Comportamento mecânico

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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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 ==∆
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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
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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.
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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.
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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.