Aulas MCMI (pt 1,2 e 3)

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1 Ensaio de Tração 2016.pdf
1
Materiais de Construção Mecânica I
1.1 Ensaio de tração
2
Propriedades Mecânicas de Metais
1.1.1 Introdução
• Como os metais são materiais estruturais, o
conhecimento de suas propriedades mecânicas é
fundamental para sua aplicação.
• Um grande número de propriedades pode ser derivado
de um único tipo de experimento: o ensaio de tração.
Neste ensaio o material é submetido a uma força de 
tração, uniaxial, e se deforma até fraturar. Mede-se o 
valor da força e do alongamento a cada instante, e 
gera-se, posteriormente,uma curva tensão-deformação.
3
1.1.2 A Curva Tensão-Deformação
Amostra
Comprimento 
útil
Célula de Carga
Tração
0 2 3 4 51
0
50
100
Alongamento (mm)
C
ar
g
a 
(1
0
3
N
)
MPa
A
Px
ij













000
000
00

4
Curva Tensão-Deformação
Amostra
Comprimento 
útil
Célula de Carga
Tração
0 2 3 4 51
0
50
100
Alongamento (mm)
C
ar
g
a 
(1
0
3
N
)
0
250
500
Deformação, e (mm/mm)
T
en
sã
o
, 

(M
P
a)
0 0.04 0.05 0.08 0.100.02
Normalização para 
eliminar influência da 
geometria da amostra
5
Curva Tensão-Deformação
0 2 3 4 51
0
50
100
Alongamento (mm)
C
ar
g
a 
(1
0
3
N
)
0
250
500
Deformação, e (mm/mm)
T
en
sã
o
, 

(M
P
a)
0 0.04 0.05 0.08 0.100.02
•Normalização
  = P/A0 onde P é a carga e 
A0 é a seção reta da amostra
 e = (L-L0)/L0 onde L é o 
comprimento para uma dada 
carga e L0 é o comprimento 
original
6
Curva Tensão-Deformação 
• A curva -e pode ser dividida em duas regiões.
 Região elástica
 A deformação é reversível.
 (Ligações atômicas são alongadas mas não se rompem.)
 Para a maioria dos materiais essa região é linear e é descrita pela Lei de Hooke:
onde E é o módulo de elasticidade ou módulo de Young.
 
σ 
ε 
E 
Ee
σ
ε
7
Curva Tensão-Deformação 
• A curva -e pode ser dividida em duas regiões.
 Região plástica
  não é linearmente proporcional a e.
 A deformação é quase toda não reversível.
 (Ligações atômicas são alongadas e se rompem).
0 0.04 0.05 0.08 0.100.02
0
250
500
Deformação, e (mm/mm)
T
en
sã
o
, 

(M
P
a)
Elástica
8
A transição da região elástica para a plástica
Transição contínua: ocorre para a grande maioria dos materiais. 
Transição descontínua: ocorre em aços de baixo carbono. 
9
1.1.3 Propriedades mecânicas
Plástica
0 0.04 0.05 0.08 0.100.02
0
250
500
Deformação, e (mm/mm)
T
en
sã
o
, 

(M
P
a)
Elástica
0 0.004 0.005 0.008 0.0100.002
Deformação, e (mm/mm)
fratura
Limite de escoamento
Como não existe um limite claro entre as regiões
elástica e plástica, define-se o Limite de
escoamento, como a tensão que, após liberada,
causa uma pequena deformação residual de 0.2%.
a
10
Estricção e limite de resistência
Deformação, e
T
en
sã
o
, 

