Aula 5 Propriedades Mec nicas dos Metais

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Curso de Bacharelado em Engenharia 
Prof. Rômulo Martins 
romulojunior@gmail.com 
FACEBOOK: 
http://www.facebook.com/raimundoromulo 
 
Recife, 2015.2 
 
Ciência e Tecnologia dos Materiais 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
METAIS / Concreto 
módulo de elasticidade (rigidez, E) 
limite de escoamento (σe) 
limite de resistência a tração (LRT) 
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1. INTRODUÇÃO 
 
 O Comportamento mecânico de um material 
reflete a relação: 
deformação a uma carga ou força aplicada 
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade 
do material de resistir às forças mecânicas e/ou de 
transmiti-las 
 Principais Propriedades mecânicas (projeto): 
Rigidez, 
resistência, 
dureza, 
ductilidade e 
tenacidade 
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1. INTRODUÇÃO 
 
 As propriedades mecânicas são verificadas 
através dos ensaios (destrutivos e não 
destrutivos); 
 Variáveis dos ensaios: 
 
Carga aplicada 
Duração da carga aplicada 
Condições ambientais 
 
 Técnicas padronizadas: Sociedade Americana para 
Ensaios de Materiais (ASTM) 
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-TENSÃO é algo (força/carga) aplicada a um material por 
carregamento. 
 
-DEFORMAÇÃO é a sua resposta; depende da magnitude da tensão 
e do modo como ela é aplicada. Pode ser plástica ou elástica 
 
-RIGIDEZ (elasticidade) é a resistência elástica a mudança de 
forma, isto é, o material volta à sua forma original quando a tensão 
cessa. 
 
-Resistência é a sua resistência à distorção permanente ou à falha 
total. 
A carga pode ser aplicada: 
tração, compressão e cisalhamento ou torção 
2. TENSÃO, DEFORMAÇÃO e 
RIGIDEZ (ELASTICIDADE) 
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 Tração compressão cisalhamento / torção 
7 
MODOS DE CARREGAMENTO: 
A maioria dos componentes de engenharia suporta cargas 
2. TENSÃO, DEFORMAÇÃO e 
RIGIDEZ (ELASTICIDADE) 
Flexão( tração + compressão) 
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Modos de carregamento. 
Stansted Airport, Londres. 
Elemento de 
compressão 
ou coluna 
Elemento de 
flexão ou 
viga 
Elemento de 
tração ou 
tirante 
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TRAÇÃO: 
- O parâmetro TENSÃO, σ (sigma) é 
calculado através da relação: 
F é a carga instantânea aplicada em uma direção perpendicular a 
seção transversal do corpo de provas (newton,N) 
 
A0 é a área da seção transversal original do corpo de provas antes 
da aplicação de qualquer carga (m2 ) 
 
Obs - Forças são medidas em Newton (N), portanto a tensão tem dimensões N/m2. 
Porém, a tensão de 1N/m2 é minúscula – a pressão atmosférica é 105 N/m2, portanto a 
unidade usual 106 N/m2, denominada MEGAPASCAL, símbolo MPa 
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TRAÇÃO: 
lo é o comprimento original antes de qualquer carga aplicada 
li é o comprimento instantâneo 
 é a deformação (não tem unidades, mas m/m é usado) 
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COMPRESSÃO: 
-É semelhante ao ensaio de tração; 
 
-São usadas as mesmas equações dos ensaios de tração (porém, 
negativa); 
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CISALHAMENTO E TORCÃO: 
-Para os ensaios realizados sob uma força cisalhante pura, a tensão 
cisalhante  (tau) é calculada de acordo com: 
F (Newton, N)é a carga ou força imposta paralelamente às faces superior e 
inferior, cada uma delas com área A0 (m
2) 
 
Portanto, a deformação cisalhante é definida como tangente do ângulo de 
deformação. 
Ex: brocas, eixos de máquinas e engrenagens. 
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3. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
- A tensão e a deformação são proporcionais entre si: 
E é o módulo de elasticidade 
ou 
módulo de Young 
É a rigidez! 
Lei de Hooke! 
- Deformação em que a TENSÃO é proporcional a DEFORMAÇÃO é 
chamado de DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
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3. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
- GRÁFICO DEFORMAÇÃO ELÁSTICA (deformação não permanente): 
O módulo de elasticidade 
pode ser considerado como 
rigidez, ou uma resistência 
do material à deformação 
elástica. 
 
