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Universidade de Caxias do Sul Centro de Ciências Exata e Tecnologia Departamento de Engenharia Mecânica Laboratório de Materiais e Metalografia Prof. Gilmar Tonietto ENSAIO DE TRAÇÃO COM EXTENSÔMETRO NOME: Everson Born CAXIAS DO SUL SETEMBRO 2017 2 SUMÁRIO INTRODUÇÃO...................................................................................................................3 1.Revisão Blibliografica.......................................................................................................4 1.1 Conceito....................................................................................................................5 1.2 Propriedade mecânicas do material .........................................................................5 2. Material utilizado no ensaio.......................................................................................5 3. Procedimento de ensaio...................................................................................................5 3.1 Normas adotadas......................................................................................................6 3.2 Aplicações ...............................................................................................................6 3.3 Características..........................................................................................................6 3.4 Resultados obtidos...................................................................................................7 CONCLUSÃO....................................................................................................................11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................12 3 INTRODUÇÃO Nesse trabalho, será apresentado detalhadamente a realização do ensaio de tração, bem como os equipamentos necessários para a realização do mesmo, juntamente da interpretação dos dados por ele fornecidos. Também serão relacionadas as características mecânicas do material SAE 8640 com dureza de 23 HRC e o seu comportamento durante o ensaio de tração. Será construído também um paralelo entre os valores reais de módulo de elasticidade e a tensão de escoamento obtida no ensaio com os valores encontrados na bibliografia. Objetivo Geral: Determinar através do Ensaio de Tração com Extensômetro o Módulo de Elasticidade e a Tensão de Escoamento do Aço SAE 8640 com dureza de 23 HRC 4 1.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O ensaio de tração consiste em submeter o material a um esforço que tende a alongá-lo até a ruptura. Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio. No ensaio de tração o corpo é deformado por alongamento, até o momento em que se rompe, com a diminuição da estricção do corpo de prova. A estricção determina a ductilidade do material. Quanto maior for à porcentagem de estricção, mais dúctil será o material. Há dois tipos de deformação, que se sucedem quando o material é submetido a uma força de tração: a elástica e a plástica: • Deformação elástica: não é permanente. Uma vez cessados os esforços, o material volta à sua forma original. • Deformação plástica: é permanente. Uma vez cessados os esforços, o material recupera a deformação elástica, mas fica com uma deformação residual plástica, não voltando mais à sua forma original. Quando um corpo de prova é submetido a um ensaio de tração, a máquina de ensaio fornece um gráfico que mostra as relações entre a força aplicada e as deformações ocorridas durante o ensaio, conhecido por diagrama tensão - deformação. Analisando o diagrama tensão - deformação podemos identificar: - O limite elástico, que recebe este nome porque, se o ensaio for interrompido antes deste ponto e a força de tração for retirada, o corpo volta à sua forma original, semelhante a atividade de um elástico. Na fase elástica, se dividirmos a tensão pela deformação, em qualquer ponto, obteremos sempre um valor constante. Este valor constante é chamado módulo de elasticidade, que corresponde a 0,2% da deformação do material. O módulo de elasticidade é a medida da rigidez do material. Quanto maior for o módulo, menor será a deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão e mais rígido