Limite de 
resistência
estricção
A partir do limite de 
resistência começa a ocorrer 
um estricção no corpo de 
prova. A tensão se concentra 
nesta região, levando à 
fratura.
11
1.1.4 Medidas de ductilidade
• Ductilidade é uma medida da deformação que ocorre
até a fratura. 
• Ductilidade pode ser definida como
 Alongamento percentual %EL = 100 x (Lf - L0)/L0
 onde Lf é o alongamento na fratura
 uma fração substancial da deformação se concentra na estricção, o que faz com 
que %EL dependa do comprimento do corpo de prova. Assim o valor de L0 deve 
ser citado.
 Redução de área percentual %AR = 100 x(A0 - Af)/A0
 onde A0 e Af se referem à área da seção reta original e na fratura.
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Alongamento (mm)
T
e
n
s
ã
o
 (
M
P
a
)
Curva -e para Cobre Recozido
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Curva -e para Cobre Endurecido a Frio
Alongamento (mm)
T
e
n
s
ã
o
 (
M
P
a
)
14
Comparação
Alongamento (mm)
T
e
n
s
ã
o
 (
M
P
a
)
Recozido
Endurecido a frio
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Tenacidade
• Tenacidade é a capacidade que o material possui de 
absorver energia mecânica até a fratura.
 área sob a curva -e até a fratura.
O material mais frágil tem 
maior limite de escoamento e 
maior limite de resistência. 
No entanto, tem menor 
tenacidade devido à falta de 
ductilidade (a área sob a 
curva correspondente é muito 
menor).
Alongamento (mm)
T
e
n
s
ã
o
(M
P
a
)
Mais frágil, mais resistente, 
menos tenaz
Mais dúctil, menos resistente,
mais tenaz
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Resiliência
• Resiliência é a capacidade que o material possui de 
absorver energia elástica e devolvê-la quando relaxado.
 área sob a curva dada pelo limite de escoamento e pela 
deformação no escoamento.
 Módulo de resiliência Ur = de com limites de 0 a ey
 Na região linear Ur =yey /2 =y(y /E)/2 = y
2/2E
 Assim, materiais de alta resiliência possuem alto limite de 
escoamento e baixo módulo de elasticidade.
 Estes materiais seriam ideais para uso em molas.
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Resumo da curva -e e propriedades
 Região elástica (deformação reversível) e região plástica (deformação 
quase toda irreversível).
 Módulo de Young ou módulo de elasticidade => derivada da curva na 
região elástica (linear).
 Limite de escoamento => define a transição entre região elástica e 
plástica => tensão que, liberada, gera uma deformação residual de 0.2%.
 Limite de resistência => tensão máxima na curva 
-e de engenharia.
 Ductilidade => medida da deformabilidade do material
 Tenacidade => medida da capacidade de absorver energia mecânica até 
a fratura=> área sob a curva até a fratura.
 Resiliência => medida da capacidade de absorver e devolver energia 
mecânica => área sob a região linear
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Exercícios
Regime elástico
Uma barra de cobre com 305 mm de comprimento está submetida a 
uma tensão de tração de 276 MPa. Se a deformação à qual essa barra 
está submetida é totalmente elástica, qual é o alongamento da barra?
Dado Ecu = 110 GPa
σ
σ
L0
σ = E.e
e = ΔL/L0
ΔL = σ.L0/E
ΔL = 276 • 305
110•103
ΔL = 0,76 mm 
19
Exercícios
Regime elástico – Limite de escoamento
O limite de escoamento e o módulo de Young de uma liga de cobre 
valem 345 MPa e 103 GPa, respectivamente.
a) Qual é a máxima carga que pode ser aplicada a um corpo de prova 
com área de 130 mm2 sem que ocorra deformação plástica?
F = σy • A0
σy = F
A0
F = 345 • 130
F = 44.850 N
(106 N • 10-6 m2)
m2
20
Exercícios
Regime elástico – Limite de escoamento
O limite de escoamento e o módulo de Young de uma liga de cobre 
valem 345 MPa e 103 GPa, respectivamente.
b) Se o comprimento original da amostra vale 76 mm, qual é o 
comprimento máximo a que ela pode ser alongada sem haver 
deformação plástica?
ΔL = 76 • 345
103 • 103
σy = E.e
e = ΔL/L0
σy = E • ΔL/ L0 ΔL = L0 • σy / E
ΔL = 0,255 mm
ΔL = Lf - L0 Lf = ΔL + L0 Lf =
76,255 mm
21
Exercícios
Regime plástico 
Uma liga de alumínio (E = 75 GPa) foi submetida a uma tensão de 
600 MPa, que gera uma deformação total de 0,023. Se o limite de 
escoamento dessa liga vale 450 MPa, calcule a deformação 
permanente após a remoção da tensão. 
ee = 600
75 • 103
σ = E • ee ee = σ / E
0,023
600 MPa
ep
ee = 0,008 mm
et = ep + ee
ep = 0,023 – 0,008 = 0,0150
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1.1.5 Constantes elásticas
• Além do módulo de elasticidade existem 2 
outras constantes elásticas que 
caracterizam o comportamento elástico de 
um metal:
• Coeficiente de Poisson (): definido como 
sendo a razão entre a deformação 
transversal e a deformação longitudinal.
  = - ex / ez = - ey / ez
 o sinal de menos é usado para que o valor seja 
sempre positivo, pois o material alonga (+) na 
direção do esforço e se contrai (-) 
transversalmente a esse.
23
Constantes elásticas
• A outras consatnte elástica é o módulo de 
cisalhamento (G) que é calculado pela relação: 
𝐺 =
𝐸
2(1+)
Tensão cisalhante 
 = F/A0
onde A0 é a área paralela à força aplicada
Deformação cisalhante
 = tan a = y/z0
onde a é o ângulo de deformação
Módulo de cisalhamento
 = G 
241.1.6 A curva tensão-deformação 
verdadeira
 A curva -e obtida 
experimentalmente é denominada 
curva -e de engenharia.
Esta curva passa por um máximo de 
tensão, parecendo indicar que, a partir 
deste valor, o material se torna menos 
resistente, o que não é verdade.
 Isto, na verdade, é uma consequência da 
estricção, e do fato do ensaio ser 
realizado a velocidade constante.
 Pode-se corrigir este efeito levando 
em conta a diminuição de área, 
gerando assim a curva 
-e verdadeira.
fratura
curva -e de engenharia
fratura
curva -e verdadeira 
25
No emprego de materiais de engenharia, uma vez determinadas as
solicitações mecânicas externas às quais o material está submetido
quando em serviço, é necessário conhecer a resposta mecânica
inerente a cada material.
1.1.7 Fractografia
26
Fratura dúctil
Há deformação plástica macroscópica - estricção
Fratura tipo taça e cone.
27
 O material se deforma pouco, antes de fraturar.
 O processo de propagação de trinca pode ser muito veloz, gerando 
situações catastróficas.
 A partir de um certo ponto, a trinca é dita instável porque se propagará 
mesmo sem aumento da tensão aplicada sobre o material.
Fratura frágil
28
Aço doce em ensaio de tração
Comportamento Dúctil 
Ferro fundido em ensaio de tração 
Comportamento Frágil
Fratura Dúctil e Fratura Frágil
29
Fratura dúctil vs. Fratura Frágil
A fratura pode ser classificada como:
- Intergranular
- Transgranular
Aspectos macroscópicos Aspectos microscópicos
30
Micromecanismos de Fratura
Microcavidades
31
Micromecanismos de Fratura
Forma das microcavidades
Equiaxiais Alongadas
32
Micromecanismos de Fratura
Microcavidades intergranulares
33
Micromecanismos de Fratura
Clivagem
34
Micromecanismos de Fratura
Clivagem 
Facetas de clivagem
Contornos de grão
2 Ensaio de Compressão 2016.pdf
Materiais de Construção 
Mecânica I
1.2 Ensaio de Compressão
Ensaio de Compressão
Ensaio de compressão longitudinal em CP cilíndrico. 
Travessão móvel
P
Corpo de prova
Mesa
Ensaio de Compressão
P
Atrito entre o corpo de prova e as placas
da máquina de ensaio
Há restrição da deformação plástica nas
regiões próximas aos contatos, produzindo
um gradiente de tensões ao longo do
comprimento dos corpos de prova
A razão entre o comprimento do corpo de prova e seu diâmetro deve estar entre: 
8/2  dL
L pequeno: maximiza o efeito da distribuição não 
uniforme de tensão
L grande: pode ocorrer flambagem
J
L
E
Pc  2
2
4

