Trabalho Laboratório e Metalografia

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Universidade de Caxias do Sul 
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia 
Departamento de Engenharia Mecânica 
Laboratório de Materiais e Metalografia 
Prof. Gilmar Tonietto 
 
 
 
 
 
 
Ensaio de Tração com Extensômetro 
SAE – 4340 com 40 HRC 
 
 
 
Trabalho de Ensaio de Tração 
Laboratório de Materiais e Metalografia – MAM0417AA 
 
 
 
Leonardo Dornelles dos Santos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Caxias do Sul, 10 de Abril de 2012 
2012/02 
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ÍNDICE 
1. Objetivo Geral ...................................................................................................... ............pg. 03 
2. Introdução.........................................................................................................................pg. 04 
3. Revisão Bibliográfica ........................................................................................... .............pg. 05 
4. Propriedades Mecânicas do SAE 4340 ..........................................................................pg. 07 
 4.1Características Principais e Aplicações............................................................pg. 07 
 4.2 Composição Química............................................................................... ......pg. 07 
5. Normas Adotadas ................................................................................................. .....pg. 08 
6. Material Utilizado.................................................................................................. .....pg. 09 
7. Descrição do Ensaio.............................................................................................. ......pg. 09 
8. Cálculos, Gráficos e Resultados Obtidos......................................................................pg. 10 
 8.1 Cálculos................................................................................................... .....pg. 10 
 8.1.1 Área do Corpo de Prova (Seção).......................................................pg. 10 
 8.1.2. Tensão..............................................................................................pg. 10 
8.1.3. Comprimento Inicial do Corpo de Prova (L0)..................................pg. 11 
8.1.4. Alongamento................................................................................pg. 11 
8.1.5. Deformação (ε).............................................................................pg. 11 
8.1.6. Área da Seção Final (Sf).................................................................pg. 12 
8.1.7. Estricção.......................................................................................pg. 12 
9. Dados coletados..................................................................................... .........................pg. 13 
10. Dados calculados.......................................................................................................pg. 14 
11. Análise do gráfico e equação da reta........................................................ .................pg. 15 
Gráfico Tensão x Deformação.............................................................................pg. 15 
Gráfico de Tensão x Deformação de um Segmento da Região Linear do gráfico com a 
linha de Tendência.........................................................................................................pg. 16 
12.Correção da origem do Gráfico...................................................................................pg. 16 
 12.1 Tabela de Correções....................................................... ................pg. 17 
 12.2 Gráfico Final para obter a Tensão de escoamento a (0,2%)................pg. 18 
13. Conclusão............................................................................................................... ....pg. 19 
14. Bibliografia........................................................................................................... .....pg. 20 
 
 
 
 
 
 
 
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1. OBJETIVO GERAL 
Determinar através do Ensaio de Tração com Extensômetro o Módulo de 
Elasticidade e a Tensão de Escoamento do Aço SAE 4340 com dureza de 40 HBC, 
seguindo a norma NBR 6892. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. INTRODUÇÃO 
Neste 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 
4340 com dureza de 40 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. 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. 
Porém, a lei de Hooke só vale até um determinado valor de tensão, 
denominado limite de proporcionalidade, que é o ponto representado no gráfico a 
seguir por A, a partir do qual a deformação deixa de ser proporcional à carga aplicada. 
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. 
Após o escoamento ocorre o encruamento, que é um endurecimento causado 
pela quebra dos grãos que compõem o material quando deformados a frio. O material 
resiste cada vez mais à tração externa, exigindo uma tensãocada vez maior para se 
deformar. Nessa fase, a tensão recomeça a subir, até atingir um valor máximo num 
ponto chamado de limite de resistência. 
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. 
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4. PROPRIEDADES MECÂNICAS DO SAE 4340 com Dureza de 40 HRC. 
4.1 Características Principais e Aplicações 
4340 tem uma resposta favorável ao tratamento térmico e exibe uma boa combinação 
de ductilidade e força. Os usos incluem pinos de pistão, rolamentos, munições, 
engrenagens, matrizes e vasos de pressão. 
 
 
4.2 Composição Química 
 
 
 
 
8 
 
5. Normas Adotadas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. MATERIAL UTILIZADO 
 SAE 4340 com dureza de 40 HRC 
 Corpo de Prova; 
 Paquímetro; 
 Tinta Demarcadora; 
 Pincel; 
 Máquina Universal de Ensaio de Tração; 
 Extensômetro; 
 
 
7. DESCRIÇÃO DO ENSAIO 
 Com o auxilio de um pincel, foi demarcado com tinta o comprimento útil do 
corpo de prova a cada 5 mm. 
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 9,97 mm, 
sendo esta utilizada como o diâmetro. Arredondando o valor do diâmetro obtemos 10 
mm, este multiplicado por 5 mm (distâncias entre as medidas realizadas no corpo de 
prova) obtemos um resultado igual a 50mm, 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 Deformação, até ocorrer à ruptura total do corpo de prova, 
finalizando assim, o ensaio de Tração. 
 