 
 
 
 
Maior E = mais rígido 
material, logo menos 
deformação 
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EXERCÍCIO 
Uma peça de cobre originalmente com 305 mm (12 in) de 
comprimento é puxada em tração com uma tensão de 276 Mpa 
(40.000 psi). Se a deformação é inteiramente elástica, qual será o 
alongamento resultante? dados: Ecu = 110 000 MPa 
 
R: 0,765 mm (0,03 in) 
 
1 in = 25,40 mm 
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4. DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
- Se uma liga for deformada além de 
0,002, a tensão não será mais 
proporcional a deformação (Lei de 
Hooke), ocorrendo, portanto, uma 
deformação permanente (não 
recuperável)! – DEFORMAÇÃO 
PLÁSTICA 
Gráfico para o comportamento tensão-deformação típico de 
um metal. 
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Gráfico para o comportamento 
tensão-deformação típico de um 
metal, mostrando: 
 
Deformações elásticas e plásticas 
 
Limite de proporcionalidade P 
 
Tensão limite de escoamento σe 
(determinada usando o método de 
pré-deformação de 0,002) 
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Interpretação do gráfico tensão-
deformação (elástico-plástico) 
- A transição do comportamento elástico para o plástico é gradual 
para a maioria dos metais: ocorre uma curvatura no início da 
deformação plástica, que aumenta rapidamente com o aumento da 
tensão; 
- Perspectiva atômica: a deformação plástica corresponde à 
quebra de ligações entre os átomos vizinhos originais, seguida pela 
formação de novas ligações com novos átomos vizinhos – com a 
remoção da tensão, eles não retornam às suas posições originais! 
Materiais cristalinos – escorregamento 
(envolve discordâncias) 
 
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CONVENÇÃO: Uma linha reta é 
construída paralelamente à porção 
elástica da curva na pré-
deformação 0,002. 
 
A tensão correspondente à 
interseção dessa linha com a curva 
tensão-deformação conforme esta 
se inclina na região plástica é 
definida como o LIMITE DE 
ESCOAMENTO, σe (Mpa) 
Obs – não se mede o ponto P mas , 
σe ou , σl 
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 LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (LRT) 
- Após o escoamento, a tensão necessária para continuar a 
deformação plástica nos metais aumenta até um valor máximo 
(PONTO M), e então diminui até a fratura do material (PONTO F). 
LRT (Mpa)– É o ponto M 
 
 ponto que corresponde à 
tensão máxima suportada 
por uma estrutura sob 
tração! 
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Empescoçamento 
ou 
 estricção 
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DUCTILIDADE 
- É uma medida do grau de DEFORMAÇÃO PLÁSTICA que foi 
suportado até a fratura (OBS: NÃO CONFUNDIR COM RIGIDEZ 
QUE É ELASTICO!) 
A ductilidade é expressa como um 
alongamento percentual (%AL): 
lf é o comprimento no momento da fratura 
l0 comprimento útil original 
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DUCTILIDADE 
DÚCTIL 
FRÁGIL 
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RESILIÊNCIA 
- É a capacidade de um material de absorver energia quando ele 
é deformado ELASTICAMENTE e, depois, com a remoção da 
carga, permitir a recuperação dessa energia. 
TENACIDADE 
- Tenacidade à fratura é uma propriedade indicativa da 
resistência de um material à fratura quando uma trinca (defeito) 
está presente; 
 
-Mede a resistência ao choque 
 
-Ensaio Charpy 
 
-Ela é a área sob a curva σ – ε. 
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TENACIDADE 
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3. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
Exemplo 
Exemplo de leitura - Aço 1015: 
 
SAE 10XX – aço-carbono simples (outros elementos em porcentagens desprezíveis, 
teor de Mn de no máximo 1,0%); 
 
Terminação 15: 0,15%p C 
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ENSAIOS 
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MÁQUINA 
UNIVERSAL DE 
ENSAIOS PARA A 
REALIZAÇÃO DE 
ENSAIOS DE 
TRAÇÃO, 
CISALHAMENTO, 
COMPRESSÃO... 
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ENSAIO DE TRAÇÃO 
- Uma amostra é deformada, até sua fratura, por uma carga de 
tração que é aumentada gradativamente e é aplicada 
uniaxialmente ao longo do eixo de um corpo de provas. 
Corpo de provas-padrão para ensaios de tração com seção transversal circular. 
“osso de cachorro” 
 
