4-prop_mec_dos_materiais--P

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Propriedades Mecânicas 
dos Materiais
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Introdução
Conceitos de tensão deformação
Deformação elástica
Deformação plástica
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Por que estudar as propriedades mecânicas dos materiais?
Necessário para o projeto de estruturas/componentes de materiais predeterminados
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A queda de um guindaste de 500 toneladas matou dois operários na obra do estádio do Corinthians, que pretende sediar a abertura da Copa do Mundo, no dia 27 de novembro de 2013. Segundo noticiários, o acidente, que matou Fábio Luiz Pereira (42) e Ronaldo Oliveira dos Santos (44), ocorreu durante o intervalo do almoço; se assim não o fosse, a tragédia, lamentavelmente, poderia ser ainda maior.
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Como verificamos as propriedades mecânicas dos materiais?
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Quais são os fatores considerados durante o ensaio?
Natureza da carga aplicada
Duração da aplicação
Condições ambientais
Tempo de aplicação
Como fazer o ensaio?
Tração
Sociedade Americana para Ensaios e Materiais (ASTM —American Society for Testing and Materials).
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Conceitos de tensão e deformação
Se uma carga é estática ou se ela se altera de uma maneira relativamente lenta ao longo do tempo e é aplicada uniformemente sobre uma seção reta ou superfície de um membro, o comportamento mecânico pode ser verificado mediante um ensaio de tensão-deformação. 
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Ensaio de tração
'Normas ASTM E 8 e E 8M. "Standard Test Methods for Tension Tesiing of Meiallic
Materials" (Métodos Padrões de Ensaio para Testes de Tração em Materiais Metálicos).
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O resultado de um ensaio de tração é dado em carga ou força em função do alongamento
Tensão de engenharia
Deformação de engenharia
 = tensão (MPa, Kgf/cm2, Kgf/mm2, N/ mm2)
 F = força (carga) aplicada (N ou lbf)
A0 = área da seção reta transversal (cm2, mm2)
 = deformação
l0 = comprimento inicial da amostra
 li = comprimento instantâneo
Que esperamos se a seção transversal é dobrada?
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I
II
I
II
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Deformação elástica
Lei de Hooke
= tensão
E = módulo de elasticidade (módulo de Young) (Gpa o psi)
 = deformação
Modulo de elasticidade = Resistência 
do material à deformação elástica.
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Existem alguns materiais (por exemplo o concreto e muitos polímeros para os quais essa porção elástica inicial da curva tensão-deformação não é linear
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Modulo de elasticidade = Resistência 
do material à deformação elástica.
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Deformação elástica
Lei de Hooke
= tensão
E = módulo de elasticidade (módulo de Young) (Gpa o psi)
 = deformação
Modulo de elasticidade = Resistência 
do material à deformação elástica.
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Deformação plástica
O Escoamento é definido como o nível de tensão onde a deformação plástica tem inicio.
limite de escoamento: Resistência de um metal à deformação plástica.
I
II
I
II
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
fenômeno do pico de escoamento descontínuo
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Escoamento e limite de escoamento
 Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns metais de natureza dúctil, como aços com baixo teor de carbono.
 Caracteriza-se por um grande alongamento sem acréscimo de carga.
 Após o ponto de escoamento ocorre a deformação plástica (não-reversível). 
A lei de Hooke não é mais válida !
Em nível atômico, a deformação Plástica é causada pelo “deslizamento”, onde ligações atômicas são quebradas pelo movimento de deslocamento, e novas ligações são formadas.
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RECUPERAÇÃO ELÁSTICA DURANTE UMA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
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Propriedades elásticas dos materiais
Ao se aplicar uma força axial de tração em um corpo deformável esse corpo se alonga e ao mesmo tempo se contrai lateralmente
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Limite de “Resistência à Tração”
O “Limite de Resistência à Tração” - LRT, corresponde à tensão máxima (ponto M) aplicada ao material antes da ruptura. (se esta tensão for mantida ocorrerá a fratura do material)
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DUCTILIDADE
Representa uma medida do grau de deformação plástica que o material suportou quando de sua fratura, ou seja, corresponde ao alongamento total do material devido à deformação plástica.
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Materiais frágeis: são considerados, de maneira aproximada, como sendo aqueles que possuem uma deformação de fratura que é inferior a  0,5%. 
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comportamento tensão-deformação do ferro variando em função da temperatura
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Resiliência
É a capacidade de um material absorver energia quando este é deformado elasticamente e depois, com o descarregamento, ter essa energia recuperada.
