EM.002 Materiais Processos 20180312

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Elementos de 
Máquinas
12/03/18
Marau‐RS
Materiais e Processos
As propriedades mecânicas de um material são geralmente determinadas por meio
de testes destrutivos de amostras sob condições de carregamento controladas.
Os melhores dados de propriedades do material são obtidos a partir de ensaios
destrutivos ou não destrutivos sob carregamentos de serviço reais em protótipos
reais de seu projeto
Na ausência de tais testes específicos, o engenheiro deve adaptar e aplicar dados de
propriedades dos materiais publicados de testes padronizados para a situação
específica.
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Materiais e Processos
POR QUÊ ESTUDAR?
 A determinação e/ou conhecimento das propriedades
mecânicas é muito importante para a escolha do material
para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e
fabricação do componente.
 As propriedades mecânicas definem o comportamento do
material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas
estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou
transmitir estes esforços aplicados sem chegar a ruína ou
estado inapropriado para o uso.
Materiais e Processos
QUAIS PROPRIEDADES SÃO IMPORTANTES?
 Resistência à tração
 Resistência ao cisalhamento
 Elasticidade
 Ductilidade
 Fluência
 Fadiga
 Dureza
 Tenacidade,....
Cada uma dessas propriedades 
está associada à habilidade do 
material de resistir às forças 
mecânicas e/ou de transmiti‐las
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Ensaio de Tração
Ensaio de Tração
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Ensaio de Tração
Ensaio de Tração
Em materiais soldados, podem ser retirados corpos de prova com a solda no meio
ou no sentido longitudinal da solda, como você pode observar na figura a seguir.
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Ensaio de Tração
Ensaio de Tração
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Ensaio de Tração
Módulo de Elasticidade (E)
Ensaio de Tração
Módulo de Elasticidade (E)
Principais características: 
• Quanto maior o módulo, mais rígido será o material ou menor será a
deformação elástica;
• O módulo do aço (≈ 200 GPa) é cerca de 3 vezes maior que o
correspondente para as ligas de alumínio (≈ 70 GPa), ou seja, quanto
maior o módulo de elasticidade, menor a deformação elástica
resultante.
• O módulo de elasticidade corresponde a rigidez ou uma resistência
do material à deformação elástica.
• O módulo de elasticidade está ligado diretamente com as forças das
ligações interatômicas.
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Ensaio de Tração
Módulo de Elasticidade – Aço vs. Alumínio
Ensaio de Tração
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Ensaio de Tração
Ensaio de Tração
• Um outro fator importante no módulo de elasticidade nos materiais cerâmicos é 
a presença de microtrincas, as quais diminuem a energia elástica armazenada.
• As trincas podem ser geradas durante o resfriamento. Isso se deve à anisotropia 
na expansão e contração térmica.
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Ensaio de Tração
Os polímeros possuem
constantes elásticas que
variam a partir do
inferior dos metais até
valores bem mais baixos.
Ductilidade e Fragilidade
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Ductilidade
Tenacidade
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Resiliência
Resiliência
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Ensaio de Tração
Encruamento
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Estricção
Efeito da Temperatura
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Efeito %C nas Propriedades de Tração
Ensaio de Compressão
É difícil obter um diagrama tensão-deformação útil a partir desse ensaio porque um
material dúctil escoa e aumenta a área de sua seção transversal.
Materiais frágeis rompem-se
sob compressão.
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Ensaio de Compressão
Ensaio de Compressão
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Ensaio de Compressão
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Ensaio de Compressão
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Ensaio de Compressão
Ensaio de Compressão
A maior parte dos materiais dúcteis tem resistência à compressão semelhante à
resistência à tração, e o diagrama tensão-deformação na tração é utilizada para
representar também seu comportamento sob compressão. Um material que tenha
resistências essencialmente iguais à tração e à compressão é chamado de material
uniforme.
É possível diagramas de tensão-deformação na compressão, visto que o material se
rompe em vez de se esmagar e que a área de seção transversal não se altera
consideravelmente. Um material que tenha resistências de tração e compressão
diferentes é denominado material não uniforme.
