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MATERIAIS MECÂNICOS I
UNIVERSIDADE DO VALE DOS SINOS 
Curso de Engenharia Mecânica
MATERIAIS MECÂNICOS I
Deformação dos Metais
Profa. Tatiana Rocha
DEFORMAÇÃODEFORMAÇÃO
DEFORMAÇÕES ELASTICAS E PLASTICASDEFORMAÇÕES ELASTICAS E PLASTICAS
Mudança na forma e dimensões, por ação de 
forças aplicadas por processos mecânicos ou 
decorrência de fenômenos físico-químicos 
(mudança de sistema cristalino, ou alotropia).
As deformações podem apresentar três estágios:
1) Deformação elástica
2) Deformação plástica
3) Fratura
Ocorrem deslocamentos dos átomos no reticulado cristalino de suas posições de 
equilíbrio, por ação de forças, de tal modo que, quando cessada esta ação, os 
átomos retornam às suas posições primitivas.
A deformação elástica precede a deformação plástica. Ela se caracteriza por ser 
reversível e não residual.
Quando um metal é solicitado por uma dada carga aplicada. Ele sofre deformação 
ao ser removida a carga, esta deformação cessa e o metal volta às suas 
dimensões originais. Neste caso ele sofreu somente deformações elásticas, sem 
nenhum resíduo de deformação plástica (permanente).
DEFORMAÇÃO ELÁSTICADEFORMAÇÃO ELÁSTICA
nenhum resíduo de deformação plástica (permanente).
Representação plana
É o resultado do deslocamento permanente dos 
átomos, portanto, a deformação não desaparece 
quando a tensão é removida.
• Os materiais podem ser solicitados por tensões de compressão, 
tração ou de cisalhamento.
Deformação PlásticaDeformação Plástica
tração ou de cisalhamento.
• Como a maioria dos metais são menos resistentes ao 
cisalhamento que à tração e compressão, pode-se dizer que os 
metais se deformam pelo cisalhamento plástico ou pelo 
escorregamento de um plano cristalino em relação ao outro.
• Em uma escala microscópica a deformação plástica é o 
resultado do movimento dos átomos devido à tensão aplicada. 
Durante este processo ligações são quebradas e outras refeitas.
• O escorregamento de planos atômicos envolve o movimento de 
discordâncias.
DEFORMAÇÃO PLÁSTICADEFORMAÇÃO PLÁSTICA
Um mecanismo que permite o escorregamento 
de planos atômicos é o do movimento de 
discordâncias. (veja a figura a seguir para uma 
exemplificação através da analogia com o 
movimento de uma centopéia).
Quando os átomos se deslocam de suas 
posições de equilíbrio em configuração 
geométrica, não permitindo os seus 
retornos às posições iniciais, dizemos que 
houve deformação plástica do material.
A deformação plástica é permanente e não 
reversível.
A deformação plástica se dá pelo 
escorregamento de um plano cristalino em 
relação aos demais devido a ação de relação aos demais devido a ação de 
esforços de cisalhamento 
Normas técnicas mais comuns:
• ASTM: American Society for Testing and Materials
– www.astm.org
• ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas
PROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS
• ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas
– www.abnt.org.br
• DIN: Deutsches Institut für Normung
– www.din.de
σ = F/Ao Kgf/m2, Pa ou N/m2
Força ou carga
Área inicial da seção reta transversal
Conceitos de Tensão (Conceitos de Tensão (σσ) e Deformação () e Deformação (εε))
TENSÃOTENSÃO
Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a 
deformação (variação dimensional).
ε= lf-lo/lo= ∆l/lo
DEFORMAÇÃODEFORMAÇÃO
lf= comprimento final
lo= comprimento inicial
Deformação Elástica
• Prescede à deformação plástica
• É reversível
• Desaparece quando a tensão é 
removida
• É praticamente proporcional à 
tensão aplicada (obedece a lei 
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 tensão aplicada (obedece a lei 
de Hooke - σσ = E εε)
átomos e portanto não 
desaparece quando a tensão é 
removida
Elástica Plástica
Ensaio de Tração
Tensão X Deformação
• Tensão (σ) (Stress)
– Resistência externa de um 
corpo à uma força externa 
aplicada sobre ele, por 
unidade de área.
– kgf/mm2 ou N/mm2 ou MPa. Tração
• Deformação (ε) (Strain)
– Com a aplicação da tensão a 
barra sofre uma deformação, 
mudando o comprimento de l0.
Compressão
E= σσ/ / εε =Kgf/mm=Kgf/mm22
• É o quociente entre a tensão 
Lei de Hooke: σσ = E εε
Módulo de Elasticidade ou Módulo de YoungMódulo de Elasticidade ou Módulo de Young
• É o quociente entre a tensão aplicada e a deformação 
elástica resultante.
