Aulas de Mecanica

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Departamento de 
Ciência dos Materiais
e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 1 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 1 
MET 1836 = Conformação de MateriaisMET 1836 = Conformação de Materiais
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Objetivos
Proporcionar o contato com a parte aplicada e
tecnológica dos processos de conformaçãotecnológica dos processos de conformação 
mecânica dos materiais e da metalurgia do 
pó dos metais, complementando conceitos 
teóricos de outras disciplinas correlatas. 
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Conteúdo Programático da AulaConteúdo Programático da Aula
1. Introdução
- Aspectos gerais; 
- Ensaio de tração. Propriedades básicas; 
E t- Encruamento.
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Aspectos gerais
Fi 1 F b i ã â i i [1]Figura 1 – Fabricação mecânica por usinagem [1].
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Aspectos gerais
Fi 2 F b i ã â i ld [2]Figura 2 – Fabricação mecânica por soldagem [2].
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Aspectos gerais
Fi 3 F b i ã â i f di ã [1]Figura 3 – Fabricação mecânica por fundição [1].
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Aspectos gerais
Fi 4 F b i ã â i t l i d ó [3]Figura 4 – Fabricação mecânica por metalurgia do pó [3].
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Aspectos gerais
Fi 5 F b i ã â i f ã [4]Figura 5 – Fabricação mecânica por conformação [4].
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Ensaio de tração 
Fi 6 C t t t ã d d táli [4]Figura 6 – Comportamento em tração de corpo de prova metálico [4].
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Ensaio de tração 
Regime elástico: rigidez versus flexibilidade
L i d H kLei de Hooke:
onde E significa o módulo
de elasticidade ou de Youngde elasticidade ou de Young
do material
Figura 7 – Deformações lineares [4]. 
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Ensaio de tração 
Figura 8 – Deformações elásticas não-lineares [4].
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Ensaio de tração 
Materiais rígidos apresentam menores deformações
elásticas para um mesmo nível de tensão do queelásticas, para um mesmo nível de tensão, do que
materiais flexíveis. Os primeiros possuem maiores
módulos de elasticidade.
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Ensaio de tração 
Figura 9 – Deslocamentos elásticos para a mesma carga em materiais diferentes [5].Figura 9 Deslocamentos elásticos para a mesma carga em materiais diferentes [5]. 
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Ensaio de tração 
Figura 10 – Variação do módulo de elasticidade de materiais metálicos com a 
temperatura [4].
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Ensaio de tração 
Regime elástico: limite de proporcionalidade, limite de escoamento e tensões
admissíveis
Figura 11 – Limite de escoamento convencional (a) e aparente (b) [4]. 
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Ensaio de tração
Resiliência é a capacidade de um material absorver 
energia quando o mesmo é deformado elasticamenteenergia quando o mesmo é deformado elasticamente 
e depois, com o descarregamento, ter essa energia 
recuperada. Para corpos de prova submetidos a um 
ensaio uniaxial de tração tal propriedade é determinadaensaio uniaxial de tração, tal propriedade é determinada 
como sendo a área sob a curva tensão-deformação 
de engenharia até o escoamento. 
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Ensaio de tração
Figura 12 – Representação esquemática da resiliência (área sombreada) 
do material [4]. 
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Ensaio de tração
Regime plástico: limite de resistência, ductilidade e redução de área
Figura 13 – Comportamento dúctil e frágil em 
regime uniaxial de tração [4].g
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Ensaio de tração
Figura 14: Representação esquemática das fraturas dúctil (esquerda) 
e frágil (direita) [6].
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Ensaio de tração
Figura 15: Aspectos macroscópicos das fraturas dúctil (a) e frágil (b) [7].
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Ensaio de tração
Ductilidade é outra propriedade mecânica importante, pois representaDuctilidade é outra propriedade mecânica importante, pois representa 
o grau de deformação plástica apresentada pelo material no 
momento da fratura. Um material que apresenta deformação plástica 
muito pequena ou mesmo nenhuma na fratura
é conhecido como material frágil, enquanto que aqueles que 
apresenta extensa deformação quando fraturam são chamadosapresenta extensa deformação quando fraturam são chamados 
de dúcteis. A ductilidade pode ser expressa quantitativamente como 
sendo alongamento percentual (AL%) como redução de área ou g p ( %) ç
estricção (RA%), ambas apresentadas anteriormente. Os valores
de ambos os parâmetros são geralmente diferentes.
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Ensaio de tração
Figura 16: Influência da temperatura nas propriedades mecânicas do ferro [4].