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Ensaio de Flexão
Ensaio de Flexão
Bastante aplicado em materiais frágeis ou de alta dureza
‐ Exemplos: cerâmicas estruturais, aços‐ferramenta
‐ Dificuldade de realizar outros ensaios, como o de tração
Determinam‐se propriedades de resistência do material:
‐ Módulo de Ruptura
‐ Módulo de Young 
Uma variante do ensaio aplicada a materiais dúcteis:
‐ Ensaio de dobramento
‐ Qualitativo
‐ Também empregado em soldas
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Ensaio de Flexão
Ensaio de Flexão
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Ensaio de Flexão
Erros experimentais no ensaio de flexão:
• Causas da dispersão de medidas experimentais
• grandeza avaliada varia de amostra para amostra
• sistema de medição (transdutores, condicionadores e conversor de sinal, além do 
operador) introduz erros
• causas adicionais de erros: variações de geometria dos corpos‐de‐prova e aspectos 
construtivos do dispositivo de ensaio
• Requisitos para que o ensaio seja confiável
• população de defeitos do corpo‐de‐prova seja representativa do material usado no 
componente real
• fundamentar o ensaio em amostragem estatística (15‐30 peças)
• Origem dos erros experimentais no ensaio de flexão
• fontes internas: erros que ocorrem por não serem compatíveis com a teoria elástica 
de uma viga, assumida a priori
• fontes externas: erros que surgem na aplicação da carga durante o ensaio
Ensaio de Flexão
• Suposições básicas assumidas (fontes internas de erros)
• planos perpendiculares devem permanecer planos
• módulo de elasticidade em tração igual em compressão
• deflexão pequena comparada à espessura
• Fontes externas de erros
• tensões de contato: roletes ou cutelos não devem ser tão pequenos a ponto de 
causar indentação nem tão grandes de modo que o carregamento não possa ser 
considerado pontual.
• tensões de torção: devido a falta de paralelismo das faces do corpo‐de‐prova. 
Solução: adotar roletes móveis.
• curvatura do corpo‐de‐prova: em excesso, pode causar por exemplo o contato com 
apenas um aplicador de carga no ensaio a 4 pontos.
• tensões cisalhantes de atrito: causam alterações no momento fletor e 
deslocamento da linha neutra. Solução: adotar roletes giratórios.
• Cerâmicas estruturais: corpos‐de‐prova devem ser retificados, chanfrados (sem cantos 
vivos) e ter a superfície inferior polida
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Ensaio de Flexão
Ensaio de Flexão
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Ensaio de Flexão
Ensaio de Torção
• Já lhe aconteceu de estar apertando um parafuso e, de repente, ficar com dois 
pedaços deste nas mãos. O esforço de torção é o responsável por estragos 
como esse.
• E o que dizer de um virabrequim de automóvel, dos eixos de máquinas, polias, 
molas helicoidais e brocas?
• Em grande parte destes produtos, o maior esforço mecânico é o de torção ou 
seja, quando estes quebram é porque não resistiram a torção.
• A torção é diferente da compressão, da tração e do cisalhamento porque nestes 
casos o esforço é aplicado no sentido longitudinal ou transversal, e na torção o 
esforço é aplicado no sentido de rotação.
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Ensaio de Torção
• O ensaio de torção é de execução relativamente simples, porem para obter as 
propriedades do material ensaiado são necessários cálculos matemáticos 
complexos.
• Como na torção uma parte do material está sendo tracionada e outraparte 
comprimida, em casos de rotina podemos usar os dados do ensaio de tração 
para prever como o material ensaiado se comportar∙ quando sujeito a torção.
• O ensaio de torção não é tão largamente empregado como o ensaio de tração.
• É muito útil para aplicações de engenharia e no estudo teórico de deformações.
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Ensaio de Torção
Ensaio de Torção
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Ensaio de Torção
• O Ensaio de torção consiste na aplicação de
carga rotativa em um corpo de prova
geralmente de geometria cilíndrica; Ø Mede‐
se o ângulo de torção como função do
momento torsor aplicado; Ø Muito utilizado
na indústria d e c o m p o n e n t e s
mecânicos como motores de arranque,
turbinas aeronáuticas, rotores de máquinas
pesadas, barras de torção, molas etc...
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Ensaio de Torção
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Ensaio de Torção
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Ensaio de Torção – Tubo parede fina
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Ensaio de Torção
Ensaio de Torção
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Ensaio de Torção
Ensaio de Torção
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Ensaio de Resistência ao Impacto
Ensaio de Resistência ao Impacto
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Ensaio de Resistência ao Impacto
Ensaio de Resistência ao Impacto
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Ensaio de Resistência ao Impacto
Ensaio de Resistência ao Impacto
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Ensaio de Resistência ao Impacto
Ensaio de Resistência ao Impacto
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Ensaio de Resistência ao Impacto
Ensaio de Resistência ao Impacto
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Ensaio de Resistência ao Impacto
Ensaio de Resistência ao Impacto
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Ensaio de Resistência ao Impacto
Ensaio de Resistência ao Impacto
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Ensaio de Resistência ao Impacto
Ensaio de Resistência ao Impacto
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Ensaio de Resistência ao Impacto
Ensaio de Resistência ao Impacto
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Ensaio de Resistência ao Impacto
Ensaio de Resistência ao Impacto
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Ensaio de Resistência ao Impacto