Ensaio de Tração

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS 
Departamento de Engenharia de Materiais 
Disciplina: 03.070-8 - Ensaios de Materiais 
Prof. Vitor Luiz Sordi 
 
ENSAIO DE TRAÇÃO 
 
1. GENERALIDADES 
 O ensaio de tração consiste em se aplicar a um corpo de prova 
adequadamente preparado, uma carga uniaxial provocando o alongamento 
da amostra na direção paralela ao eixo de aplicação da carga. O 
carregamento é aumentado gradativamente (carregamento estático), levando 
geralmente o material à fratura. 
 Este é sem dúvida, um dos mais simples e mais utilizados dos ensaios 
mecânicos e, quando realizado criteriosamente, pode fornecer informações 
básicas sobre as propriedades mecânicas fundamentais dos materiais 
empregados na engenharia. Essas informações tem muitas vezes aplicação 
direta no projeto e dimensionamento de componentes e produtos. 
 O ensaio de tração não é necessariamente capaz de fornecer 
informações para prever o comportamento dos materiais quando sujeitos a 
carregamentos em condições de serviço, no entanto, ele permite avaliar 
características de resistência e de ductilidade que podem ser usadas para 
estabelecer critérios de controle de qualidade que assegurem desempenho 
satisfatório em determinadas aplicações. Isso implica na necessidade de 
padronização dos métodos de ensaio e dos corpos de prova, com relação a 
tamanho, forma e técnicas para a obtenção das amostras. 
 Entidades normativas nacionais e internacionais encarregam-se de 
estabelecer e atualizar normas técnicas que padronizam métodos de ensaio e 
estabelecem as especificações exigidas para os materiais em geral e para 
produtos específicos. 
 A realização dos ensaios deve portanto, estar subordinada à 
observação criteriosa da normalização vigente, e a essa exigência está 
diretamente relacionada a confiabilidade e a comparabilidade dos resultados. 
 
 
 
 
 
 
2. A CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO "DE ENGENHARIA" PARA 
MATERIAIS METÁLICOS. 
 
 A resposta de um determinado material quando submetido ao ensaio 
de tração é geralmente analisada em termos de uma curva tensão-
deformação, obtida a partir de medidas da carga aplicada e o correspondente 
alongamento da amostra durante a realização do ensaio. Utiliza-se para a 
obtenção dessa curva, a "tensão média" (σ) longitudinal no corpo de prova, 
definida como a relação entre a carga (F) aplicada a cada instante, e a área 
(Ao) da secção transversal inicial do corpo de prova. 
 
σ = F / Ao (2.1) 
 
A "deformação nominal" (ε), é obtida é obtida através da relação entre o 
"alongamento" (∆L), do corpo de prova e seu comprimento inicial (Lo): 
 
ε = ∆L / Lo = (L - Lo) / Lo (2.2) 
 
A deformação específica assim definida é um parâmetro adimensional, e 
representa o alongamento da amostra por unidade de comprimento. Pode-se 
também definir a deformação em termos percentuais, multiplicando-se por 
100 o resultado da expressão (2.2) : 
 
ε (%) = 100 x (L - Lo) / Lo (2.3) 
 
 
 A curva tensão-deformação "nominal" ou "de engenharia" 
considera todos os valores de tensão e de deformação baseados na secção 
transversal e no comprimento útil "iniciais" do corpo de prova. Na 
realidade, os termos Ao e Lo não são constantes ao longo do teste de tração, 
e mais adiante serão introduzidos os conceitos de tensão e de deformação 
"verdadeiras", considerando a área da secção transversal e o comprimento 
útil "instantâneos" do corpo de prova. 
 A figura 2.1 mostra uma curva tensão deformação típica para muitos 
materiais metálicos, onde são definidos os principais parâmetros a serem 
obtidos a partir de um ensaio de tração. 
 
 
 
 
A
B
C
D
E
 
 
Figura 2.1 - Curva tensão-deformação típica para materiais metálicos. 
 
 O ponto B define o "limite elástico" ou "Limite de elasticidade", que 
é máxima tensão que o material poderia suportar sem apresentar deformação 
plástica permanente, após uma suposta remoção da carga aplicada. Na 
prática, este ponto é freqüentemente substituído pelo ponto A, que 
representa o "limite de proporcionalidade", definido como o ponto em que a 
curva tensão-deformação se desvia da linearidade. Esta aproximação é feita 
devido à necessidade de equipamento com alto grau de sensibilidade para se 
determinar com precisão o limite elástico da forma como é definido. De 
fato, os dois pontos estão geralmente muito próximos e a posição relativa de 
ambos é muito discutível. Para fins práticos, admite-se uma deformação 
residual da ordem de 0,001% , como sendo o limite da zona elástica da curva 
tensão-deformação. Materiais muito frágeis podem apresentar fratura ainda 
na zona elástica, e nestes casos, as definições acima não são significativas. 
 O Limite de Proporcionalidade define a região linear (OA) da curva 
tensão deformação. Nesta região, pode-se assumir que o material tem um 
comportamento puramente elástico, isto é, a deformação é totalmente 
recuperável se a carga aplicada for removida e, neste trecho da curva, é 
válida a "Lei de Hooke" : 
 
 
σ = E . ε (2.4) 
 
 
 
 A constante E, é denominada "Módulo de Elasticidade" ou "Módulo 
Elástico" ou "Módulo de Young" e pode ser determinada através da 
inclinação da curva tensão-deformação, na sua região linear (OA). 
 O trecho BD da curva da figura 2.1, delimita a região onde ocorre 
deformação plástica uniforme ao longo de todo o comprimento útil do corpo 
de prova. Nesta região da curva ocorre o fenômeno de endurecimento por 
deformação (ou encruamento) e a deformação total é a soma de uma parcela 
de deformação elástica recuperável , e uma parcela de deformação plástica 
permanente. 
 O ponto D define o “Limite de Resistência à Tração” (σt), que é 
obtido através da relação entre a carga máxima atingida durante o teste 
(Fmax) e a área da secção transversal inicial do corpo de prova (Ao). 
 
