AULA Propriedades Mêcanicas

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 Sueila Silva Araújo
PARTE 1: PROPRIEDADES MECÂNICAS
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IMPORTÂNCIA DO ESTUDO DO COMPORTAMENTO
DE MECÂNICO DE MATERIAIS
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 Resistência Mecânica
 Rigidez
 Ductilidade
 Dureza
 Tenacidade
 Resiliência
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las.
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Ensaios mecânicos
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TIPOS DE TENSÕES
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PARA QUE SERVEM OS ENSAIOS MECÂNICOS?
	Os ensaios mecânicos tem por finalidade:
 Conhecimento do comportamento dos materiais para fins do projeto.
 Conhecimento do causas de falhas dos materiais em serviço.
 Conhecimento de novos materiais.
 Controle do processo produtivo.
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ENSAIO DE TRAÇÃO
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ENSAIO DE TRAÇÃO
	O ensaio de tração consiste em submeter o material a um esforço uniaxial que tende a alongá-lo até a ruptura. Este ensaio permite conhecer como os materiais reagem ao esforço de tração, quais os limites de tração que suportam e a partir de que momento se rompem.
	
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 É realizado em máquinas de ensaio que aplicam uma força axial no corpo de prova, fazendo com que se deforme até sua ruptura.
 Nestas máquinas a força aplicada e a deformação obtida são registradas para a confecção do Diagrama Tensão-Deformação.
 Partes básicas do equipamento: Sistema de aplicação de carga; dispositivo para prender o corpo de prova; sensores que permitam medir a tensão aplicada e a deformação promovida (extensômetro).
 O equipamento é projetado para alongar a amostra a uma taxa constante e para continua e simultaneamente medir a carga aplicada e as elongações sofridas. 
 É um teste destrutivo e que pode durar vários minutos.
ENSAIO DE TRAÇÃO
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ENSAIO DE TRAÇÃO
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ENSAIO DE TRAÇÃO - METAIS
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ENSAIO DE TRAÇÃO
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Comportamento esquemático tensão-deformação de um METAL
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AO - região de comportamento elástico
AB - região de escoamento de discordâncias
BU - região de encruamento uniforme
UF - região de encruamento não-uniforme
PROPRIEDADES MECÂNICAS EM TRAÇÃO
Curva tensão-deformação – Ensaio convencional
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A região de comportamento elástico (AO) 
	Quando uma amostra de um material solicitado por uma força sofre uma deformação e, após a retirada da força aplicada, recupera suas dimensões originais, esta deformação é definida como deformação elástica.
	A deformação elástica de um corpo de prova é dada pela lei de Hooke:   E . 
Onde: E - módulo de elasticidade
	
	Terminada a região elástica atinge-se a região plástica.
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Região de Escoamento (AB)
	O escoamento é um fenômeno que ocorre entre o fim da fase elástica e o começo da fase plástica. Caracteriza-se por uma deformação permanente do material sem que haja aumento de carga, mas com aumento da velocidade de deformação.
	
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• Tensão em que deformação plástica observável ocorreu.
Tensão de escoamento, sy
quando ep = 0.002 
A principal tensão definida na região de escoamento sy, é o limite de escoamento que á a máxima tensão atingida na região de escoamento.
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A região de comportamento plástico – (BF) é caracterizada pela presença de deformações permanentes no corpo de prova. Nessa região, pode-se determinar uma série de características do material ensaiado, como:
 limite de resistência à tração
 limite de ruptura
 alongamento
 coeficiente de estricção 
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	Em um ensaio de tração, obtém-se o gráfico tensão-deformação, na qual é possível analisar o comportamento do material ao longos do ensaio. Do início do ensaio, até a ruptura, os materiais geralmente passam pelas seguintes etapas:
 Deformação Elástica
 Deformação Plástica
	