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Ensaio de tração
Tensão e deformação verdadeiras
A observação da Figura 6 entre os pontos M e F parece indicar 
que o material está se tornando mais fraco, o que não 
d lid d N d d tá t dcorresponde a realidade. Na verdade, o mesmo está aumentando 
sua resistência. Como existe um “empescoçamento” do 
corpo de prova, a seção resistiva nesta região está diminuindog
rapidamente, provocando a diminuição da resistência ao 
carregamento (força trativa). Como a tensão calculada admitea 
área original como sendo constanteárea original como sendo constante 
(diagrama tensão-deformação de engenharia), a diminuição 
da carga resulta na diminuição da tensão.
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Ensaio de tração
A tensão verdadeira (σv) é definida como sendo 
a carga (P) dividida pela área instantânea (Ai) 
da seção resistiva do corpo de prova, enquanto 
que a deformação verdadeira (εv) envolve o 
comprimento instantâneo (li) e inicial (lo) 
do mesmo.
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Ensaio de tração
σv (tensão verdadeira) = Pi / Ai
εv (deformação verdadeira) = ln (li/lo) 
ou ainda
sendo σ e ε a tensão e deformação de engenharia, respectivamente.
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Ensaio de tração
Figura 17: Correção da curva tensão-deformação de engenharia [4].
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Encruamento
Endurecimento por Encruamento
Figura 18: Curvas tensão-deformação de sólido real com encruamento
e sólido elastoplástico ideal [8].
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Encruamento
Encruamento significa aumento da dureza e resistência mecânica de 
um metal dúctil à medida que o mesmo é submetido a deformação 
plástica abaixo de sua temperatura de recristalização isto é trabalhoplástica abaixo de sua temperatura de recristalização, isto é, trabalho 
a frio (TF).
onde Ao e Ad significam área original da seção reta e área após 
deformação plásticas, respectivamente.ç p , p
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Encruamento
Figura 19: Aspecto microscópico de liga de cobre antes (a) e depois (b) de 
processo de deformação plástica [4].
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Encruamento
Figura 20: Influência do grau de encruamento sobre o limite de escoamento 
de diferentes materiais [4].
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Encruamento
Figura 21: Influência do grau de encruamento sobre o limite de resistência 
mecânica de diferentes materiais [4].
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Encruamento
Figura 22: Influência do grau de encruamento sobre a ductilidade de 
diferentes materiais [4].
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Encruamento
Figura 23: Efeito do recozimento sobre as propriedades mecânicas de 
uma liga de latão após encruamento [4].
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Encruamento
• Recuperação : alívio de uma parte da energia deformação interna de
um metal previamente deformado a frio geralmente atravésum metal previamente deformado a frio, geralmente através
de tratamento térmico (temperaturas baixas).
• Recristalização: formação de um novo conjunto de grãos livres deç ç j g
deformação no interior de um grão previamente deformado a frio,
geralmente através de tratamento térmico (temperaturas
intermediárias).
• Crescimento de grão: aumento do tamanho médio de grão de um
material policristalino Para a maioria dos materiais ocorre emmaterial policristalino. Para a maioria dos materiais ocorre em
temperaturas mais elevadas de tratamento térmico.
• Temperatura de recristalização: fronteira entre trabalho a frio e trabalhop ç
a quente. 
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Encruamento
Figura 24: Liga de latão após trabalho a frio (a) e estágio inicial de 
recristalização (b) [4].
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Encruamento
Figura 25: Complemento da figura anterior. Recristalização parcial (c), 
recristalização completa (d), crescimento de grão após 15 min em 580ºC (e), 
crescimento de grão após 10 min em 700ºC (f) [4].
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Referências da Aula
1. J. A. Schey, Introduction to Manufacturing Processes. McGraw-Hill, New York 
(1987).( )
2. Sandivik, Welding Handbook. Sandivik AB, Sandiviken (1987).
3. R. M. German, Powder Metallurgy Science. Metal Powder Industries 
Federation, New Jersey (1984).
4. W. D. Callister Jr., Ciência e Engenharia de Materiais: uma Introdução. LTC 
Editora, Rio de Janeiro (2002).
5. M. F. Ashby and D. R. Jones, Engineering Materials - Microstructure, 
Processing and Design Elsevier Oxford (2005)Processing and Design. Elsevier, Oxford (2005).
6. N. E. Dowling, Mechanical Behavior of Materials. Prentice-Hall, Englewood 
Cliffs (1998).
7. ASM, ASM Handbook Vol. 12 Fractography. Metals Park (1997).
8. R. A. Higgins, Propriedades e Estrutura dos Materiais em Engenharia. DIFEL, 
São Paulo (1992).