será o material. Terminada a fase elástica, tem início a fase plástica, na qual ocorre uma deformação permanente no material, mesmo que se retire a força de tração. No início da fase plástica ocorre um fenômeno chamado escoamento. O escoamento caracteriza-se por uma deformação permanente do material sem que haja aumento de carga, mas com aumento da velocidade de deformação. Durante o escoamento a carga oscila entre valores muito próximos uns dos outros. Continuando a tração, chega-se à ruptura do material, que ocorre num ponto chamado limite de ruptura. Observamos que a tensão no limite de ruptura é menor que no limite de resistência, devido à diminuição da área que ocorre no corpo de prova depois que se atinge a carga máxima. 5 1.1 CONCEITOS Tensão: é definida genericamente como a resistência interna de um corpo a uma força externa aplicada sobre ele, por unidade de área. 1.2 PROPRIEDADE MECÂNICA DO MATERIAL Material: SAE 8640 Tensão de ruptura (kg/mm²): Tração:75 Compreeção:75 Cisalhamento: 56 2 MATERIAL UTILIZADO NO ENSAIO: Corpo de prova (SAE 8640 23HRC) normalizado; Paquímetro digital; Extensômetro; Máquina para traçar o corpo de prova; Máquina de tração; Fixadores; 3 PROCEDIMENTO DO ENSAIO Com o auxílio de um paquímetro foi medido o diâmetro do corpo de prova em três posições diferentes (no começo, no meio e no final da área útil), assim como foi também medido essas mesmas posições citadas anteriormente girando 90° o corpo de prova, obtendo assim seis medidas. A menor medida encontrada foi de 7.93 mm, sendo esta utilizada como o diâmetro. Este multiplicado por 5 mm (distâncias entre as medidas realizadas no corpo de prova) obtemos um resultado igual a 40mm, valor este que será utilizado como comprimento útil do corpo de prova. Fixado o extensômetro ao corpo de prova, tendo o cuidado de posicioná-lo fora da área de marcação (área com tinta), para evitar a perda de atrito, evitando falhas na leitura do ensaio. Fixa-se o conjunto (corpo de prova e extensômetro) à Máquina Universal de Ensaio de Tração, que exercerá forças axiais no corpo de prova. Ao submetermos o corpo de prova a força de tração, a máquina utilizada no teste informa o alongamento (variação de comprimento) sofrido pelo material. Com isso conseguimos construir o Gráfico Tensão X 6 Deformação, até ocorrer à ruptura total do corpo de prova, finalizando assim, o ensaio de Tração. 3.1 NORMAS ADOTADAS: Norma de ensaio de tração Cilíndrico NBR ISO 6892/02 AÇO SAE 8640 3.2 APLICAÇÕES É usado principalmente em componentes mecânicos de uso em geral,destinado a fabricação de rolamento, buchas, cilindros, engrenagens, eixos, entre outras opções. 3.3 CARACTERÍSTICAS Aço de alta resistência mecânica, boa usinabilidade, alta tenacidade, elevada temperabilidade e baixa soldabilidade. A dureza superficial na condição temperada varia entre 52 e 57 HRC. As propriedades mecânicas deste aço podem ser melhoradas, através de Nitretação. COMPOSIÇÃO QUÍMICA CONFORME NORMA SAE - J404 ABNT/SAE C Mn P máx. S máx. Si Cr Mo 8640 0,38 - 0,43 0,75 - 1,00 0,030 0,040 0,15 - 0,35 0,8 - 1,10 0,15 - 0,25 NORMAS DE EQUIVALÊNCIAS: ABNT/SAE/AISI DIN UNI JIS AFNOR 8640 ~ 40 Ni Cr Mo 22 ~ 40 Ni Cr Mo 22 ~ SNCN6 ~ 40 NCD2TS SAE 8640H - TEMPERABILIDADE JOMINY CONFORME NORMA SAE J1268. Distâncias em 1/16" 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 20 22 24 26 28 30 32 máx. HRc 60 60 60 59 59 58 57 55 54 52 50 49 47 45 44 42 41 39 38 38 37 37 37 37 mín HRc 53 53 52 51 49 46 42 39 36 34 32 31 30 29 28 28 26 26 25 25 24 24 24 24 7 3.4 RESULTADOS OBTIDOS: Diametro inicial= 7,93mm Diametro final= 6.24mm Area inicial= 49.39 mm² Area final= 30.6 mm² Comprimento inicial= 40mm Comprimento final= 52.44 mm Tabela de dados Carga Deslocamento Tensão Deformação Inicial Deformação corrigida Deformação inicial Deformação calculada Deformação calculada +0,2(% ) aplicada (Kgf) (mm) (Mpa) (mm) (mm) 0 0,0000 0 0 -0,000117276 0 0 0,2 100 0,0010 19,86232031 0,00002500 0,00002500 0,0025 0,0098074 0,2098074 200 0,0050 39,72464062 0,000125 0,00012500 0,0125 0,0196149 0,2196149 300 0,0100 59,58696092 0,00025 0,00025000 0,025 0,0294223 0,2294223 400 0,0130 79,44928123 0,000325 0,00032500 0,0325 0,0392298 0,2392298 500 0,0160 99,31160154 0,0004 0,00040000 