Ensaio de compressão
Materiais dúcteis vs. Materiais frágeis
Ensaio de compressão
Materiais dúcteis vs. Materiais frágeis
Para os materiais dúcteis, o corpo de prova apresenta um contínuo
abaulamento.
O aumento da seção transversal faz com que a carga nominal aplicada
aumente.
Devido a essa variação de seção e à não uniformidade na distribuição de
tensão, as propriedades na região plástica são de difícil interpretação.
Ensaio de Compressão
Materiais dúcteis vs. Materiais frágeis
Para os materiais frágeis pode-se, normalmente, obter todo o comportamento
até a tensão de ruptura, pois não há praticamente variação da seção do corpo
de prova.
Material metálico Material cerâmico
Ensaio de Compressão
Comparação entre comportamentos à tração e à compressão 
do ferro fundido cinzento.
Ensaio de Compressão
1.2.1 Ensaio de amassamento
Ensaios especiais:
• É empregado para tubos que irão ser submetidos a altas pressões internas.
•O segmento de tubo é colocado em posição vertical entre as placas da
máquina de ensaio e é submetido a um esforço de compressão até uma
distância entre placas especificada.
•É feita inspeção visual na superfície lateral para verificar se existem fissuras.
L0 Lf
Ensaio de Compressão
1.2.3 Ensaio de achatamento
Ensaios especiais:
• É empregado como uma medida qualitativa da ductilidade de tubos.
•O segmento de tubo é colocado em posição horizontal entre as placas da
máquina de ensaio e é submetido a um esforço de compressão até uma
distância entre placas especificada.*
•É feita inspeção visual na superfície lateral para verificar se existem fissuras.
L0
* No caso mais rigoroso as paredes internas do tubo devem se encostar.
Lf
Ensaio de Compressão
Ensaio de achatamento