ensaio de tracao

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Ensaio de Tração
EM-641
ENSAIO DE TRAÇÃO
Ensaio de Tração
EM-641
DEFINIÇÃO:
Aplicação de uma carga uniaxial de tração em um CP geralmente cilíndrico e maciço;
Mede-se a variação comprimento como função da aplicação da carga ;
Fornece dados quantitativos e é o mais amplamente utilizado;
Sofre influência: T, V, anisotropia, microestrutura, tratamento térmico, ambiente.
MÁQUINA DE ENSAIO:
Pode ser mecânica ou hidráulica, com uma parte fixa e outra móvel, responsável pela 
aplicação de carga trativa uniaxial. Registra-se σ (tensão) em função de ε (deformação).
P
So
lo
P
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CORPO DE PROVA:
geralmente barra cilíndrica; comprimento lo e diâmetro do;
ELEMENTOS DE CÁLCULO:
Carga
Tensão Convencional : [Pa]
Alongamento
Deformação Convencional :
1 N/m2 = Pa = 10 kgf / mm2 > 1MPa= 106 N / m2 = 1N/mm2
0
c S
P=σ
εc fl ll
l
l
= − =0
0 0
∆
50 ±0,1
e
R 12,5
57
12.5 ±0,2
200
62,5 ±0,1
d
R 10
75
12.5 ±0,2
200
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Gráfico Tensão x Deformação
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RESULTADOS DO ENSAIO: P [N ]
∆L [m]
σ [Pa ]
ε
α
tg α = EResultados de P x ∆L são transformados em gráficos de σ x ε
CURVA DE ENGENHARIA CURVA DE ENGENHARIA (área inicial)
PROPRIEDADES OBTIDAS:
Dentro do Campo Elástico: σ é proporcional a ε (Lei de Hooke)
(E) M(E) Móódulo de Elasticidade :dulo de Elasticidade :
((σσPP) Limite de Proporcionalidade:) Limite de Proporcionalidade: Tensão no ponto final da linearidade no gráfico
Equação da elasticidade de uma mola : x.kP = ε=σ .E
E P l
S l
= =σε
.
.
0
0 ∆
((σσee) Limite de Elasticidade:) Limite de Elasticidade: Máxima tensão sem apresentar deformação permanente
(ou Módulo de 
Young)
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Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young:
indica a rigidez do materialrigidez do material
quanto maior E , maior a rigidez do material
É função das forforçças de ligaas de ligaççãoão interatômicas
quanto maior E quanto maior E ÖÖ maior a Tmaior a TFF
Maiores E : cerâmicos > metais > polímeros
Maiores E : covalentes > iônicas> metMaiores E : covalentes > iônicas> metáálicaslicas
Menores E para T elevadas
Alumínio (B)
Aço (A)
σ
εεA = 0,001 ε B = 0,003
σ
210 MPa
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Procedimento para Determinação do Módulo de Elasticidade ( E ):
Para materiais com comportamento linear:
MMéétodo do Descarregamento dentro da região eltodo do Descarregamento dentro da região eláásticastica
Para materiais sem comportamento linear:
MMéétodo da Tangente ou Mtodo da Tangente ou Méétodo da Secantetodo da Secante
MelhorMelhor utilizarutilizar ““histeresehisterese mecânicamecânica””
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414.0003410Tungstênio (W)
304.0002610Molibdênio (Mo)
210.0001538Ferro (Fe)
209.0001453Níquel (Ni)
127.0001085Cobre (Cu)
79.0001064Ouro (Au)
72.000962Prata (Ag)
70.000660Alumínio (Al)
45.500650Magnésio (Mg)
14.000327Chumbo (Pb)
MMóódulodulo
de Elasticidadede Elasticidade
((MPaMPa))
TTFF ((ººC)C)MetalMetal
Relação entre temperatura de fusão e módulo de elasticidade dos metais
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Medidas Alternativas do Módulo de Elasticidade:
2
1
L
EV 


ρ=Velocidade do som no material : Velocidade do som no material : 
Efeito Efeito termotermo--elelááststíícoco : : 
c
T.E..VT α−=ε∂
∂
I
B 
ε
σ
σ1
0
C
( B )
A
Adiabático
εA
εI
Isotérmico
A’ ε
σ
σ1
0
I
( A )
(ultra-som)
(histerese mecânica)
Método mais preciso de medida > utiliza a 
técnica do ultra-som
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(G) M(G) Móódulo de Elasticidade Transversal :dulo de Elasticidade Transversal : γ
τ= cisG ( )ν+= 1.2
EG
((νν) Coeficiente de Poisson :) Coeficiente de Poisson :
z
y
z
x
ε
ε−=ε
ε−=ν
σ z
σ zx
z
y
Rigidez a uma direção perpendicular à de aplicação do esforço 
(εεxx, , εεyy, , εεzz no campo elno campo eláásticostico)
Para metais : 0,25 a 0,35
Para cerâmicos : 0,20 a 0,30
Para polímeros : 0,30 a 0,50
Relação entre E longitudinal (tratraççãoão) e G transversal (tortorççãoão) : G ≅ 0,4 E
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Questão Concurso Petrobrás 2006
60- Um engenheiro necessita especificar um material metálico que tenha a menor 
variação possível de volume quando submetido exclusivamente, a um estado 
uniaxial de tensão. Em seu levantamento inicial para alguns materiais, obteve as 
seguintes propriedades:
Supondo que todos os materiais sejam submetidos à mesma deformação axial e com base nos 
dados apresentados, o material que sofre a menor variação em seu volume é:
(A) alumínio. (B) cobre. (C) níquel. (D) prata. (E) tungstênio.