•Está relacionado com a rigidez do material ou à resist. à deformação elástica
• Está relacionado 
diretamente com as forças 
das ligações interatômicas
P A lei de Hooke só é válida até este ponto
Tg α= E
α
Fonte: Eleani Maria da Costa - PUCRS
Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o 
material ou menor é a sua deformação elástica quando material ou menor é a sua deformação elástica quando 
aplicada uma dada tensãoaplicada uma dada tensão
MÓDULO DE ELASTICIDADE
[E]
GPa 106 Psi
Módulo de Elasticidade ou Módulo de YoungMódulo de Elasticidade ou Módulo de Young
dF
da Ligação forte
GPa 10 Psi
Magnésio 45 6.5
AlumÍnio 69 10
Latão 97 14
Titânio 107 15.5
Cobre 110 16
Níquel 207 30
Aço 207 30
Tungstênio 407 59
1 GPa = 1000MPa = N/mm2
Ligação fraca
Diferentes somatório de forças na ligação 
entre dois elementos, obtendo-se diferentes E.
Limite de EscoamentoLimite de Escoamento
Quando não observa-se nitidamente o fenômeno de escoamento, a tensão de 
escoamento (σy) corresponde à tensão necessária para promover uma deformação permanente de 0,2% ou outro valor especificado
Escoamento
Limite de Escoamento
Fonte figura: Prof. Sidnei Paciornik PUC-Rio
Limite de Proporcionalidade
Não ocorre escoamento propriamente dito
Limite de EscoamentoLimite de Escoamento
4Tensão máxima
escoamento
ruptura
4Deformação elástica
Ensaio de Tração Ensaio de Tração
4Deformação elástica
plástica
4Ductilidade
4Tenacidade
4Resiliência
4Curva de engenharia e 
verdadeira
Ductilidade
CurvaCurva TensãoTensão x x DeformaçãoDeformação • Exemplo de curva obtida 
após ensaio de tração.
• Ilustração dos estágios de 
deformação elástico –
plástica até a ruptura.
Curvas Tensão x Deformação Curvas Tensão x Deformação 
(a) é uma curva típica para aços de alta resistência, 
(b) para aços de baixo / médio carbono, 
(c) para ferro fundido cinzento, 
(d) para materiais bastante maleáveis como cobre. 
EncruamentoEncruamento
É o endurecimento por deformação a frio. Com a deformação a frio os grãos se deformam, 
modificando a textura do material. Isto pode ser percebido em uma seção metalográfica. 
Neste caso o metal é dito encruado.
Ocorre o escorregamento de planos no interior dos grãos (cristais), isto provoca uma 
desordem na estrutura cristalina regular nos planos próximos ao do escorregamento.
Isto faz com que os escorregamentos posteriores sejam dificultados e resulta em aumento de 
dureza.
Com o aumento da dureza, se elevam o limite de escoamento e o limite de resistência. 
Por outro lado, diminui a ductilidade, pois uma parte da elongação é “consumida” pelo Por outro lado, diminui a ductilidade, pois uma parte da elongação é “consumida” pelo 
escorregamento primário.
O encruamento aumenta mais o limite de escoamento do que o limite de resistência, e 
ambos tendem ao limite de ruptura, quando se aumenta a deformação a frio (temperatura 
normal ou abaixo da temp de recristalização como será visto mais adiante).
O encruamento pode, ainda, causar um aumento da resistência elétrica e uma diminuição da 
resistência a corrosão em meios agressivos
Trabalho a frio versus propriedades mecânicas.
Trabalho a frio versus propriedades mecânicas.– Corresponde à elongação total do material devido à deformação 
plástica.
– % elongação = ((lf-lo)/lo) x 100.
Ductilidade
Tenacidade
• Capacidade do material de absorver energia até sua ruptura.
• Material tenaz deve apresentar resistência e ductilidade. Materiais 
dúcteis são mais tenazes que os frágeis
Deformação
T
e
n
s
ã
o
Resiliência
• É a capacidade de um material 
de absorver energia quando 
deformado elasticamente 
liberando esta energia quando 
descarregado.
• Módulo de resiliência (Ur): é a 
energia de deformação pela energia de deformação pela 
unidade de volume necessária 
para deformar um material até a 
tensão de escoamento.
• A quantificação de Ur é dada 
pelo trabalho útil realizado, isto 
é, da área sob a curva tensão-
deformação calculada da 
origem até o limite de 
proporcionalidade.
Tensão de Escoamento
Efeito da Temperatura
Efeito da temperatura – AISI 1020
FRATURAFRATURA
Quando os átomos são deslocados por forças que se 
sobreponham às ligações interatômicas, resulta a ruptura 
do metal, após passar pelos estágios prévios de 
deformação elástica e plástica.
