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Apostila de Propriedades dos Materiais - Prof. Tereza Denyse de Araújo - UFC

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Universidade Federal do Ceará
Resistência dos Materiais I
Propriedades dos Materiais – CAP 3
Profa. Tereza Denyse de Araújo
Março/2010
2
Roteiro de aula
 Ensaio de Cisalhamento
 Ensaio de Torção
 Falhas de Materiais
 Creep (Fluência)
 Fadiga
3
Ensaio de Cisalhamento
Ensaio de cisalhamento => produtos acabados
Ex. pinos, rebites, parafusos, cordões de solda, barras e chapas
Cisalhamento puro – material homogêneo isotrópico
4
Ensaio de Cisalhamento
Máquina 
de tração
Pinos, rebites, 
parafusos -
Dispositivo de 
ensaio tipo gaveta 
Ensaio 
de barras
Ensaio 
de 
chapas
5
Ensaio de Torção
Ensaio de torção => produtos acabados
Ex. virabrequim de automóvel, dos eixos de máquinas, polias, 
molas helicoidais e brocas
corpos de prova – material de seção circular cheia (barras) ou 
vazada (tubos) 
Ensaio de Torção
Ensaio de torção manual
Máquina de torção de alta 
velocidade
6
Diagrama Tensão - Deformação 
7
Falhas de materiais
 Modos de falha:
 Deslocamentos excessivos
 Recalque
 Flambagem de colunas
 Escoamento
 À temperatura ambiente
 Altas temperaturas (creep)
 Fratura
 Por descontinuidade geométrica (trincas)
 Fratura progressivo (fadiga)
8
Creep (Fluência)
 É a deformação plástica que ocorre num
material, sob tensão constante ou quase
constante, em função do tempo
 A temperatura tem um papel importantíssimo
nesse fenômeno
 Ocorre devido à movimentação de falhas
 Limita o tempo de vida de um determinado
componente ou estrutura
9
 Exemplo: A fluência é a capacidade que um 
metal tem de alterar o seu tamanho e a sua 
resistência mecânica ao longo do tempo 
quando apenas sujeito à uma força 
constante e uma temperatura de 40% da sua 
temperatura de fusão (TF).
 É importante para se projetar peças que 
resistam à uma alta força, como turbinas, 
pontes metálicas e gruas
10
Creep (Fluência)
 Objetivo: determinar a vida útil do material nas 
condições de carga constante, durante um 
período de tempo e sob temperaturas elevadas
 Utiliza-se de técnicas de extrapolação dos 
resultados, devido ao longo tempo de ensaio
 Ocorre em todos os materiais, e no caso de 
metais, é afetada por valores de T > 0,4 TF
 Corpos de Prova: similares aos do ensaio de 
tração
11
Ensaio de Fluência
Ensaio de Fluência
 Carga de tração constante
 Forno elétrico a temperatura 
constante e controlável
 Extensômetro para medir 
deformação em função do 
tempo
 Tempo de aplicação de 
carga é estabelecido em 
função da vida útil esperada 
do componente
12
13
Ensaio de Fluência
Hastes de extensão
Pirômetros e 
termopares
14
Ensaio de Fluência
 Ensaio em 3 categorias:
 Ensaio de fluência propriamente dito
 Ensaio de ruptura por fluência
 Ensaio de relaxação
15
Ensaio de Fluência
 Ensaio de fluência propriamente dito
 Consiste em aplicar uma determinada carga em um 
corpo de prova, a uma dada temperatura, e avaliar a 
deformação que ocorre durante a realização do 
ensaio
 A duração do ensaio é muito variável:
 Em geral, o tempo é superior a 1.000 horas
 O normal é o tempo de ensaio ter a mesma duração 
esperada para a vida útil do produto
 Extrapolação: o ensaio é realizado durante um tempo 
mais curto
16
Curva de Fluência –  x t
 Região de encruamento: 
onde a velocidade de 
fluência é rápida e ocorre 
nas primeiras horas. 
Velocidade de deformação 
(d/dt) é decrescente –
aumento da resistência ao 
encruamento 
17
Curva de Fluência –  x t
 Região de taxa de 
deformação constante: A 
taxa de fluência (d/dt) é 
constante (linear). Estágio 
de duração mais longa. 