0,04 0,0490372 0,2490372 600 0,0200 119,1739218 0,0005 0,00050000 0,05 0,0588446 0,2588446 700 0,0230 139,0362422 0,000575 0,00057500 0,0575 0,0686521 0,2686521 800 0,0270 158,8985625 0,000675 0,00067500 0,0675 0,0784595 0,2784595 900 0,0300 178,7608828 0,00075 0,00075000 0,075 0,088267 0,288267 1000 0,0340 198,6232031 0,00085 0,00085000 0,085 0,0980744 0,2980744 1100 0,0380 218,4855234 0,00095 0,00095000 0,095 0,1078818 0,3078818 1200 0,0420 238,3478437 0,00105 0,00105000 0,105 0,1176893 0,3176893 1300 0,0460 258,210164 0,00115 0,00115000 0,115 0,1274967 0,3274967 1400 0,0500 278,0724843 0,00125 0,00125000 0,125 0,1373042 0,3373042 1500 0,0540 297,9348046 0,00135 0,00135000 0,135 0,1471116 0,3471116 1600 0,0580 317,7971249 0,00145 0,00145000 0,145 0,156919 0,356919 1700 0,0620 337,6594452 0,00155 0,00155000 0,155 0,1667265 0,3667265 1800 0,0670 357,5217655 0,001675 0,00167500 0,1675 0,1765339 0,3765339 1900 0,0720 377,3840858 0,0018 0,00180000 0,18 0,1863413 0,3863413 2000 0,0760 397,2464062 0,0019 0,00190000 0,19 0,1961488 0,3961488 2100 0,0800 417,1087265 0,002 0,00200000 0,2 0,2059562 0,4059562 2200 0,0850 436,9710468 0,002125 0,00212500 0,2125 0,2157637 0,4157637 2300 0,0900 456,8333671 0,00225 0,00225000 0,225 0,2255711 0,4255711 2400 0,0950 476,6956874 0,002375 0,00237500 0,2375 0,2353785 0,4353785 2500 0,1000 496,5580077 0,0025 0,00250000 0,25 0,245186 0,445186 2600 0,1050 516,420328 0,002625 0,00262500 0,2625 0,2549934 0,4549934 2700 0,1110 536,2826483 0,002775 0,00277500 0,2775 0,2648009 0,4648009 2800 0,1180 556,1449686 0,00295 0,00295000 0,295 0,2746083 0,4746083 2900 0,1270 576,0072889 0,003175 0,00317500 0,3175 0,2844157 0,4844157 3000 0,1430 595,8696092 0,003575 0,00357500 0,3575 0,2942232 0,4942232 3100 0,1700 615,7319295 0,00425 0,00425000 0,425 0,3040306 0,5040306 3200 0,2030 635,5942498 0,005075 0,00507500 0,5075 0,3138381 0,5138381 3300 0,2420 655,4565702 0,00605 0,00605000 0,605 0,3236455 0,5236455 3400 0,2860 675,3188905 0,00715 0,00715000 0,715 0,3334529 0,5334529 3500 0,3380 695,1812108 0,00845 0,00845000 0,845 0,3432604 0,5432604 8 Gráficos utilizados: 9 10 Dados finais: Tensão de escoamento a 0,2% (Mpa)= 754.7681 Tensão maxima (Mpa)= 794.4928 Modulo de elasticidade = 202523 Tensão de escoamento (Mpa)= 640 Fator Correção - Y(x)=0 = 0,000117276 Força de escoamento (Kgf)= 3500 FÓRMULAS UTILIZADAS Área (A): ( x d²) / 4 = mm² Tensão: F (kgf) / A (mm²) x 9,81 (gravidade) = MPa Tensão de escoamento: Fesc (kgf) / A (mm²) x 9,81 (gravidade) = MPa Tensão máxima: Fmax (kgf) / A (mm²) x 9,81 (gravidade) = MPa Alongamento: L / L0 x 100 = % Fator de correção: Y(x)=0 → A / Modulo de elasticidade Estricção: Área / Área inicial x 100 = % 11 CONCLUSÃO Conclui-se que as propriedades mecânicas dos materiais constituem-se em uma das características mais importantes dos metais em suas mais variadas aplicações na engenharia, visto que o projeto e a fabricação de produtos se baseiam principalmente no comportamento destas propriedades. A determinação destas propriedades mecânicas é obtida através de ensaios mecânicos, entre eles, o Ensaio de Tração, que nos fornece informações como Módulo de Elasticidade e Tensão de Escoamento de um determinado material. Verifica-se que o módulo de elasticidade e a tensão de escoamento encontrado ao realizar o ensaio foram ligeiramente diferentes dos valores encontrados na bibliografia para o material SAE 8640 com dureza de 23 HRC. Ocorre também a existência de atrito no conjunto composto por máquina de ensaio, corpo de prova e extensômetro, além do fato de que a força axial impressa pela máquina atua primeiramente no extensômetro e depois no corpo de prova, consequentemente, causando erros nos valores lidos. 12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Sites: http://www.matweb.com/ http://www.abnt.org.br/ PADILHA, Angelo Fernando. Materiais De Engenharia. Primeira edição, São Paulo, SP, Hemus Editora Limitada 1997 volume único. CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. 5.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. ASM INTERNATIONAL HANDBOOK COMMITTEE. Metals Handbook. 10.ed. United States of American: American Society for Metals, 1990 - 1993. 7 v.
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