 
σt = Fmax / Ao (2.5) 
 
 No trecho DE da curva da figura 2.1, a deformação não é uniforme ao 
longo do corpo de prova, ocorrendo grandes quantidades de deformação 
concentrada em determinadas regiões da amostra. Este fenômeno de 
“estricção”, provoca grandes reduções localizadas de área da secção 
transversal do corpo de prova, resultando numa diminuição da força 
necessária para o prosseguimento da deformação, e uma queda aparente na 
tensão nominal, uma vez que esta é calculada considerando a área da secção 
transversal da amostra no início do teste. Embora a tensão localizada no 
ponto de estricção aumente continuamente até a ruptura da amostra, este 
fato não é levado em conta na construção da curva tensão-deformação “de 
engenharia” e a “Tensão de ruptura”, σr , é calculada considerando-se a 
área incial (Ao) da secção da amostra e a força (Frup) exercida pela 
máquina, no instante da ruptura. 
 
σr = Frup / Ao (2.6) 
 
A transição entre a região de deformação elástica e a região de 
deformação plástica pode ocorrer de forma gradativa como indicado na 
figura 2.2a, ou de forma brusca como mostra a figura 2.2b . Neste último 
caso, dependendo da precisão do sistema de registro do ensaio, é possível 
definir a 
 
 
Figura 2.2 – Tensão de escoamento e limite de escoamento convencional. 
 
 
Tensão de escoamento superior (σes) e a Tensão de escoamento inferior 
(σei) , ou simplesmente a Tensão de escoamento (σe) quando não for 
possível fazer distinção clara entre as duas anteriores. Quando a transição 
entre as zonas de elasticidade e de plasticidade ocorrer da forma indicada na 
figura 2.2a define-se o Limite de escoamento convencional (σ0,2) que 
corresponde à tensão necessária para provocar 0,2% de deformação plástica 
permanente na amostra. 
A Deformação Total na Ruptura (εf) contém uma parcela de 
deformação elástica, que é recuperada no instanteda fratura, como mostra a 
figura 2.1. Esta parcela geralmente é muito pequena em relação à 
deformação total, e para efeitos práticos, ela pode muitas vezes ser 
desconsiderada. A deformação final obtida no ensaio é um parâmetro de 
ductilidade do material e é definida como a diferença entre o comprimento 
útil inicial (Lo) e o comprimento final (Lf), dividida pelo comprimento útil 
incial do corpo de prova. Pode ser expressa em termos absolutos ou 
percentuais: 
 
εf = (Lf - Lo) / Lo (2.7) 
 
εf (%) = 100 . (Lf - Lo) / Lo (2.8) 
 
 
O “Coeficiente de estricção”, ou “coeficiente de redução de área” 
(Z), é outro parâmetro de medida de ductilidade do material. É definido 
como a redução percentual de área, no local onde ocorreu a fratura, em 
relação à área da secção transversal inicial do corpo de prova: 
 
Ζ (%) = 100 . (Ao - Af) / Ao (2.9) 
 
 
 
 
• Resiliência: habilidade do material de absorver energia quando deformado 
elasticamente e retornar à situação inicial quando a força é retirada. 
 
O Módulo de Resiliência (UR) é uma medida da quantidade de energia por 
unidade de volume absorvida pela amostra durante a deformação elástica. 
 
 
 
 
• Tenacidade: habilidade do material absorver energia na região plástica. É a 
área total abaixo da curva tensão-deformação. 
 
O Módulo de Tenacidade (UT) é uma medida da quantidade de energia por 
unidade de volume absorvida pela amostra desde o início do carregamento 
até a fratura. 
 
 
 
E
dU pR
p
.2
.
2
0
σε εσ == ∫
∫=
f
dUR
ε
εσ
0
.
 
Figura 2.3 – Energia absorvida para promover a deformação da 
amostra até a fratura. 
 
 
 
 
 
Curvas tensão x deformação nominal e 
verdadeira 
 
 
 
 
Figura 2.4- Curvas tensão x deformação nominal (de engenharia) e 
verdadeira (real). 
 
Figura 2.5 – Deformação uniforme 
 
 
O ponto de carga máxima corresponde ao Limite de deformação plástica 
uniforme. Até esse ponto pode-se considerar que o volume da amostra se 
mantém constante: 
 
AoLo = A . L 
 
Para diferenciar tensões e deformações nominais e verdadeiras, será usada 
de agora em diante, a seguinte convenção: 
 
e = ∆L / Lo = Deformação nominal ( ou de engenharia); 
ε = ∆L / L = Deformação verdadeira (ou real); 
S = F /Ao = Tensão nominal (ou de engenharia) 
σ = F/ A = Tensão verdadeira (ou real). 
 
 
e = ∆L / Lo = (L – Lo)/Lo 
L/Lo = (1+ e) 
ε = ln(1 + e) 
 == / ∆ = ∫L
L
oLLLdLLL
0
)/ln(/ε
S = F/Ao 
Ao/A = L/Lo = (1 + e) 
A = Ao / (1+e) 
 
σ = F/A = F (1+e) / Ao 
 
σ = S (1 + e)