Parte 2-1

Prévia do material em texto

MATERIAIS PARA 
EQUIPAMENTOS DE 
PROCESSOS QUÍMICOS 
 
QUI 07-09522 
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Quando se pensa em propriedades mecânicas, 
 a principal grandeza física é a 
 
Tensão (σ) 
 
 σ = 
 
 
 
Unidades: Pa (N/m2), kPa, MPa, kgf/cm2, kgf/mm2 
 
 
área inicial da 
seção reta 
transversal 
Força ou carga 
F/Ao 
Tipos de Tensões 
TRAÇÃO 
COMPRESSÃO 
FLEXÃO 
CISALHAMENTO 
TORÇÃO 
PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 Resistência à tração 
 Resiliência 
 Ductilidade 
 Tenacidade 
 Dureza 
 Resistência ao Impacto 
 Fluência 
 Fadiga, entre outras. 
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade 
do material resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las. 
ENSAIO DE TRAÇÃO 
 Ensaio destrutivo 
 Resultado do ensaio: curva Tensão-deformação. 
 Determinação de diversas propriedades mecânicas 
 
NORMAS: 
Materiais Metálicos: ASTM E8 e ASTM E8M 
Polímeros: ASTM D412 (elastômeros), ASTM D638 
(termoplásticos), ASTM D882 (termoplásticos –filmes) 
ENSAIO DE TRAÇÃO 
Representação esquemática da 
máquina de ensaio de tração 
ENSAIO DE TRAÇÃO 
EXEMPLOS DE CORPOS DE PROVA 
ENSAIO DE TRAÇÃO 
EXEMPLOS DE CORPOS DE PROVA 
MATERIAIS METÁLICOS: NORMAS ASTM E8 e E8M 
ENSAIO DE TRAÇÃO 
Curva Tensão versus Deformação 
(Reversível) (Irreversível) 
R 
u 
y 
A deformação elástica não é permanente, o que 
significa que quando a carga aplicada é liberada, o 
corpo de prova retorna à sua forma original. 
Curva Tensão versus Deformação 
área inicial da 
seção reta 
transversal 
Força ou carga 
 TENSÃO NOMINAL OU TENSÃO DE ENGENHARIA 
 DEFORMAÇÃO NOMINAL, DE ENGENHARIA (ENGINEERING 
STRAIN) OU ALONGAMENTO 
lo: comprimento original 
li: comprimento instantâneo 
Propriedades obtidas na curva 
Tensão versus Deformação 
 Módulo de elasticidade ou de Young (E). 
 Tensão no escoamento 
 Tensão máxima 
 Tensão na ruptura 
 Ductilidade 
 Resiliência 
 Tenacidade 
Módulo de Elasticidade ou de Young 
Módulo de elasticidade ou de 
Young (E =  / ): 
 É a inclinação da curva tensão 
versus deformação na região 
elástica. 
 
E  + rígido é o material ou menor é a deformação 
elástica. 
Importante parâmetro de projeto: utilizado no calculo de 
deformações elásticas. 
Módulo de Elasticidade ou de Young 
É a máxima tensão que o material pode suportar sem 
apresentar deformação permanente após a retirada 
da carga. 
Tensão no escoamento (y), Limite de escoamento 
(LE) ou resistência à tração no escoamento 
Quando o fenômeno de 
escoamento é bem definido, a 
tensão de escoamento (y) 
corresponderá ao valor 
máximo de tensão verificado 
nesta fase. 
Escoamento 
Tensão no escoamento (y), Limite de escoamento (LE) 
ou resistência à tração no escoamento 
Quando o fenômeno de 
escoamento não é 
nitidamente observado, a 
tensão de escoamento 
corresponderá à tensão 
necessária para promover 
um valor especificado de 
deformação permanente. 
Começa a formar o 
estrangulamento 
(espescoçamento) 
do corpo de prova, 
onde irá ocorrer a 
fratura 
É a tensão no ponto máximo da curva 
Nota: Se esta tensão for aplicada e mantida ocorrerá a fratura 
do material. 
É a tensão correspondente a ruptura do material 
 
 É uma medida do grau de deformação plástica que o 
material sofre até a fratura. 
 A ductilidade pode ser expressa quantitativamente 
como alongamento percentual ou como uma redução 
percentual na área. 
ALONGAMENTO PERCENTUAL 
%EL = 100 x (Lf - L0)/L0 
Lf: alongamento na fratura (medido no corpo de prova) 
L0: alongamento inicial. 
Nota: o valor de L0 deve ser citado. 
REDUÇÃO PERCENTUAL DE ÁREA 
 E a sua capacidade de um material absorver energia, quando 
deformado elasticamente, e depois, com a remoção da carga, 
permitir a recuperação dessa energia. 
 
 Esse valor corresponde a área total abaixo da região elástica. 
 
