 3,7110971035,7 34 =×××== −σ NdAF 5600 2 1010103,71 2 . 23 6 2 0 0 = × ×= == − pipiσσ 34 Comportamento mecânico dos materiais Exemplos � Para o ensaio de tração, de um corpo de prova de bronze, conforme a figura abaixo determine: (a) O módulo de elasticidade. (b) A tensão de escoamento para a deformação de 0,002. (c) A máxima carga que o cilindro pode suportar tendo um diâmetro original de 12,8 mm. (d) A mudança de comprimento da peça, com comprimento original 250 mm, provocada pela tensão de 345 MPa. 35 (a) O módulo de elasticidade Dentro da região linear12 12 eee E − − = ∆ ∆ = σσσ GPaE 8,93 00016,0 0150 = − − = Comportamento mecânico dos materiais 36 Comportamento mecânico dos materiais (b) A tensão de escoamento para a deformação de 0,002. Construindo uma linha paralela passando pela deformação de 0,002, esta intercepta a curva tensão- deformação na tensão de 250 MPa 37 Comportamento mecânico dos materiais (c) A máxima carga que o cilindro pode suportar tendo um diâmetro original de 12,8 mm. Tensão máxima: 450 MPa piσσ 2 0 0 2 == dAF NF 900.57= pi 23 6 2 108,1210450 × ×= − F 38 Comportamento mecânico dos materiais (d) A mudança de comprimento da peça, com comprimento original 250 mm, provocada pela tensão de 345 MPa. Deformação provocada pela tensão de 345 MPa: 0,06. 0.lel =∆ mml 15250.06,0 ==∆ 39 Exercícios Comportamento mecânico dos materiais � Uma amostra de alumínio com seção transversal retangular de 10 x 12,7 mm é puxado com uma carga de 35.500 N, produzindo apenas deformação elástica. Calcule a deformação resultante. � Uma amostra cilíndrica de uma liga de titânio com módulo de elasticidade de 107 GPa e um diâmetro inicial de 3,8 mm terá apenas deformação elástica quando uma carga de tração de 2000 N é aplicada. Calcular o máximo comprimento da peça antes da deformação se o alongamento máximo permitido é de 0,42 mm. � Uma barra de aço de 100 mm de comprimento e com uma seção transversal quadrada 20 mm. Uma extremidade é puxada com uma carga de 89.000 N, e apresenta um alongamento de 0,10 mm. Assumindo que a deformação é totalmente elástica, calcule o módulo de elasticidade do aço. 40 Exercícios Comportamento mecânico dos materiais � Considere um fio cilíndrico de titânio com 3,0 milímetros de diâmetro e 2,5 x 104 mm de comprimento. Calcular o seu alongamento quando uma carga de 500 N é aplicada. Assumir que a deformação é totalmente elástica. � Para uma liga de bronze, a deformação plástica começa em 275 MPa, e o módulo de elasticidade é de 115 GPa. (a) Qual é a carga máxima que pode ser aplicado a uma amostra com uma área transversal de 325mm2, sem deformação plástica? (b) Se o comprimento do modelo original é de 115 mm qual é o máximo comprimento para que pode ser esticado, sem causar deformação plástica? � Uma barra cilíndrica de cobre (E = 110 GPa), tendo um limite de elasticidade de 240 MPa, deve ser submetido a uma carga de 6660N. Se o comprimento da haste é de 380 mm, qual deve ser o diâmetro para permitir um alongamento de 0,50 mm? 41 Exercícios Comportamento mecânico dos materiais � Considere uma amostra cilíndrica de uma liga de aço (Figura abaixo) 10 mm de diâmetro e 75 mm de comprimento que tracionada. Determine seu alongamento quando uma carga de 23.500 N é aplicada. 42 Exercícios Comportamento mecânico dos materiais � Uma amostra cilíndrica de alumínio com um diâmetro de 19 mm e comprimento de 200 mm é deformada elasticamente com uma força de tração de 48.800 N. Determine: (a) A quantidade pela qual esta amostra será alongada na direção da aplicação da carga. (b) A variação do diâmetro da amostra. Será que o diâmetro aumenta ou diminui? 43 Exercícios Comportamento mecânico dos materiais � Calcule o módulo de resiliência para os materiais com o comportamento tensão-deformação mostradas na figura abaixo 44 Diagrama tensão-deformação real Comportamento mecânicodos materiais O diagrama de tensão-deformação convencional apresenta resultados não adequados quando: � O material está submetido a grandes deformações. Ex.: processos de conformação. � Do estudo do comportamento do material próximo aos instantes de ruptura. A tensão nominal erra pelo uso da área original, que não é a área no instante que a força está atuando. A deformação nominal apresenta problemas quando o material está muito deformado e não considera o efeito da estricção. 