1.0003.410414.0000,280W
5596272.0000,367Ag
701.453209.0000,312Ni
601.085127.0000,343Cu
4066070.0000,345Al
σp
MPa
T fusãoE 
MPa
Coef. PoissonMaterial
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((UURtRt) M) Móódulo de Resiliência :dulo de Resiliência :
Comportamento do material no campo elástico 
(integral da integral da áárea no grrea no grááfico no campo elfico no campo eláásticostico)
E22
Ed..Ed.U
2
p
2
pp
0
p
0
r
σ=ε=∫ εε=∫ εσ=
εε
energia absorvida dentro do
campo elástico
Fundamental para projetos de molas
Pode ser calculado pela ½ área triângulo
(A = b.h / 2)
E
comoe
2
.U eeeer
σ=εσε=
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Região de Escoamento
((σσee) Limite de Escoamento :) Limite de Escoamento :
Envolve mecanismo de movimentamovimentaçção de ão de 
discordânciasdiscordâncias
Pode ser nníítido ou nãotido ou não no gráfico
Grandes deformações para mesma tensão
Em casos nítidos o limite de escoamento 
é valor máximo da tensão na região de escoamento
Quando não nítido, utiliza-se da convenção de um deformação padrão
Metais e ligas em geral : n = 0,2 % (ε = 0,002)
Cobre e suas ligas: n = 0,5 % (ε = 0,005)
Ligas metálicas duras: n = 0,1 % (ε = 0,001)
Cerâmicos : n = 0,1 % (ε = 0,001)
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Procedimento para Determinação do Limite de Escoamento ( σe ):
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Dentro do Campo Plástico: σ não é proporcional a ε
((σσuu) Limite de Resistência ) Limite de Resistência àà TraTraçção :ão : Tensão correspondente ao ponto de máxima carga no ensaio
((ϕϕ) ) Coeficiente de Coeficiente de EstricEstricççãoão ::
((σσff) Limite de Ruptura :) Limite de Ruptura : Tensão correspondente ao ponto de fratura do CP
ϕ = −S S
S
f0
0
((∆∆LL) Alongamento :) Alongamento : 0f lll −=∆
Encruamento em Metais:
Aumento da resistência do metal em função do processo de deformação permanente.
Esse fenômeno ocorre em função da interação entre discordâncias e das suas interações com 
outros obstáculos, como solutos, contornos de grãos, etc, que impedem a livre movimentação
das discordâncias e escorregamento dos planos. Envolve aumento na densidade de discordâncias.
Corresponde a quebra e formaquebra e formaçção de novas ligaão de novas ligaççõesões interatômicas
Envolve movimentação de discordâncias e escorregamento de planosescorregamento de planos
Caracterizado pelo EncruamentoEncruamento Uniforme e Não-Uniforme
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Metais
Polímeros
Formação do pescoço nos diferentes materiais:
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((UUTtTt) M) Móódulo de Tenacidade:dulo de Tenacidade:
Capacidade de absorção de energia até a fratura 
(áárea total no grrea total no grááficofico)
Fundamental para projetos com
deformação plástica 
Ex: carrocerias autos, guard-rail
ε
σ
0 εf
Material
Dúctil
(A)
f
ue
t 2
U εσ+σ=
Área de um retângulo
ε
σ0 εf
Material 
Frágil
(B)
fut 3
2U εσ=
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PROCEDIMENTO DE ENSAIO: MetaisMetais
» Norma técnica ABNT 6152 ou ASTM E 8M
» Fixação do CP
» Comprimento útil 
» Deformação
» Leitura de P e ∆L
»Defeitos
» Velocidade de ensaio
» Dados de relatório:
identificação CP
dimensões do CP
direção de laminação
número de CP 
velocidade de aplicação da carga
localização da fratura
aspecto da fratura
50 ±0,1
e
R 12,5
57
12.5 ±0,2
200
62,5 ±0,1
d
R 10
75
12.5 ±0,2
200
( )
 
4
4
1i
iu
u
∑
=
σ
=σ
( )( )
 
14
S
4
1i
2
uiu
−
σ−σ
=
∑
=
Resultado do ensaio por: σu ± S [ MPa] 
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INFORMAÇÕES ADICIONAIS:
Influência da Temperatura:Influência da Temperatura:
Ï T = Ð Resistência
Ï Ductilidade
Liga de Ni-Cr-Mo
---- colunar
___ equiaxial
Metais:
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AdiAdiçção de Elementos de Liga:ão de Elementos de Liga:
Função do tipo de soluto
(intersticial ou substitucional)
e do raio atômico
1,249 (+0,6%)Cr
1,36 (+9,5%)Mo
1,12 (-10,8%)Mn
1,241Fe
Raio atômico
(A)
1,332 (+4,2%)Zn
1,509 (+18%)Sn
1,278Cu
Raio atômico
(A)
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Questão Concurso Petrobrás 2006
53-Marque a opção que apresenta as 
características dos aços
de alta resistência e baixa liga, em relação 
ao teor de carbono
e à resistência à corrosão, em 
comparação com os aços
comuns com baixo teor de carbono.
