Propriedades do aço (1)

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UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA - PROFº GUEDES 
PROPRIEDADES DO AÇO
ALUNA: MENAHEM CASTRO RODRIGUES
MATRICULA: 2008.2.080.526
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ESTRUTURAS METAL.E PRE-MOLDADO 									2012/1
SUMÁRIO
1 ) O AÇO ......................................................................................................................................3
2) PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS AÇOS ESTRUTURAIS..............................................................3
	2.1) DIAGRAMA TENSÃO-DEFORMACÃO.......................................................................................3
	 2.2 ) ELASTICIDADE ........................................................................................................................5
	 2.3 ) PLASTICIDADE ........................................................................................................................5
	 2.4 ) DUCTILIDADE.........................................................................................................................5
 2.5 ) TENSÕES RESIDUAIS ...............................................................................................................6
 2.6) RESILIÊNCIA.............................................................................................................................7
 2.7 ) DUREZA...................................................................................................................................8
3) CONCLUSÃO ..............................................................................................................................9
4) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................9
	
O AÇO
O  aço é  uma  liga  metálica  de  ferro  e  carbono,  com   um percentual de 0,03% a 2,00% de participação do carbono, que lhe confere maior ductilidade, permitindo que não se quebre quando é dobrado para a execução das armaduras.
 Os fios e barras de aço utilizados nas estruturas de concreto são classificados em categorias, conforme o valor característico da resistência de escoamento (fyk). Nesta classificação, a unidade de medida está em kgf/mm², sendo os aços classificados como: CA 25; CA 40; CA 50 ou CA 60.
No caso do CA 50, por exemplo, sua resistência (fyk) é equivalente a 500 MPa. Os aços podem também ser divididos conforme o processo de fabricação, ou seja:
 
Aços Tipo A
-    Fabricados pelo processo de laminação a quente sem posterior deformação a frio, ou por laminação a quente com encruamento a frio.
-   Apresentam em seu gráfico de tensão x deformação um patamar de escoamento.
-   São fabricados com bitolas (diâmetros) iguais ou maiores do que 5mm.
-   São denominados barras de aço.
 
Aços Tipo B
-   Fabricados pelo processo de laminação a quente com posterior deformação a frio (trefilação, estiramento ou processo equivalente).
-   Não apresentam em seu gráfico tensão x deformação um patamar de escoamento.
-   São fabricados com bitolas de 5,0mm; 6,3mm; 8,0mm; 10,0mm e 12,5mm.
-   São denominados fios de aço.
 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS AÇOS ESTRUTURAIS
2.1) DIAGRAMA TENSÃO-DEFORMACÃO
Uma barra de aço submetida a um esforço crescente de tração sofre uma deformação progressiva de extensão (figura 1). A relação entre a tensão aplicada (s = F/área) e a deformação linear específica (e = Dl /l ) de alguns aços estruturais pode ser vista no diagramas tensão-deformação da (figura 2).
FIGURA 1 - Deformação em um corpo de prova submetido à tração
  