45 Diagrama tensão-deformação real Comportamento mecânico dos materiais Exemplo: � Uma barra é deformada ao dobro do seu comprimento original. e = 1, já que ∆l = l0 � Após ser tracionada é comprimida à metade do novo comprimento. e = - 0,5 já que ∆l = -0,5 l0 46 Diagrama tensão-deformação real Comportamento mecânico dos materiais A deformação real é definida de forma que o acréscimo de deformação real dε seja a relação entre o acréscimo de comprimento dl, pelo comprimento instantâneo, l. εε ∫= l l d 0 0lnln ll −=ε = 0 ln l l ε l dld =ε 47 Diagrama tensão-deformação real Comportamento mecânico dos materiais Exemplo: � Uma barra é deformada ao dobro do seu comprimento original. ε = 0,693, já que l = 2.l0 � Após ser tracionada é comprimida à metade do novo comprimento. ε = - 0,693, já que l = 0,5.l0 48 Diagrama tensão-deformação real Comportamento mecânico dos materiais � Pode-se obter uma relação entre a deformação real (ε) e deformação de engenharia (e). e = ∆l / l0 ε = ln (l / l0) ε = ln (l0 + ∆ l / l0) ε = ln (1 + e) � O volume do sólido fica constante durante o processo de deformação plástica. l0 A0 = l A l / l0 = A0 / A ε = ln (A0 / A) 49 Diagrama tensão-deformação real Comportamento mecânico dos materiais � A tensão real é a carga dividida pela área da seção transversal, em um dado instante. � Considerando o comportamento elástico do material esta distinção não é importante, porque os níveis de deformação baixos. � Em certos problemas de plasticidade é necessário fazer a distinção entre tensão real (σ) e tensão de engenharia (σ0). σ = F / A σ0 = F / A0 σ = σ0 (1+e) 50 Diagrama tensão-deformação real Comportamento mecânico dos materiais � A tensão nominal baseada na área original, diminui após o ponto de máxima carga. � Na realidade o metal segue encruando até a fratura, deste modo as tensões necessárias para deformar o material também precisam ser aumentadas. � Utilizando as tensões verdadeiras, baseadas na área instantânea do corpo de prova, a curva tensão-deformação obtida cresce continuamente até a fratura. 51 Diagrama tensão-deformação real Comportamento mecânico dos materiais No regime elástico as duas curvas praticamente coincidem, já que as deformações são muito pequenas. No regime plástico a curva real começa a se distanciar. Com o início da estricção o afastamento é ainda mais significativo. 52 Diagrama tensão-deformação real Comportamento mecânico dos materiais Tensão real de fratura � A tensão real de fratura é σf , definida como a carga de fratura dividida pela área da seção transversal, no instante da fratura. � Essa tensão deve ser corrigida, pois na seção da fratura o estado de tensões é triaxial, devido a estricção, desenvolvendo tensões tangenciais e radiais, adicionalmente à tensão axial. � A tensão que efetivamente o material suporta, em um estado uniaxial, de tensões, é um pouco menor, dependendo da geometria do local da estricção. 53 Diagrama tensão-deformação real Comportamento mecânico dos materiais Deformação real de fratura � A deformação real de fratura εf, é dada por: εf = ln (A0 / Af) � Onde Af é a área da seção transversal que rompeu, outra maneira é de calcular é através da estricção: εf = ln [1 / ( 1 - ϕ)] 54 Diagrama tensão-deformação real Comportamento mecânico dos materiais Deformação real uniforme � É a deformação no ponto de carga máxima, ou seja, é a máxima deformação em que ocorreu uma deformação uniformemente distribuída sobre todo o comprimento de referencia. � Esta deformação é da ordem do expoente de encruamento do material, n. εf = ln (A0 / AR) onde AR é a área da seção transversal no instante de carga máxima. 55 Deformação plástica e o efeito Poisson Comportamento mecânico dos materiais � Se o material sofre uma deformação na direção do eixo x, provocada por uma carga nesta direção, esta deformação εx induz deformações em direções perpendiculares, y e z, dando origem as deformações εy e εz. � Para o caso uniaxial: εy = εz = - ν εx onde ν é o coeficiente de Poisson. 