ANALISANDO A CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO
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Deformação Elástica e Plástica
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
Precede a deformação plástica.
É reversível.
Desaparece quando a tensão é removida.
É praticamente proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke).
Elástica
Plástica
 DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade. 
É irreversível porque é resultado do deslocamento permanente dos átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida.
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ANELASTICIDADE
Em muitos materiais de engenharia, existirá também uma componente de deformação elástica dependente do tempo: a deformação elástica continuará após a aplicação da tensão, e após o alívio da carga, algum tempo é requerido para recuperação completa. 
Este comportamento elástico dependente do tempo é conhecido como anelasticidade. 
Para metais a componente anelástica é normalmente pequena e com freqüência desprezada.
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Deformação Plástica (Permanente)
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ANALISANDO A CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO
Material Dúctil  apresenta um limite de elasticidade, além do qual ocorre deformação plástica. Ex. Material metálico (aço de baixo carbono).
Material Frágil  não deforma plasticamente antes da ruptura. Ex. Material cerâmico (Al2O3), ferro fundido.
1. Tensão máxima de tração 2. Limite de escoamento 3. Tensão limite de proporcionalidade 4. Ruptura 5. Deformação (tipicamente 0,002).
1. Tensão máxima de tração 2. Ruptura.
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	A partir da curva de tensão deformação pode - se obter:
 Módulo de elasticidade em tração ou de Young;
 Tensão e deformação no ponto de escoamento;
 Tensão máxima;
 Tensão e deformação na ruptura;
 Ductilidade;
 Resiliência;
 Tenacidade;
ENSAIO DE TRAÇÃO
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ENSAIO DE TRAÇÃO - Algumas definições
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Limite de Resistência
PROPRIEDADES AVALIADAS
Limite de Resistência (B)
O valor do limite de resistência é calculado por:
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PROPRIEDADES AVALIADAS
Alongamento - Deformação de um corpo de prova (aumento do seu comprimento com diminuição da área da seção transversal) devido a aplicação de uma força axial.
	O alongamento plástico define a ductilidade do material. Quanto maior for o alongamento plástico, maior a facilidade de deformar o material.
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Ductilidade
A ductilidade representa uma medida do grau de deformação plástica que foi suportado até a fratura.
Material frágil: apresenta deformação plástica muito pequena ou nenhuma no momento da fratura.
PROPRIEDADES AVALIADAS
Ductilidade
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Módulo de elasticidade, ou módulo de Young (E)
	O módulo de elasticidade fornece uma indicação da rigidez do material e depende fundamentalmente das forças de ligação interatômicas.
	De certa forma, o módulo de elasticidade pode ser considerado mais uma propriedade física do que uma propriedade mecânica, pois ele depende de força de ligação dos átomos, sendo uma função da natureza deles.
	Portanto, podemos afirmar que o módulo de elasticidade é uma propriedade intrínseca do material e depende de dois parâmetros:
 Intensidade das ligações;
 Densidade das ligações (número de átomos de área).
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Módulo de Elasticidade: (Módulo de Young) Relação constante entre a tensão e a deformação na fase elástica do material.
	
	
	
O Módulo de Elasticidade é a medida da rigidez do material. Quanto maior for o módulo, menor será a deformação elástica e mais rígido será o material.
PROPRIEDADES AVALIADAS
Tensão (σ)
Deformação 
Módulo de 
Elasticidade
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Resiliência: Resiliência – é a capacidade de um material absorver energia quando ele é deformado elasticamente e depois, com o descarregamento, ter essa energia recuperada.	
	O Módulo de Resiliência é calculado por:
PROPRIEDADES AVALIADAS
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PROPRIEDADES AVALIADAS
Materiais com alta tenacidade sofrem grandes deformações, já os materiais com baixa tenacidade podem romper subitamente sem dar sinais de um rompimento eminente.
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RESILIÊNCIA x TENACIDADE
PROPRIEDADES AVALIADAS
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Estricção: Redução percentual da área da seção transversal do corpo de prova na região onde se localiza a ruptura.
	A estricção determina a ductilidade
do material. Quanto maior for a estricção, mais dúctil será o material.
PROPRIEDADES AVALIADAS
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PROPRIEDADES AVALIADAS
Figura - Estricção
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Limite de Ruptura: É definido como sendo a tensão correspondente à ruptura do material. O Limite de Ruptura é menor que o Limite de Resistência devido a diminuição da área que ocorre no corpo de prova depois que atinge a carga máxima.
PROPRIEDADES AVALIADAS
Limite de Ruptura (C)
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Fratura dos corpos de prova submetidos ao ensaio por tração
	Fratura é a separação ou fragmentação de um corpo sólido em duas ou mais partes, sob a ação de uma tensão. 
	A fratura pode ser classificada em duas categorias gerais:
 fratura frágil
 fratura dúctil
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A fratura dúctil é caracterizada pela ocorrência de uma apreciável deformação plástica antes e durante a propagação da trinca. 
A fratura frágil é caracterizada pela rápida propagação de trinca, sem apresentar deformação macroscópica.
Tipos de fraturas: (A) frágil; (B) dúctil
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Chapa da liga de alumínio A5052
Antes do ensaio
Início da fratura
Exemplo de um ensaio 
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	Os resultados fornecidos pelo ensaio de tração são fortemente influenciados pela temperatura, pela velocidade de deformação, pela anisotropia do material, pelo tamanho de grão, pela porcentagem de impurezas.
IMPORTANTE!!!
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EFEITO DO TAMANHO DE GRÃO
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ENSAIO DE TRAÇÃO - ALGUNS EM PRODUTOS ACABADOS EM METAIS
 Barras, fios e arames;
 Cabos;
 Cordoalhas de aço;
 Chapas e tubos;
 Parafusos e porcas;
 Chapas ou tubos soldados.
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James F. Shackelford, Ciências dos Materiais, 6ª Edição, Artliber , São Paulo, 2008.
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA
William D. Callister, Jr. Ciência e Engenharia de Materiais, 1ª edição, LTC, Rio de Janeiro, 2002.
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Sueila Silva Araújo
sueilaeng@yahoo.com.br
sueila@terra.com.br