FIGURA 2 - Diagrama tensão-deformação em escala real
Até certo nível de tensão aplicada, o material trabalha no regime elástico-linear, isto é, segue a lei de Hooke e a deformação linear específica é proporcional ao esforço aplicado. A proporcionalidade pode ser observada (figura 3) no trecho retilíneo do diagrama tensão-deformação e a constante de proporcionalidade é denominada módulo de deformação longitudinal ou módulo de elasticidade. Ultrapassado o limite de proporcionalidade(fp), tem lugar a fase plástica, na qual ocorrem deformações crescentes sem variação de tensão (patamar de escoamento). O valor constante dessa tensão é a mais importante característica dos aços estruturais e é denominada resistência ao escoamento. Após o escoamento, a estrutura interna do aço se rearranja e o material passa pelo encruamento, em que se verifica novamente a variação de tensão com a deformação específica, porém de forma não-linear. O valor máximo da tensão antes da ruptura é denominada resistência à ruptura do material. A resistência à ruptura do material é calculado dividindo-se a carga máxima que ele suporta, antes da ruptura, pela área da seção transversal inicial do corpo de prova. Observa-se que fu é calculado em relação à área inicial, apesar de o material sofrer uma redução de área quando solicitada à tração. Embora a tensão verdadeira deva ser calculada considerando-se a área real, a tensão tal como foi definida anteriormente é mais importante para o engenheiro, pois os projetos são feitos com base nas dimensões iniciais. 
FIGURA 3 - Diagrama tensão-deformação dos aços estruturais, em escala deformada
2.2 ) ELASTICIDADE
Uma peça de aço, sob efeito de tensões de tração ou de compressão sofre deformações, que podem ser elásticas ou plásticas. Tal comportamento deve-se à natureza cristalina dos metais, pela presença de planos de escorregamento ou de menor resistência mecânica no interior do reticulado.
Elasticidade de um material é a sua capacidade de voltar à forma original em ciclo de carregamento e descarregamento (figura 4). A deformação elástica é reversível, ou seja, desaparece quando a tensão é removida. A deformação elástica é conseqüência da movimentação dos átomos constituintes da rede cristalina do material, desde que a posição relativa desses átomos seja mantida. A relação entre os valores da tensão e da deformação linear específica, na fase elástica, é o módulo de elasticidade, cujo valor é proporcional às forças de atração entre os átomos. Nos aços, o módulo de elasticidade vale aproximadamente 21000 kgf/mm2 e o limite de escoamento é de cerca de 36 kgf/mm2.
2.3 ) PLASTICIDADE
Deformação plástica é a deformação permanente provocada por tensão igual ou superior à fp - resistência associada ao limite de proporcionalidade (figura 4). É o resultado de um deslocamento permanente dos átomos que constituem o material, diferindo, portanto, da deformação elástica, em que os átomos mantêm as suas posições relativas. A deformação plástica altera a estrutura interna do metal, tornando mais difícil o escorregamento ulterior e aumentando a dureza do metal. Esse aumento na dureza por deformação plástica, quando a deformação supera s (figura 3), é denominado endurecimento por deformação a frio ou encruamento e é acompanhado de elevação do valor da resistência e redução da 
ductilidade do metal.
FIGURA 4 – Ciclo de carregamento e descarregamento
2.4 ) DUCTILIDADE
Ductilidade é a capacidade dos materiais de se deformar sem se romper. Pode ser medido por meio do alongamento (ε) ou da estricção, ou seja, a redução na área da seção transversal do corpo de prova. Quanto mais dúctil o aço, maior será a redução de área ou o alongamento antes da ruptura. A ductilidade tem grande importância nas estruturas metálicas, pois permite a redistribuição de tensões locais elevadas. As barras de aço sofrem grandes deformações antes de se romper, o que na prática constitui um aviso da presença de tensões elevadas.
2.5 ) TENSÕES RESIDUAIS
As diferentes velocidades de resfriamento, após a laminação,conforme o grau de exposição, da chapa ou perfil laminado, levam ao aparecimento de tensões que permanecem nas peças, recebendo o nome de tensões residuais (sr). Em chapas, por exemplo, as extremidades resfriam-se mais rapidamente que a região central, contraindo-se; quando a região central da chapa resfria-se, as extremidades, já solidificadas, impedem essa região de contrair-se livremente. Assim, as tensões residuais são de tração na região central e de compressão nas bordas (figura 5a). 
Essas tensões são sempre normais à seção transversal das chapas e, evidentemente, tem resultante nula na seção. 
As operações executadas posteriormente nas fábricas de estruturas metálicas envolvendo aquecimento e resfriamento (soldagem, corte com maçarico, etc.) também provocam o surgimento de tensões residuais. Esse é o caso dos perfis soldados onde, nas regiões adjacentes aos cordões de solda, permanecem tensões longitudinais de tração após o resfriamento (figura 5b). 
 				
FIGURA 5a – Tensões residuais em chapas		 FIGURA 5b – Tensões residuais em perfis soldados
Por simplicidade, a norma NBR 8800/86 indica um valor único a ser adotado para a tensão residual em vigas, sr = 115 MPa, para tração ou para compressão. Portanto o diagrama tensão-deformação didaticamente adotado para projeto é o apresentado na figura 6.
 