56 Deformação plástica e o efeito Poisson Comportamento mecânico dos materiais � No caso de um estado de tensão não uniaxial deve-se utilizar a lei de Hooke generalizada: ( ) E zyx x σσυσ ε +− = ( ) E zxy y σσυσ ε +− = ( ) E yxz z σσυσ ε +− = 57 Deformação plástica e o efeito Poisson Comportamento mecânico dos materiais � Para as tensões cisalhantes tem-se uma similaridade com a lei de Hooke. γ = τ / G � Sendo γ a deformação cisalhante, que pode atuar nos planos xy, xz ou yz, τ a tensão cisalhante e G o módulo de elasticidade transversal do material. ( )v EG + = 12 58 Deformação plástica e o efeito Poisson Comportamento mecânico dos materiais � Se o limite elástico for ultrapassado, as deformações passam a ter uma parcela elástica e uma plástica, onde o coeficiente de Poisson no regime elástico é diferente do regime plástico. � A deformação plástica processa-se a volume constante, levando a um coeficiente de Poisson = 0,5. � Para um estado uniaxial de tensões, a parcela de deformação transversal εy provocada por εx é dada por: ( )xpxey v εεε 5,0+−= 59 Modelos de curva Tensão-Deformação Comportamento mecânico dos materiais � É necessário, para a realização de uma análise de tensões, adotar um modelo para a curva tensão-deformação que deve ser adequada ao tipo de análise a ser realizada. 60 Modelos de curva Tensão-Deformação Comportamento mecânico dos materiais � Para o material idealizado como elástico ideal, o modelo deve ser utilizado dentro dos limites do comportamento elástico. � Para uma análise plástica os modelos mais simples são o elasto-plástico ideal e o rígido-plástico (aplicável quando tem- se elevados níveis de deformação plástica). � A idealização do material como tendo um encruamento linear é uma aproximação melhor que as anteriores. 61 Modelos de curva Tensão-Deformação Comportamento mecânico dos materiais � Em muitos materiais metálicos o comportamento fica melhor caracterizado pelo chamado encruamento potencial. nkεσ = Onde: n – expoente de encruamento K – coeficiente de resistência σ - tensão real ε - deformação real 62 Modelos de curva Tensão-Deformação Comportamento mecânico dos materiais � Os valores de n varia desde n = 0, caracterizando o sólido perfeitamente plástico, σ = k, onde k é interpretado como a tensão limite de escoamento, até n = 1, caracterizando o sólido perfeitamente elástico, σ = kε, onde k é interpretado como o módulo de elasticidade. � Os valores de n estão no intervalo (0 ; 1) e k (σe ; E). 63 Modelos de curva Tensão-Deformação Comportamento mecânico dos materiais � Em um gráfico em escalas logarítmicas da curva tensão- deformação real, a inclinação da reta, a partir do escoamento, é n, e k é a tensão real para o ponto onde ε = 1,0. 64 Modelos de curva Tensão-Deformação Comportamento mecânico dos materiais � Em alguns casos o modelo anterior não é coerente com os resultados experimentais, surgindo outros modelos: ( )npk εεσ += 0 ε0 - deformação que o material sofreu antes do ensaio (trefilação, laminação) εp – é a parcelaplástica da deformação n pE kεσσ += 65 Ensaio de impacto Comportamento mecânico dos materiais � Existem materiais intrinsecamente frágeis, ex. ferro fundido, pois em aplicações práticas sempre rompem de modo frágil. � Outros materiais podem apresentar ruptura dúctil ou frágil, apresentando comportamento variável quanto à forma de fratura. Ex. um aço baixo carbono, é dúctil sob carregamento uniaxial, porém apresenta comportamento frágil na presença de entalhes, baixas temperaturas, sob impacto ou sob um estado triaxial de tensão. � Desta forma os ensaios de impacto indicam de forma orientativa o grau de ductilidade. � Fratura dúctil apresenta grande absorção de energia de impacto (tenacidade elevada). Fratura frágil absorve pouca energia (tenacidade baixa). 