 
10 
 
8. CÁLCULOS, GRÁFICOS E RESULTADOS OBTIDOS 
 
8.1 CÁLCULOS 
 
 8.1.1 ÁREA DO CORPO DE PROVA (SEÇÃO) 
 
A= ¶.d2 
 4 
 Onde: 
 d= diâmetro do corpo de prova (mm); 
 A= área (mm2); 
 
8.1.2. TENSÃO 
 
T= F. g 
 A 
 
Onde: 
 T= tensão (MPa); 
 F= força (Kgf); 
 A= área do corpo de prova (mm2); 
 g = gravidade terrestre; 
 
 
 
 
 
11 
 
8.1.3. COMPRIMENTO INICIAL DO CORPO DE PROVA (L0) 
 
L0 = 5.d 
Onde: 
 d= diâmetro do corpo de prova (mm); 
 
 
8.1.4. ALONGAMENTO 
 
a= Lf-Lo . 100 
 Lo 
 
Onde: 
 a = alongamento (%); 
 Lf= comprimento final (mm); 
 Lo= comprimento inicial (mm); 
 
 
8.1.5. DEFORMAÇÃO (ε) 
 
ε = ΔL . 100 
 Lo 
Onde: 
 ε = Deformação do Corpo de Prova (%); 
 ΔL= Variação do Comprimento do Corpo de Prova (mm); 
 Lo= Comprimento Inicial do Corpo de Prova (mm); 
 
12 
 
8.1.6. ÁREA DA SEÇÃO FINAL (SF) 
 
Sf = ¶ . Df 2 
 4 
Onde: 
 Sf= área da seção final (mm2); 
 Df= diâmetro final do corpo de prova (mm); 
 
 
 
8.1.7. ESTRICÇÃO 
 
Z = So – Sf . 100 
 So 
Onde: 
 Z= Estricção (%); 
 So= Área de seção transversal (mm2); 
 Sf= Área de seção final (mm2); 
 
 
 
 
 
 
 
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9. DADOS COLETADOS 
 
 
 
 
 
 
Força (Kgf) Deslocamento (10-3µm) 
0 0 
500 0,012 
1000 0,031 
1500 0,051 
2000 0,071 
2500 0,092 
3000 0,112 
3500 0,134 
4000 0,155 
4500 0,178 
5000 0,200 
5500 0,223 
6000 0,244 
6500 0,267 
7000 0,296 
7100 0,307 
7200 0,324 
7300 0,405 
7400 0,466 
7500 0,511 
7600 0,561 
 
14 
 
10. DADOS CALCULADOS: 
 
Comprimento final 
(mm) 
43,88 Área Inicial (mm²) 49,14 
Força máxima (kgf) 8046 
Tensão máxima 
(Mpa) 
1606,25 
Diâmetro final (mm) 5,69 Área final (mm²) 25,42 
 
Alongamento (%) 9,7% 
Comprimento inicial (mm) 40 
Diâmetro Inicial (mm) 7,91 
Estricção (%) 48 
Tensão de Escoamento (Mpa) 1457,32 
Módulo de Elasticidade (Mpa) 189007,94 
 
Tensão (MPa) Deformação mm/mm 
0 0 
99,81 0,0003 
199,63 0,000775 
299,45 0,001275 
399,26 0,001775 
499,08 0,0023 
598,90 0,0028 
698,71 0,00335 
798,53 0,003875 
15 
 
898,35 0,00445 
998,16 0,005 
1097,98 0,005575 
1197,80 0,0061 
1297,61 0,006675 
1397,43 0,0074 
1417,39 0,007675 
1437,36 0,0081 
1457,32 0,010125 
1477,28 0,01165 
1497,25 0,012775 
1517,21 0,014025 
 
11. ANÁLISE DO GRÁFICO E EQUAÇÃO DA RETA 
 
 Gráfico Tensão x Deformação 
Deformação 
16 
 
 
 
Gráfico de Tensão x Deformação de um Segmento da Região Linear do 
gráfico com a Linha de Tendência 
 
 
12. Correção da origem do Gráfico 
Equação da reta obtida: 
Y = 189.007,94x + 58,08 
Os valores da equação da reta dependem diretamente dos pontos escolhidos. 
y = 0 
-189.007,94x = 58,08 
Logo 
x = - 0,000307289 
x2 = (x1 + |x|) x 100 
x3 = (Tensão/189007,94) x 100 
x4 = x3 + 0,2 
17 
 
 
12.1 Tabela das Correções 
 
 
 (X1) Deformação 
(X2) Deformação 
Corrigida 
(X3) Deformação 
Calculada 
(X4) Deformação 
Calculada (0,2%) 
-0,000307289 0 0 0,2 
0,0003 0,060728868 0,052807305 0,252807305 
0,000775 0,108228868 0,105619901 0,305619901 
0,001275 0,158228868 0,158432498 0,358432498 
0,001775 0,208228868 0,211239803 0,411239803 
0,0023 0,260728868 0,264052399 0,464052399 
0,0028 0,310728868 0,316864995 0,516864995 
0,00335 0,365728868 0,369672301 0,569672301 
0,003875 0,418228868 0,422484897 0,622484897 
0,00445 0,475728868 0,475297493 0,675297493 
0,005 0,530728868 0,528104798 0,728104798 
0,005575 0,588228868 0,580917394 0,780917394 
0,0061 0,640728868 0,63372999 0,83372999 
0,006675 0,698228868 0,686537296 0,886537296 
0,0074 0,770728868 0,739349892 0,939349892 
0,007675 0,798228868 0,749910295 0,949910295 
0,0081 0,840728868 0,760475988 0,960475988 
0,010125 1,043228868 0,771036391 0,971036391 
0,01165 1,195728868 0,781596794 0,981596794 
0,012775 1,308228868 0,792162488 0,992162488 
0,014025 1,433228868 0,802722891 1,002722891 
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Deformação Corrigida (0,2%) 
12.2. Gráfico Final para obter a Tensão de escoamento a (0,2%) 
19 
 
13. 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 determinadomaterial. 
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 4340 com dureza de 40 HRC. Esta diferença é aceitável, 
referentes a possíveis erros de leitura por parte do funcionário que informou os valores 
do deslocamento sofridos pelo corpo de prova. 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 
 
14. BIBLIOGRAFIA 
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. 
http://www.abnt.org.br/ 
http://www.matweb.com/