Equilíbrio entre os 
processos de encruamento 
e recuperação
18
Curva de Fluência –  x t
 Região de ruptura: 
Aceleração da taxa de 
fluência, estricção seguido 
de ruptura. 
19
Ensaio de Fluência
 Ensaio de ruptura por fluência
 É semelhante ao anterior, só que neste caso os 
corpos de prova são sempre levados até a ruptura
 Os resultados obtidos no ensaio são:
 Tempo para a ruptura do corpo de prova,
 Medida da deformação, e
 Medida da estricção, em certos casos.
 Tempo de duração:  1000 h
Curva de Fluência –  x t
20
21
Ensaio de Fluência
 Ensaio de relaxação
 Fornece informações sobre a redução da tensão 
aplicada ao corpo de prova quando a deformação em 
função do tempo é constante a determinada 
temperatura
 A duração do ensaio é muito variável:
 1000 a 2000 horas
 Os resultados não têm relação direta com aplicações 
práticas e são extrapolados empiricamente para situações 
reais
22
Ensaio de Fluência
 A resistência à fluência é definida como a 
tensão a uma determinada temperatura que 
produz uma taxa mínima de fluência (d/dt) de 
por exemplo 0,0001 por cento/hora ou 0,001 por 
cento/hora.
 A resistência à ruptura refere-se à tensão a uma 
determinada temperatura que produz uma vida 
até a ruptura de 100, 1000 ou 10000 horas. 
Ensaio de Fluência
23
Fratura
 Consiste na separação do material em duas 
ou mais partes devido à aplicação de uma 
carga estática à temperaturas relativamente 
baixas em relação ao ponto de fusão do 
material
24
Fratura
 Processo de fratura
 Formação da trinca
 Propagação da trinca
 Tipos:
 Fratura dúctil
 Fratura frágil
25
Fratura
 Fratura dúctil
 O material se deforma substancialmente antes 
de fraturar. 
 O processo se desenvolve de forma 
relativamente lenta à medida que a trinca 
propaga. 
 Este tipo de trinca é denomidado estável porque 
para ela se propagar deve haver um aumento da 
tensão aplicada no material.
26
Fratura dúctil
27
Fratura
 Fratura frágil
 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.
28
Fratura frágil
29
A transição dúctil-frágil não é bem definida
Fadiga
 Ocorre quando peças ou componentes estão
submetidos a esforços dinâmicos ou cíclicos
 Caracterizada pela formação e propagação lenta 
de trincas microscópicas
 Nessas situações o material rompe com tensões 
muito inferiores à correspondente à resistência 
à tração (determinada para cargas estáticas)
30
Fadiga
 É comum ocorrer em estruturas como pontes, aviões, 
componentes de máquinas
 A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil mesmo em 
materiais dúcteis (com pouca deformação plástica)
 Ocorre subitamente e sem aviso prévio
 Responsável por 90% das Falhas em componentes e peças. 
31
Cargas de fadiga
 Carregamento alternado
32
Cargas de fadiga
 Carregamento repetido
33
Cargas de fadiga
 Carregamento flutuante
34
Cargas de fadiga
 Esforços que podem levar à fadiga:
 Tração
 Tração e compressão
 Torção
 Flexão
35
 Aplicação de carga cíclica em um CP;
 Extremamente empregado na indústria 
automobilística e aeronáutica
 O ensaio mais empregado é o de flexão rotativa
 Fornece dados quantitativos sobre resistência a 
formação de trincas
36
Ensaio de Fadiga
Ensaio de Fadiga
37
Durante o ensaio registra-se Carga (P) em função 
de número de ciclos (N)
Curva de Fadiga –  x N
38
Limite de resistência à fadiga
(σRf ) = patamar horizontal
Curva de Fadiga –  x N
39
Resistência à fadiga (σf ) = tensão 
na qual rompe para um no de ciclos
Vida à fadiga (Nf) = no de ciclos 
que causará ruptura para uma tensãoCurva de Fadiga –  x N
40

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