 
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Dessa forma, os materiais resilientes são aqueles que possuem limites de escoamento elevados e módulos de elasticidade pequenos
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Tenasidade	
Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura.
Para pequenas taxas de deformação, a tenacidade é determinada pela área da curva de tensão-deformação (teste de tração)
 Para condições de carregamento dinâmicas (elevada taxa de deformação), a tenacidade à fratura é uma propriedade indicativa da resistência do material à fratura quando este possui uma trinca.
Para que um material seja tenaz, ele deve apresentar tanto resistência como ductilidade. Os materiais dúcteis são normalmente mais tenazes que os frágeis;
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TENASIDADE	
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A partir do comportamento tensão-deformação em tração para um corpo de proba de latão determine:
O modulo de elasticidade.
A tensão limite de escoamento.
A carga máxima que pode ser suportada por um corpo de proba cilíndrico que possui um diâmetro original de 12,8 mm
Variação no comprimento de um corpo de prova que tenha originalmente 250 mm de comprimento e que esteja submetido a uma tensão de tração de 345 MPa
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 No cálculo da tensão de deformação ( = F/A0) não é levado em consideração a variação da área da seção reta (A0).
TENSÃO VERDADEIRA:		
Onde:
Ai = é a área da seção transversal instantânea (m2)
li = comprimento instantâneo
l0 = comprimento inicial
*Se não há variação de volume  Ai.li = A0.l0
v = F/Ai
 v = ln (li/l0)
DEFORMAÇÃO VEDADEIRA:
* v = ln (Ai/A0)
TENSÃO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRAS 
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RELAÇÃO ENTRE TENSÃO VERDADEIRA E CONVENCIONAL:
 v =  (1+ )
RELAÇÃO ENTRE DEFORMAÇÃO VERDADEIRA E CONVENCIONAL:
 
 v = ln (1+ )
 As equações acima são válidas apenas para situações até a formação do pescoço. A partir deste ponto, a tensão e deformação verdadeiras devem ser computadas partir de medições de carga (força), da área da seção reta e do comprimento útil reais.
TENSÃO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRAS 
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 Durante a formação do pescoço existe um estado de “tensão complexo” na região do pescoço, devido a existência de componentes de tensão além da tensão axial. 
 Deste modo a curva de tensão correta (axial) x deformação deve ser corrigida pela expressão:
v = k.vn
K (coefic. de resistência) e n (coefic. de encruamento) são constantes que dependem do material e do tratamento (térmico ou por encruamento) dado ao material.
TENSÃO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRAS 
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A temperatura é uma variável que influencia as propriedades mecânicas dos materiais.
O aumento da temperatura provoca:
-- Módulo de Elasticidade (Parametro mecânico insensível )
 Limite de escoamento
 Tensão máxima de tração 
 ductibilidade
Propriedades Mecânicas Vs Temperatura
Comportamento tensão deformação para 
o ferro em três temperaturas. 
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Calcule o expoente de encruamento n na para uma liga cuja tensão verdadeira de 415 MPa (60.000 psi) produz umade formação verdadeira de 0,10; suponha um valor de 1035 MPa (150.000 psi) para K.
 Um corpo de prova cilíndrico, de aço, com diâmetro original de 12,8 mm (0,505 pol.) é testado sob tração até a sua fratura, sendo determinado que ele possui uma resistência à fratura σf, expressa em tensão de engenharia de 460 MPa (67.000 psi). Se o seu diâmetro da seção reta no momento
da fratura é de 10,7 mm (0,422 pol.), determine:
(a) A ductilidade em termos da redução de área percentual.