Ur = 𝑑
𝑦
𝑜
 
Ur = ½ y 
Ur = y
2/2E 
E =  /  
y 
 
Ur: J/m3 
y
 : tensão no escoamento 
E: módulo de elasticidade 
Tenacidade (ou modulo de tenacidade Ut) 
Tenacidade é um termo mecânico usado em vários 
contextos, mas de um modo geral, pode ser definido 
como sendo a energia necessária para produzir a fratura 
no material. 
Geometria da peça e a forma de aplicação da carga afetam o valor da 
tenacidade - (normalmente avaliado através do ensaio de impacto) 
ENSAIO DE TRAÇÃO 
Tensão Verdadeira 
O formato da curva tensão x deformação 
define dois tipos de materiais: 
ENSAIO DE TRAÇÃO 
 Frágil 
 
 
 Dúctil 
Material Frágil 
Rompe facilmente, sem deformação permanente, ou 
seja, rompe ainda na fase elástica. 
Material Dúctil 
 Apresenta um limite de escoamento bem definido. 
São materiais que podem sofrer grandes 
deformações antes da ruptura (ex. Cobre, aço de 
baixo carbono recozido e Alumínio). 
Comportamento típico. 
Ex.: aço de baixo 
carbono recozido 
Material frágil com 
comportamento não linear. 
Ex.: ferro fundido 
 Comportamento elástico e 
linear até próximo da 
ruptura. 
Ex.: materiais cerâmicos e 
ligas fundidas de elevada 
dureza. 
ENSAIO DE COMPRESSÃO 
 Ensaio destrutivo 
 Semelhante ao de tração, com a diferença que a força 
aplicada é de compressão. 
 mais utilizado em: concreto, cerâmicas, plásticos e 
compósitos. 
 
NORMAS: 
Materiais Metálicos: ASTM E9 
Polímeros: ASTM D695 
Dúctil Frágil 
ENSAIO DE DUREZA 
Definição: consiste na impressão de uma marca na 
superfície da amostra feita por uma ponteira 
(endentador) sob ação de uma dada pressão. 
Quanto mais macio for o material 
 
Maior e mais profundo será a impressão 
 
Menor será o índice de dureza. 
ENSAIO DE DUREZA 
 É uma medida da resistência de um material a uma 
deformação plástica localizada (impressão ou risco). 
 Ensaio não-destrutivo 
 Simples e barato 
 Algumas propriedades mecânicas podem ser estimadas a 
partir dos dados de dureza 
Tipos: 
Rockwell: ASTM E18 - 11 Standard Test Methods for Rockwell Hardness of 
Metallic Materials, ASTM D785 - 08 Standard Test Method for Rockwell Hardness 
of Plastics and Electrical Insulating Material. 
Brinell: ASTM E10 - 12 Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic 
Materials 
Knoop e Vickers: ASTM C1326 - 08e1 Standard Test Method for 
Knoop Indentation Hardness of Advanced Ceramics, 
ASTM E384 - 11e1 Standard Test Method for Knoop and Vickers Hardness of 
Materials. 
Durometro: ASTM D2240 - 05(2010) Standard Test Method for Rubber 
Property—Durometer Hardness. 
ENSAIO DE DUREZA 
DUREZA ROCKWELL (HR) 
 Método + usado 
 Espessura mínima para ensaio: 10x a 
profundidade de impressão 
 Vantagens: leitura direta, impressão pequena e 
rapidez. 
 Desvantagens: várias escalas, requer boa 
preparação da superfície da amostra 
 
DUREZA ROCKWELL (HR) 
 Penetradores (ou endentadores): 
Esferas de aço endurecidas (1/16, 
1/8, ¼ e ½ pol) 
Cônico de diamante: usado p/ materiais + duros 
 Rockwell 
• F0 = pré-carga em kgf (10kgf), 
• F1= carga em kgf (50, 90 e 140kgf) 
• Ft= carga total (60, 100 e 150kgf) 
DUREZA ROCKWELL (HR) 
DUREZA ROCKWELL (HR) 
HR = E – e 
Onde: 
HR = valor da dureza Rockwell 
e = profundidade permanente causada pela penetração devido à cargamaior F1 (0,002 mm) 
E = constante que depende do formato do endentador: 100 para 
endentador de diamante, 130 para endentador de esfera de aço. 
 
DUREZA ROCKWELL (HR) 
DUREZA ROCKWELL (HR) 
DUREZA ROCKWELL (HR) 
Exemplos de representação de resultados: 
• 80 HRB: dureza Rockwell de 80 na escala B 
NOTA: Não existe a 
correlação para todos os 
metais 
Latão 
Ferro fundido 
nodular 
Aços 
Análise dos resultados das Propriedades 
Fatores que afetam os resultados: 
 Amostragem 
 Imprecisão do método 
 Heterogeneidade do material 
 
 
 Especificações dos materiais: faixas (dispersão do processo 
de fabricação) 
 
 Normas: especificam fatores de segurança 
Critério de tensões admissíveis para 
algumas aplicações (exemplos) 
Equipamento/ 
Instalação 
Código/Norma de 
Projeto 
Tensão Admissível para 
Temp. na faixa de fluência 
Vaso de pressão 
Permutadores de 
calor 
ASME- Seção VIII – Divisão 1 
Limite de resistência/3,5 
Limite de escoamento/1,6 
ASME- Seção VIII – Divisão 2 
Limite de resistência/3,5 
Limite de escoamento/1,5 
Caldeiras ASME- Seção I 
Limite de resistência/3,5 
Limite de escoamento/1,6 
Tanques de 
armazenamento 
API 650 Min 145 MPa 
Tubulações em 
unidades de 
processo 
ASME B31.1 
Limite de resistência/3,5 
Limite de escoamento/1,6