cien_mat_aula6__propriedades_mecanicas

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PROPRIEDADES 
MECÂNICAS
Os materiais estão sujeitos a forças ou cargas.
Exemplos:
• Asa de avião
• Eixo de um automóvel
• Vigas metálicas
Torna-se necessário conhecer as características do
material e projetar o membro, de tal maneira que
qualquer deformação resultante não seja excessiva e
não ocorra fratura.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
O comportamento mecânico de um material reflete a
relação entre a sua resposta ou deformação a uma
carga ou força que esteja sendo aplicada.
Algumas propriedades mecânicas importantes são a
resistência (LRT), a dureza, a ductilidade e a rigidez.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Fatores que devem ser considerados:
A natureza da carga aplicada
• Duração da sua aplicação (tempo)
• Condições ambientais
PROPRIEDADES MECÂNICAS
TENSÃO X DEFORMAÇÃO
Uma amostra é deformada, geralmente até sua fratura,
mediante uma carga de tração gradativamente
crescente ao longo do eixo mais comprido de um corpo
de prova.
Normalmente, a seção reta é circular, porém corpos de
prova retangulares também são usados.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIO DE TRAÇÃO
PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIO DE TRAÇÃO
Figura 1 – ilustração esquemática
de como uma carga de tração
produz um alongamento e uma
deformação linear positiva.
F - Carga ou Força (tração)
lo - comprimento original antes de
qualquer carga a ser aplicada.
l - comprimento após a deformação.
Ao – Área da seção reta original
antes da aplicação de qualquer
carga.
Máquina de Ensaio de Tração:
É projetada para alongar o corpo de prova a uma taxa
constante além de medir contínua e simultaneamente a
carga instantânea aplicada (com uma célula de carga)
e os alongamentos resultantes (usando o
extensômetro)
RESULTADO - Carga ou força em função do
alongamento.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIO DE TRAÇÃO
PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIO DE TRAÇÃO
Figura 2. Representação esquemática do dispositivo usado para
ensaio de tensão-deformação.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
TENSÃO
Tensão de Engenharia
σ = Tensão de engenharia
MPa (SI) – 1MPa = 106 N/m2) ou (psi – libras força por polegada quadrada
(EUA)
F = Carga instantânea aplicada em uma direção
perpendicular a seção reta da amostra.
Newton (N) ou Libra-força (Lbf)
Ao = Área da seção reta original antes da aplicação de
qualquer carga.
m2 ou pol2
σ = F / AO
Deformação de Engenharia
Є = deformação (não possui unidades, mas pode ser
expressa em %).
lo = Comprimento original antes de qualquer carga
ser aplicada.
li = Comprimento instantâneo.
Δ l = Alongamento da deformação ou a variação no
comprimento a um dado instante, conforme referência
ao comprimento original. Δ l = li - lo
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DEFORMAÇÃO
Є = L / LO
Um ensaio de compressão é conduzido de uma
maneira semelhante à de um ensaio de tração, exceto
pelo fato de que a força é compressiva e o corpo de
prova se contrai ao longo da direção da tensão.
Por convenção uma força compressiva é considerada
como sendo negativa, o que produz uma tensão
também negativa.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIO DE COMPRESSÃO
PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIO DE COMPRESSÃO
Figura 3 – Ilustração esquemática de como uma carga de
compressão produz uma contração e uma deformação linear
negativa.
Figura 4 – Representação esquemática da deformação de
cisalhamento γ.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIO DE CISALHAMENTO
As forças torcionais produzem um movimento de rotação em torno do
eixo longitudinal de uma das extremidades do membro em relação à
outra.
Figura 5 – Representação esquemática da deformação torcional.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIO DE TORÇÃO
PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIO DE TRAÇÃO
CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO
A partir dessa curva podemos obter as 
seguintes informações sobre o material;
• Módulo de elasticidade
• Tensão de escoamento
• Tensão máxima (resistência)
• Tensão de ruptura
• Ductibilidade
• Resiliência
• Tenacidade
Deformação elástica
σ = Tensão.
(níveis relativamente baixos)
E = Constante de proporcionalidade.
= módulo de elasticidade
= módulo de Young
(GPa ou psi) 1GPa = 109N/m2 = 103 MPa
Є = deformação elástica.
(sem unidade ou %)
Eσ = E x Є
Lei de HooKe
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
Quando maior for o módulo, mais rígido será o material
ou menor será a deformação elástica.
É o processo de deformação no qual a tensão e a
deformação são proporcionais.
Descarga
Carga
Coeficiente angular = Módulo de elasticidade 
T
e
n
s
ã
o
Deformação
Figura 6 – Diagrama esquemático 
tensão-deformação mostrando a 
deformação linear para ciclos de 
carga e descarga.
Módulo de elasticidade: pode ser calculado através 
da curva tensão X deformação 
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
Módulo de elasticidade representa uma medida da
resistência à separação de átomos adjacentes, isto é,
as forças de ligações interatômicas.
