7 PROPRIEDADES MECANICAS

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CIÊNCIA DOS MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Ensaios Mecânicos:
Ensaio de tração.
Deformação elástica:
Comportamento tensão-deformação;
Resiliência.
Deformação plástica:
Escoamento e limite de escoamento;
Limite de resistência à tração;
Ductilidade;
Tenacidade;
Dureza.
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INTRODUÇÃO:
Muitos materiais, quando em serviço, estão sujeitos a forças ou cargas. 
Ex: A liga de Al a partir do qual a asa de avião é construída, o aço no eixo de um automóvel, etc.
É necessário conhecer as características do material para se poder selecionar um material de tal maneira que qualquer deformação não seja excessiva e não ocorra fratura.
O comportamento mecânico de um material reflete a relação entre sua resposta ou deformação a uma carga ou força que esteja sendo aplicada. 
INTRODUÇÃO:
As propriedades mecânicas dos materiais são verificadas pela execução de experimentos de laboratórios (simulação). 
A idéia é tentar reproduzir o mais fielmente possível as condições de serviço.
Dentre os fatores a serem considerados incluem-se a natureza da carga aplicada (tração, compressão, cisalhamento), a duração da sua aplicação, bem como as condições ambientais. 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
ENSAIOS MECÂNICOS
Existem 3 maneiras principais segundo as quais uma carga pode ser aplicada: 
Tração: produz uma elongação e deformação linear positiva;
Compressão: produz contração e uma deformação linear negativa;
Cisalhamento
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ENSAIOS MECÂNICOS:
Os ensaios mecânicos são realizados pela aplicação, em um material, de um dos tipos de esforços possíveis (tração, compressão, cisalhamento, etc) para determinar a resistência do material a cada um desses esforços.
A escolha do ensaio mecânico mais interessante ou mais adequado para cada material depende:
da sua finalidade;
dos tipos de esforços que esse material vai sofrer e;
das propriedades que se deseja medir. 
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ENSAIO DE COMPRESSÃO:
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ENSAIO DE TRAÇÃO:
Uma amostra é deformada até a fratura mediante uma carga de tração crescente. O comprimento útil é utilizado em cálculo de ductilidade. 
 A amostra é elongada pelo travessão em movimento. 
 A célula de carga e o extensômetro medem, respectivamente, a magnitude da carga aplicada e a elongação.
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ENSAIO DE TRAÇÃO:
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ENSAIO DE TRAÇÃO:
Curva Tensão vs Deformação
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ENSAIO DE TRAÇÃO:
Curva Tensão vs Deformação
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ENSAIO DE TRAÇÃO:
Curva Tensão vs Deformação
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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA:
Comportamento tensão-deformação:
O grau ao qual uma estrutura se deforma depende da magnitude da tensão imposta;
O processo de deformação onde a tensão e a deformação são proporcionais é chamado de deformação elástica;
Quanto maior for o módulo de elasticidade, mais rígido será o material ou menor será a deformação elástica que resultará da aplicação de uma dada tensão.
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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA:
 A inclinação deste seguimento linear corresponde ao módulo de elasticidade E.
 Diagrama esquemático tensão-deformação mostrando a deformação elástica linear para ciclos de carga e descarga. 
 
 A deformação elástica não é permanente, o que significa que quando a carga aplicada é liberada a peça retorna à sua forma original.
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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA:
Comportamento tensão-deformação:
Em uma escala atômica, a de-formação elástica é manifestada como pequenas alterações no es-paçamento interatômico e na extensão de ligações interatô-micas. 
=> A magnitude do módulo de elasticidade representa uma me-dida da resistência de átomos adjacentes, isto é, as forças de ligação interatômicas.
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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA:
 O valor do módulo de elasticidade é proporcional à tangente no ponto de equilíbrio da distância interatômica, onde a força é nula.
 Força vs separação interatômica para átomos fracamente ligados e fortemente ligados.
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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA:
 Diagrama esquemático tensão-deformação mostrando comportamento elástico não linear e como módulos secante e tangente são determinados.
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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA:
 O limite de proporcionalidade para um tipo particular de aço depende da composição de sua liga.
 Todavia, a maioria dos aços, do mais mole ao mais duro, possuem o mesmo módulo de elasticidade: (Eaço = 200 GPa)
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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA:
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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA:
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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA:
 Gráfico de módulo de elasticidade vs. temperatura para tungstênio, aço e alumínio.
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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA:
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA:
Para a maioria dos materiais metálicos, o regime elástico persiste apenas até deformações aproximadamente 0,005.
 À medida que o material é deformado além deste ponto, a tensão não é mais proporcional à deformação => Ocorrendo uma deformação PERMANENTE e não recuperável (DEFORMAÇÃO PLÁSTICA).
Na transição do comportamento elástico para plástico existe a ocorrência de uma curvatura (inflexão) no ponto de surgimento da deformação plástica, a qual aumenta mais rapidamente com o aumento da tensão.
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA:
 Comportamento típico tensão-deformação para um metal mostrando: deformações elástica e plástica; o limite de proporcionalidade P e o limite de escoamento σe. 
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA:
ESCOAMENTO E LIMITE DE ESCOAMENTO
Muitas estruturas são projetadas para assegurar que apenas deformação elástica resultará quando uma tensão for aplicada;
É, portanto, desejável conhecer o nível de tensão no qual a deformação plástica começa, ou onde ocorre o fenômeno do ESCOAMENTO;
Para metais que experimentam esta transição de elástica para plástica, o ponto de escoamento pode ser determinado como o desvio inicial a partir da linearidade da curva tensão-deformação (LIMITE DE PROPORCIONALIDADE).