66 Ensaio de impacto Comportamento mecânico dos materiais � No caso de fratura em serviço a falha geralmente inicia-se a partir de um defeito pré-existente, o que nos corpos de prova de tração não ocorre. � A tenacidade à fratura medida pela energia consumida no aumento da área rompida é menor que a tenacidade volumétrica medida no ensaio de tração. � Em componentes isentos de defeitos, a energia para a ruptura é elevada, já que deve-se dispender uma grande parte desta energia para a formação da trinca. 67 Ensaio de impacto Comportamento mecânico dos materiais Ensaio Charpy � O ensaio com corpo de prova Charpy com entalhe em V é um dos mais difundidos. � Verifica a suscetibilidade dos aços à fragilização na presença de entalhes. � O teste não pode ser utilizado diretamente para verificar o desempenho do material em serviço. � A aplicação da carga é feita através de um pêndulo, que após a fratura é medida a energia absorvida na fratura, em Joules. 68 Ensaio de impacto Comportamento mecânico dos materiais Ensaio Charpy 69 Ensaio de impacto Comportamento mecânico dos materiais Ensaio Charpy � Os ensaios são feitos a diversas temperaturas medindo a sua influência sobre a tenacidade do material. � Para materiais fragilizáveis existe uma faixa de temperatura em que ocorre a transição no modo de fratura, caracterizada pela queda brusca na tenacidade. � O material passa a romper de modo frágil. 70 Ensaio de impacto Comportamento mecânico dos materiais Ensaio Charpy 71 Ensaio de impacto Comportamento mecânico dos materiais Modificações do Ensaio Charpy � Corpo de prova pré-fissurado por fadiga antes de ser submetido ao ensaio de impacto. Faz com que o material tenha uma trinca aguda no fundo do entalhe. Desta forma a energia absorvida será exclusivamente necessária para propagar a trinca. � Instrumentação da máquina de ensaio obtendo um diagrama de carga-tempo. 72 Modelo para a transição dúctil-frágil Comportamento mecânico dos materiais � Várias experiências mostram a existência de duas tensões que fornecem as características de fratura do material. � Tensão de ruptura por clivagem σcl, que produz uma fratura frágil pela perda de coesão entre os átomos. Não depende da temperatura. � Tensão que provoca falha por deformação plástica, σeq, responsável pelo início do escoamento (movimento das discordâncias), coincide com σE. 73 Modelo para a transição dúctil-frágil Comportamento mecânico dos materiais � O ponto de intersecção das duas curvas determina a temperatura crítica, acima da qual a falha será por escoamento. Abaixo da temperatura crítica a falha ocorre por fratura frágil. 74 Modelo para a transição dúctil-frágil Comportamento mecânico dos materiais Efeito da velocidade de carregamento � Com o aumento da velocidade do carregamento a resistência ao escoamento aumenta (σeq, aumenta). A curva de σeq desloca-se para a direita, assim Tcr aumenta. Efeito do estado de tensões � A tensão normal para obter um estado de tensões tridimensional de tração é maior (σeq, aumenta). A curva de σeq desloca-se para a direita, assim Tcr aumenta. 75 Modelo para a transição dúctil-frágil Comportamento mecânico dos materiais Efeito do tamanho de grão � Com o aumento dos grãos, a resistência à clivagem diminui. A posição da reta está mais a baixo, assim Tcr aumenta. � Os contornos de grão funcionam como barreiras para o crescimento das trincas, dificultando a fratura. Logo aços com granulação fina possuem maior resistência à clivagem. Efeito do tamanho do corpo � Experiências com corpos de provas cilíndricos lisos mostram que o efeito predominante é redução da resistência de clivagem, assim Tcr aumenta com o aumento do corpo. 76 Modelo para a transição dúctil-frágil Comportamento mecânico dos materiais Efeito do gradiente de tensões � Sob flexão a tensão de escoamento é superior quando comparado a tração. As fibras externas mais solicitadas são suportadas pelas fibras internas, assim Tcr aumenta. Considerações finais � É desejado materiais com baixa temperatura crítica que pode ser reduzida pela alteração na composição química e refino de grão. � A temperatura de transição aumenta com o aumento nas tensões nas reentrâncias e nas soldas mal feitas e com o aumento da estrutura.
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