Temperatura Módulo de elasticidade
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
A deformação elástica, em uma escala atômica é
manifestada como pequenas alterações no
espaçamento interatômico e na extensão de ligações
interatômicas.
Figura 7 – Comportamento tensão
deformação típico para um metal,
mostrando as deformações elásticas e
plásticas
É uma deformação
permanente e não
recuperável, com
deformações acima
de 0,002.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
A partir de uma perspectiva atômica, a deformação
plástica corresponde a quebra de ligações com os
átomos vizinhos originais e em seguida formação de
novas ligações com novos átomos vizinhos, uma vez
que um grande número de átomos ou moléculas se
move em relação uns aos outros; com a remoção da
tensão, eles não retornam às suas posições originais.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA X PLÁSTICA
PROPRIEDADES MECÂNICAS
TENSÃO DE ESCOAMENTO
Escoamento: ocorre quando terminada a fase elástica. Deformação 
permanente do material sem que haja aumento de carga, ou pouca 
oscilação dos valores. 
Limite de escoamento: como não existe um limite claro entre as regiões
elástica e plástica, é definido como a tensão que, causa uma pequena 
deformação residual de 0,2%
PROPRIEDADES MECÂNICAS
TENSÃO DE RESISTÊNCIA (MÁXIMA)
• Limite de resistência: após o encruamento, que é o
endurecimento causado pela quebra dos grãos que compõem
o material quando deformado, o material resiste mais à
tração, exigindo uma tensão maior para se deformar.
• Nessa fase, a tensão começa a subir, até atingir um valor
máximo, chamado de limite de resistência, representado pelo
ponto B na curva.
Para calcular basta aplicar a fórmula:
σRS = FMAX / AO
PROPRIEDADES MECÂNICAS
TENSÃO DE RESISTÊNCIA (MÁXIMA)
Continuando a tração, chega-se à ruptura do
material, que ocorre num ponto chamado limite
de ruptura (ponto C).
Note que a tensão no limite de ruptura é menor 
que no limite de resistência, devido à diminuição
da área (estricção) que ocorre no corpo de prova
depois que atinge a carga máxima. 
Para calcular basta aplicar a fórmula:
σRup = FRup / AO
COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS
Figura 10 – Comportamento tensão x deformação dos Polímeros e
Metais.
COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DUCTIBILIDADE
Materiais frágeis: Deformação de fratura < 0,5%
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DUCTIBILIDADE
Representação esquemática do comportamento tensão-deformação em 
tração para materiais frágeis e dúcteis carregados até a fratura.
 Temperatura  Ductilidade
 Temperatura  Materiaisse tornam frágeis
PROPRIEDADES MECÂNICAS
RESILIÊNCIA
É a capacidade de um material absorver energia
quando ele é deformado elasticamente e depois com o
descarregamento, ter essa energia recuperada.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
RESILIÊNCIA
Representação esquemática da resiliência para materiais metálicos e
materiais cerâmicos.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
TENACIDADE
PROPRIEDADES MECÂNICAS
TENACIDADE
PROPRIEDADES MECÂNICAS
TENSÃO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRAS OU REAIS
A curva de tensão x deformação
convencional estudada
anteriormente, não apresenta uma
informação real das
características tensão e
deformação porque se baseia
somente nas características
dimensionais originais do corpo de
prova ou amostra e que na
verdade são continuamente
alteradas durante o ensaio.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
INFLUÊNCIA DO TEMPO E TEMPERATURA
PROPRIEDADES MECÂNICAS
INFLUÊNCIA DO TEMPO E TEMPERATURA
PROPRIEDADES MECÂNICAS
MATERIAIS CERÂMICOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
MATERIAIS CERÂMICOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
MATERIAIS CERÂMICOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
COMPORTAMENTO TENSÃO X DEFORMAÇÃO 
MATERIAIS CERÂMICOS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
MATERIAIS CERÂMICOS
Comportamento Mecânico Influência da porosidade
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DUREZA
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Dureza de Risco
Dureza de choque ou ressalto
Dureza de Penetração
Escala de Mohs
Dureza Shore
Dureza Brinell
Dureza Vickers
Dureza Rockwell
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DUREZA MOHS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DUREZA SHORE
Neste teste, um durômetro mede a resistência,
tomada como a medida da dureza, à penetração
de um pino pressionado contra o elastômero pela
ação de uma mola sob carga padronizada. Um
ponteiro move-se através de uma escala para
mostrar a resistência à penetração, e as escalas
nos durômetros Shore variam de 0 a 100
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DUREZA POR PENETRAÇÃO
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DUREZA BRINELL (HB)
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DUREZA BRINELL (HB)
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DUREZA ROCKWELL (HR)
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DUREZA ROCKWELL (HR)
PROPRIEDADES MECÂNICAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DUREZA VICKERS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
RESISTÊNCIA AO IMPACTO
PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIO CHARPY
PROPRIEDADES MECÂNICAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
CURVA – ENSAIO DE CHOQUE