Diâmetro = 12,8 mm (0,5 in) 
Comprimento da seção reduzida = 4 x diâmetro = 60 mm 
 
-Ensaio destrutivo;-NBR 6152 e ASTM E 8M 
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ENSAIO DE TRAÇÃO 
Corpos de provas-padrão para ensaios de tração com seção transversal circular e 
retangular 
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ENSAIO DE TRAÇÃO 
Dispositivo usado para a condução de ensaios tensão-deformação sob tração. 
1) O corpo de provas é alongado 
pelo travessão móvel; 
 
2) Uma célula de carga e um 
extensômetro medem, 
respectivamente, a magnitude 
da carga aplicada e o 
alongamento. 
 
3) Gráfico tensão e deformação 
VER VÍDEO 
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ENSAIO DE IMPACTO 
MÁQUINA PARA ENSAIO DE IMPACTO 
(CHARPY) 
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ENSAIO DE DUREZA 
- É a medida da resistência de um material a uma deformação 
plástica localizada (um risco); 
- Escala Mohs (arbitrária): 1 – talco até 10 - diamante 
- Ensaio simples e barato; 
- Não destrutivo 
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ENSAIO DE DUREZA 
ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL - 
Vickers 
- Menos utilizado 
- Penetradores de aço e diamante são usados. 
- Mais utilizado!! Norma ASTM 
ENSAIO DE DUREZA BRINELL 
- Penetradores de aço e diamante são usados, mas com 
diâmetros diferentes do ensaio Rockwell. 
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DURÔMETROS PARA MEDIDADES DE DUREZA DOS 
MATERIAIS EM ESCALAS VICKER, BRINNEL E 
ROCKEWLL 
ENSAIO DE DUREZA 
EXERCÍCIO 
Sabendo-se que a força de tração atua sobre a 
área da seção transversal do material, calcule a 
tensão (em MPa) que deve ser suportada por um 
tirante de aço de 2 mm2 de seção, sabendo que o 
material estará exposto a uma força de 30 N. 
 
R: 15 N/mm2 ou 15 MPa 
FALHA OU RUPTURA 
NOS METAIS 
Fratura 
 
Fadiga 
 
FRATURA 
 
 Consiste na separação do material em 2 ou 
mais partes devido à aplicação de uma 
carga estática à temperaturas 
relativamente baixas em relação ao ponto 
de fusão do material. 
FRATURA 
 Dúctil a deformação plástica continua 
até uma redução na área. 
 Frágil não ocorre deformação plástica, 
requerendo menos energia que a fratura 
dúctil que consome energia para o 
movimento de discordâncias e imperfeições 
no material. 
FRATURA 
Fraturas dúcteis 
Fratura frágil 
FRATURA 
Fratura frágil (“Aço doce”) 
 
 
Mecanismo da fratura dúctil 
a- formação do pescoço 
b- formação de cavidades 
c- coalescimento das 
cavidades para promover 
uma trinca ou fissura 
d- formação e propagação 
da trinca em um ângulo 
de 45 graus em relação 
à tensão aplicada 
e- rompimento do material 
por propagação da trinca 
MEV mostrando uma superfície de fratura intergranular (50X) 
FADIGA 
 É a forma de falha ou ruptura que ocorre 
nas estruturas sujeitas à forças dinâmicas 
e cíclicas - caso do avião 
 Nessas situações o material rompe com 
tensões muito inferiores à correspondente 
à resistência à tração (determinada para 
cargas estáticas) 
EXERCÍCIO 
Qual o corpo de provas abaixo é mais dúctil? 
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exercício: 
Um corpo de prova de aço com diâmetro d = 20 mm e comprimento L = 60 mm 
será submetido a um ensaio de compressão. Se for aplicada uma força F de 
100.000 N, qual a tensão absorvida pelo corpo de prova (T) e qual a deformação 
do mesmo ()? O módulo de elasticidade do aço (E) é igual a 210.000 MPa. 
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Continuação... 
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Curso de Bacharelado em Engenharia 
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