E
D
C
B
A
maioralto
menoralto
menormédio
maiorbaixo
menorbaixo
Resistência
Corrosão
Teor de C
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Influência do Influência do EncruamentoEncruamento ou Trabalho a Frio:ou Trabalho a Frio:
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Influência do Tamanho de Grão Cristalino:Influência do Tamanho de Grão Cristalino:
Refinadores de grão para Al e 
ligas
Liga Al 4,5% Cu
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Influência do EspaInfluência do Espaççamento amento DendrDendrííticotico ::
σ x λ1
λ 2
λ 1
0,05 0,06 0,07 0,08 0,09
90
120
150
180
210
240 Al-4,5%Cu
 Experimental
 σu = 56,7 + 1713 * (1/λ1)0,5L
im
ite
 d
e 
R
es
is
tê
nc
ia
 à
 T
ra
çã
o 
 (M
P
a)
1/(λ1)0,5 (µm)-0,5
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Monocristal
( A ) frágil ( B ) dúctil
Tipos de Fraturas sob Tração:
Frágil (clivagem) Dúctil
FRATURAFRATURA::
separação física em 2 ou mais partes
envolve em Nucleação, Crescimento e Propagação da trinca
classificada em Fratura Dúctil e Fratura Frágil
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Frágil (clivagem)
Dúctil
Plano 45 0 intergranular transgranular
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PROCEDIMENTO DE ENSAIO: PolPolíímerosmeros
» Norma técnica ASTM D 638 ‘‘Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics.’’
» Fixação do CP (construção de dispositivos especiais)
» Comprimento útil
» Deformação 
» Leitura de P e ∆L
» Defeitos
» Velocidade de ensaio
» Dados de relatório:
identificação CP
dimensões do CP
direção das fibras
número de CP 
velocidade de aplicação da carga
localização da fratura
aspecto da fratura
Determinação de σe e σu
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PolPolíímerosmeros
Podem apresentar comportamentos: 
Frágil
Dúctil
Elástico
CerâmicosCerâmicos
Geralmente apresentam comportamento: 
Frágil
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Acrílico
Polímeros:
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Curvas Características do Ensaio Convencional para Alguns Materiais: 
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ε0
Convencional
U
σ Real
FA S
P
r =σTensão Real :
∫ ==ε llo
o
r l
lln
l
dl
Deformação Real :
RelaRelaçções entre Tensões e Deformaões entre Tensões e Deformaçções Reais e Convencionais:ões Reais e Convencionais:
Deformação:
l
dd lr =ε constantel.Sl.S 00 ==
0ldSSdl =+ ∫∫ −=ε⇒=
ε S
So0 S
dSd
S
dS
l
dl
S
S
ln 0r =ε
1
l
l
l
l
00
c −=∆=ε c
0
1
l
l ε+= εr SS
l
l
= =ln ln0
0
)1ln( cr ε+=ε
Tensão: )1ln(
S
Sln c0r ε+==ε
c
0
1
SS ε+= )1(S
P
S
P
c
0
r ε+==σ )1( ccr ε+σ=σ
CURVA REAL CURVA REAL (área instantânea)
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Tensão Real e DeformaTensão Real e Deformaçção Real nos Campos Elão Real nos Campos Eláástico e Plstico e Pláástico : stico : 
••na região elna região eláástica (0A):stica (0A):
• na região plna região pláástica (AU):stica (AU):
σ εr rE= .
σ εr rnk= .
σ
εr1,0
θ
K
n = tg θ
ε+=σ lognkloglog
Determinação de k
kk = coeficiente de resistênciacoeficiente de resistência : associado ao nível de resistência que o material pode suportar [Pa]
n n = coeficiente de coeficiente de encruamentoencruamento : capacidade com que o material distribui a deformação
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Determinação de n
n
rSkP ε= )dSdSn(kdP nrr1nr ε+εε= −
S
dSd −=ε )dSdSn(kdP rnrr1nr εε−εε= −
n
ur
1n
urn ε=ε − urn ε=
n = o : material idealmente plástico
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