Podemos ter 2 tipos de fratura:Podemos ter 2 tipos de fratura:
Frágil e dúctil
A fratura frágil não produz deformação plástica, logo, 
requer menor quantidade de energia do que fratura 
dúctil, pois a fratura dúctil produz discordâncias e outras 
imperfeições no interior dos cristais (grãos).
FRATURAFRATURA
Mecanismos de fratura frágil
Clivagem. A clivagem é um mecanismo de fratura frágil. A 
fratura usualmente caminha entre planos cristalinos 
adjacentes, em especial, aqueles com poucas ligações 
interatômica. É associado a fratura frágil.
Fratura intergranular. A fratura intergranular, também é Fratura intergranular. A fratura intergranular, também é 
um mecanismo de fratura frágil. A fratura caminha pelos 
contornos de grão do material. Um material normalmente 
dúctil pode apresentar uma fratura frágil através deste 
mecanismo, quando os contornos de grão se encontram 
“fragilizados” de alguma maneira (p.ex. precipitação de 
uma fase frágil no contorno de grão devido a um 
tratamento térmico incorreto).
RESISTÊNCIA AO IMPACTORESISTÊNCIA AO IMPACTO
É a tenacidade para aplicações dinâmicas, este valor é mais importante 
que o limite de resistência. 
Ela depende da velocidade de aplicação da carga e da temperatura, bem 
como da concentração de tensões.
Quando há um impacto, há um pequeno intervalo de tempo disponível para 
uma deformação plástica uniforme. Assim, a deformação pode exceder 
localmente, o limite de resistência, iniciando uma trinca. Uma vez iniciada, a 
trinca origina uma concentração de tensões. Como resultado a trinca se trinca origina uma concentração de tensões. Como resultado a trinca se 
propaga até a ruptura completa. Com menores velocidades de aplicação da 
carga ou mais altas temperaturas há uma mudança no comportamento e o 
material se torna mais dúctil. Isto ocorre devido a uma diminuição na 
resistência ao cisalhamento do material.
Temperatura de transição para a fratura.
Quando há passagem de fratura frágil para dúctil, dependendo da 
temperatura. 
RECOZIMENTO DE MATERIAL ENCRUADORECOZIMENTO DE MATERIAL ENCRUADO
Períodos típicos:
O metal encruado apresenta um estado de instabilidade termodinâmica. Se 
este metal for aquecido à temperaturas crescentes, inicialmente, os átomos 
em posições mais instáveis procurarão, em decorrência da maior 
mobilidade atômica oriunda desta temperatura, uma posição de maior 
equilíbrio.
Com o aumento da temperatura, estes átomos tenderão a se 
reorganizarem, restaurando o reticulado inerente ao metal; haverá um 
processo de recristalização, derivado destes núcleos iniciais da processo de recristalização, derivado destes núcleos iniciais da 
reorganização dos átomos, com subseqüente desenvolvimento de “novos 
grãos”, segundo o sistema cristalino característico do material.
Este período de recristalização se realiza em determinadas faixas de 
temperaturas de aquecimento, dependendo do grau de deformação prévia 
do metal e do tempo de manutenção na temperatura. Finalmente, para 
temperaturas superiores à de recristalização, os novos grão tenderão a 
crescer, desenvolvendo-se com absorção dos grão menores, originando um 
período de crescimento de grão. 
RECOZIMENTO DE MATERIAL ENCRUADORECOZIMENTO DE MATERIAL ENCRUADO
Podemos, portanto, 
distinguir três 
períodos típicos no 
processo de 
recozimento:
1)Recuperação ou 1)Recuperação ou 
alívio de tensões 
2)Recristalização
3) Crescimento de 
grão.
A figura apresenta as mudanças na microestrutura de um latão previamente encruado em função do tempo. Inicialmente na foto (a) 
são vistas traços dos planos de escorregamento no interior dos grãos. Pode-se ver na seqüência a recristalização e o crescimento
dos grãos.
Os processos de encruamento, vistos anteriormente, e de recozimento são 
utilizados nas etapas de fabricação para alterar as propriedades do material, nas 
várias etapas de fabricação, como exemplifica a figura 18 para na fabricação de 
uma cápsula de cartucho.
Os processo de conformação mecânica envolvendo deformações plásticas, são 
divididos em:
Conformação por trabalho a frio, quando é realizado abaixo da temperatura de 
recristalização do material, ou seja não ocorre o processo de recozimento e o 
material sofre encruamento
Conformação a quente, quando é realizado acima da temperatura de 
recristalização do material, ocorre o recozimento.