(b) A tensão verdadeira no momento da fratura
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Dureza
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 Próxima semana apresenta Dureza e fratura por impacto
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Representa a resistência de um material a uma deformação plástica localizada (penetração, risco);
Para medir dureza um pequeno penetrador é forçado contra a superfície do material a ser testado, sob condições controladas de carga e taxa de aplicação. Faz-se então a medida da profundidade ou do tamanho da impressão que por sua vez é relacionada a um índice de dureza: quanto mais macio o material, maior e mais profunda é a impressão e menor é o índice de dureza;
Ao contrário de outras propriedades como limite de escoamento, de resistência, tenacidade e outras a dureza não é uma grandeza absoluta => depende da técnica (máquina, carga, tipo de penetrador) => cuidado deve ser tomado ao se comparar durezas obtidas por técnicas diferentes
Dureza
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Ex.: Penetrador
esférico
Aplicação de força 
conhecida 
Medição da impressão
 pós remoção da carga 
d
D
Menores impressões 
significam maiores
durezas
Dureza
Maioria
dos plásticos
Aços de alta
usinabilidade
Ferramentas
de corte
Diamante
Relação entre força e/ou 
dimensões da impressão
Princípio geral da medição de dureza 
Índice de Dureza
Dureza
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Os ensaios de dureza são realizados com freqüência maior que os outros pelas seguintes razões:
São simples e baratos - normalmente não exigem CP’s especiais, e os equipamentos são relativamente baratos;
São não-destrutivos – o CP não é inutilizado nem excessivamente deformado, uma pequena impressão é a única deformação;
Outras propriedades mecânicas podem, com freqüência, ser estimadas a partir dos dados obtidos por ensaios de dureza (Ex.: limite de resistência à tração);
Os principais ensaios de dureza são: Rockwell, Brinell, Vickers e Knoop;
Dureza
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Ensaios de dureza
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Dureza Rockwell
É um dos ensaios mais universais devido à sua simplicidade, rapidez e facilidade de execução. É muito utilizado em quase todos os metais e ligas, dos mais duros aos mais macios;
Baseia-se na aplicação de um penetrador de dimensões conhecidas sobre a superfície da peça em dois estágios (uma pré-carga e uma carga principal), e então relaciona-se a deferença de profundidades da impressão a um índice de dureza;
São utilizados penetradores esféricos de aço de 1/16”, 1/8”, 1/4” e 1/2” (1,588, 3,175, 6,350 2 12,70mm), e um penetrador cônico de diamante (Brale) usado para os materiais mais duros. Diferentes escalas de dureza podem ser utilizadas. 
As 2 escalas mais utilizadas são:
HRB (carga 100kg) – penetrador esfera de aço 1,588 – faixa entre 20 e 100HRB (metais dúteis)
HRC (carga 150kg) – penetrador de diamante – faixa entre 20 e 70HRC (materais com dureza > 100HRB)
Ensaios de dureza
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Para determinar dureza de peças muito finas (Ex.: lâminas) e para caracterizar melhor a dureza de peças com camada superficial fina (tratamentos superficiais), usa-se o método de dureza Rockwell superficial;
Rockwell Superficial
Pré-carga = 3 kg
Ensaios de dureza
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Dureza Brinell
Consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço temperado (diâmetro D) sobre uma superfície plana, polida e limpa do metal a ser ensaiado, por meio de um carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d;
 A dureza Brinell é representada pelas letras HB e é dada pela razão entre a carga F aplicada e a área da calota esférica impressa no material ensaiado (Ac);
Ensaios de dureza
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Omite-se a unidade kgf/mm2 que deveria ser colocada após o valor de HB, uma vez que a dureza Brinell não é um conceito físico satisfatório, pois a força aplicada no material tem valores diferentes em cada ponto da calota;
D = Diâmetro da esfera [mm];
d = Diâmetro da impressão [mm]
O ensaio padronizado usa uma esfera de 10mm de diâmetro e uma força F de 3000kg. Para materiais muito duros utiliza-se uma esfera de carbeto de tungstênio (WC). Outros diâmetros e forças podem ser usados, desde que o fator de carga F/D2 seja mantido;
Ensaios de dureza
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Para padronizar o ensaio, foram fixados valores de fatores de carga de acordo com a faixa de dureza e tipo de material;
O diâmetro da esfera é determinado em função da espessura do CP a ser ensaiado. A espessura mínima é estabelecida em normas técnicas de método de ensaio. No caso da ABNT a espessura mínima é de 10 vezes a profundidade da calota;
Ensaios de dureza
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Seguem os diâmetros mais utilizados e os valores de carga para cada caso, em função do fator de carga escolhido;
Ensaios de dureza
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Microdurezas Vickers e Knoop
As durezas Vickers e Knoop se baseiam na resistência que o material oferece à penetração de uma pirâmide de diamante sob uma determinada carga;
 A dureza Vickers e Knoop são representadas por HV e HK respectivamente. Elas são dadas pela razão entre a carga F (1 e 1000g) aplicada e a área de impressão A;
Ensaios de dureza
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Tanto a dureza quanto o limite de resistência à tração são medidas de resistência do material à deformação plástica. Sendo assim, eles são praticamente proporcionais para alguns metais como ferro fundido, aço e latão;
Como regra geral para a maioria dos aços, a HB e o limite de resistência à tração estão relacionados de acordo com as expressões:
Correlação entre dureza e limite de resistência à tração
Ensaios de dureza
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Falar das distacias de penetraÇao
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jjjhyuy7
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