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA:
LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
 O limite de resistência à tração LRT (psi ou MPa) é a tensão no máximo na curva de tensão-deformação de engenharia;
Isto corresponde à tensão máxima que pode ser suportada por uma estrutura em tração; 
Se esta tensão é aplicada e mantida, a fratura acontecerá;
Toda deformação até este ponto é uniforme através de toda a região mais estreita da amostra de tração. 
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA:
LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
Nesta tensão máxima, uma pequena constricção ou pescoço começa a se formar em algum ponto e toda subsequente deformação é confinada nesta região, como indicado pelas amostras esquemáticas inseridas na Figura a seguir. 
Este fenômeno é denominado estricção ou empescoçamento e a fratura finalmente ocorre no pescoço. 
A resistência à fratura ou resistência à ruptura corresponde à tensão na fratura.
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA:
 Comportamento típico tensão-deformação para um metal mostrando o momento da fratura, ponto F. 
 O limite de resistência à tração LRT é indicada pelo ponto M. 
 As regiões circulares mostram a geometria do copo de prova em vários pontos ao longo da curva.
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA:
LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
 Os limites de resistência à tração podem variar em qualquer lugar desde 7000 psi (50 MPa) para um alumínio até um valor tão alto quanto 450000 psi (3000 MPa) para aços de alta resistência mecânica.
Quando a resistência mecânica de um metal é citada para propósitos de projeto, a tensão limite de escoamento é usada. 
Isto é devido ao fato de que no tempo em que uma tensão correspondente ao limite de
resistência à tração tenha sido aplicada, às vezes a estrutura terá experimentado tão grande deformação plástica que ela já se tornou inútil.
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EXEMPLO
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EXEMPLO
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DUCTILIDADE
É uma medida do quanto um material deforma plasticamente até sua fratura quando submetido a um esforço de tração.
Quando o esforço é de compressão a propriedade passa a se chamar MALEABILIDADE.
Um material que experimenta uma deformação plástica muito pequena ou mesmo nenhuma deformação plástica até sua fratura é chamado de FRÁGIL.
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DUCTILIDADE
Importância:
Ela dá uma indicação do grau segundo o qual uma estrutura irá se deformar plasticamente antes de fraturar. 
 Representação esquemática do comportamento tensão vs. Deformação para materiais dúcteis e frágeis até sua fratura.
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DUCTILIDADE
Fratura em taça-e-cone (alumínio). 
Fratura frágil (aço doce).
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DUCTILIDADE
O módulo de elasticidade, a tensão limite de escoamento e o limite de resistência à tração diminuem com o aumento da temperatura.
A ductilidade aumenta com o aumento da temperatura. 
 Representação esquemática do comportamento tensão vs. deformação para o Ferro em três temperaturas.
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DUCTILIDADE
 Influência da temperatura sobre as características tensão-deformação do polimetil metacrilato.
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TENACIDADE
Representa a medida da habilidade de um material em absorver energia até sua fratura, ou seja, em um regime ELÁSTICO e PLÁSTICO.
Quando há uma elevada taxa de deformação e quando um entalhe esta presente, a tenacidade é encontrada através de um ensaio de impacto.
A tenacidade à fratura é uma propriedade indicativa da resistência do material à fratura quando este possui uma trinca.
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ENSAIO DE IMPACTO CHARPY
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TENACIDADE
Quando há uma pequena taxa de deformação, a tenacidade pode ser determinada a partir dos resultados de um ensaio de tração (tensão vs. Deformação). 
Ela é a área sob a curva tensão vs Deformação até a fratura.
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TENACIDADE
Para que um material seja tenaz, ele deve apresentar tanto resistência quanto ductilidade e frequentemente materiais dúcteis são mais tenazes do que materiais frágeis. 
Sendo assim, embora o material frágil tenha maior limite de escoamento e maior limite de resistência à tração, ele possui menor tenacidade do que o material dúctil, em virtude da sua falta de ductilidade.
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Comportamento Tensão vs Deformação : CERÂMICOS
 Comportamento típico tensão-deformação até a fratura para o óxido de alumínio (cristalino) e vidro (amorfo).
(Discordâncias)
(Escoamento viscoso)
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Comportamento Tensão vs Deformação : POLÍMEROS
(Polímeros Frágeis)
(Plásticos)
(Altamente Elásticos - Elastomeros)
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RESILIÊNCIA
É a capacidade que um material tem de absorver energia quando deformado elasticamente (REGIME ELÁSTICO, ou seja, sem sofrer qualquer dano permanente) e depois, com o descarregamento, ter essa energia recuperada.
Os materiais resilientes são aqueles que possuem limites de escoamento elevados e módulos de elasticidade pequenos.
 Tais ligas encontram aplicações como molas.
 Representação esquemática mostrando como o módulo de resiliência (correspondendo à área sombreada) é determinado a partir do comportamento tensão-deformação do material.
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 Figura mostrando como os graus de resiliência e tenacidade de um aço podem mudar quando o teor de carbono na liga é alterado.
RESILIÊNCIA
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RESILIÊNCIA
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DUREZA
É uma medida da resistência de um material a uma deformação plástica localizada (uma pequena impressão ou um risco).
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DUREZA
Quanto mais macio é o material, maior e mais profunda é a impressão e menor é o numero índice de dureza.
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DUREZA