FIGURA 6 – Diagrama de Tensão e deformação teórico para aço virgem e aço com tensão residual, respectivamente
2.6 ) RESILIÊNCIA
Resiliência é a quantidade de energia que o material consegue absorver no regime elástico, e depois devolve totalmente no descarregamento. O módulo de resiliência é definido como a energia de deformação absorvida por unidade de volume quando o material é tencionado até o limite de escoamento (figura 7) sendo indicado por U
FIGURA 7 - Gráfico mostrando a região elástica que e a área correspondente a resiliência (em negrito)
2.7 ) DUREZA
Dureza é a propriedade característica de um material sólido, que expressa sua resistência a deformações permanentes e está diretamente relacionada com a força de ligação dos átomos. 
Uma das maneiras de avaliar a dureza é verificar a capacidade de um material penetrar o outro. Na engenharia e na metalurgia, utiliza-se o chamado ensaio de penetração para a medição da dureza. A partir de um referencial intermediário, a dureza pode ser expressa em diversas unidades.
Exemplos de processos de verificação de dureza:
2.7.1 ) Dureza Brinell
O método Brinell é um método de medição da dureza, utilizado principalmente nos materiais metálicos. Este método foi proposto em 1900, pelo engenheiro sueco Johan August Brinell. É o primeiro ensaio de dureza normatizado e amplamente utilizado na engenharia e metalurgia.
O teste típico consiste em um penetrador de formato esférico com 10 mm de diâmetro, feito de aço de elevada dureza ou de carbeto de tungstênio.
A carga aplicada varia entre 500 e 3000 kgf e, durante o teste, a carga é mantida constante por um período entre 10 e 30 segundos.
2.7.2 ) Dureza Rockwell
O método Rockwell é um método de medição direta da dureza, sendo um dos mais utilizados em indústrias. Este é um dos métodos mais simples e que não requer habilidades especiais do operador. Além disso, várias escalas diferentes podem ser utilizadas através de possíveis combinações de diferentes penetradores e cargas, o que permite o uso deste ensaio em praticamente todas as ligas metálicas, assim como em muitos polímeros.
Os penetradores incluem esferas fabricadas em aço de elevada dureza, com diâmetros de 1/16, 1/8, 1/4 e 1/2 polegada, assim como cones de diamante, utilizados nos materiais de elevada dureza.
Neste sistema, a dureza é obtida através da diferença entre a profundidade de penetração resultante da aplicação de uma pequena carga, seguida por outra de maior intensidade.
A carga inicial aplicada é 10 kgf, seguida por uma carga de 60, 100 ou 150 kgf, conforme a escala utilizada.
2.7.3 ) Dureza Meyer
A escala de dureza Meyer é um método de medição da dureza de um material através de um "ensaio de penetração".
Meyer propôs uma definição mais racional do que a proposta por Brinell, sugerindo que a dureza fosse obtida através da área projetada da impressão, ao invés da área superficial, já que a tensão média na superfície da amostra devido a aplicação da carga é igual a carga divido pela área projetada.
A escala Meyer é menos sensível do que a Brinell com o aumento da carga aplicada. Para materiais trabalhados a frio, a dureza Meyer é essencialmente constante e independente da carga, ao contrário da Brinell, que diminui com o aumento da carga. Para metais recozidos, a dureza Meyer aumenta continuamente com o aumento da carga, devido ao encruamento produzido pela penetração. A Brinell, no entanto, primeiramente aumenta e depois diminui com o aumento da carga aplicada nos ensaios com estes materiais.
No entanto, a escala Meyer é muito pouco usado nos ensaios práticos de medida de dureza em comparação a Brinell.
CONCLUSÃO
A propriedades médias de um aço com 0,2% de carbono em peso giram em torno de:
3.1) Massa volúmica: 7860 kg/m³ (ou 7,86 g/cm³)
3.2) Coeficiente de expansão térmica: 11,7 10−6 (C°)−1
3.3) Condutividade térmica:52,9 W/m-K
3.4) Calor específico: 486 J/kg-K
3.5) Resistividade elétrica: 1,6 10−7Ωm
3.6) Módulo de elasticidade (Módulo de Young) Longitudinal: 210GPa
3.7) Módulo de elasticidade (Módulo de Young) transversal:80 GPa
3.8) Coeficiente de Poisson: 0,3
3.9) Limite de escoamento: 210 MPa
3.10) Limite de resistência a tração: 380 MPa
3.11) Alongamento: 25%
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
4.1) pt.wikipedia.org
4.2) PREVISÃO DA VIDA EM FADIGA DE MATERIAIS METÁLICOS - Laboratório FEI
4.3 ) Dimensionamento de estruturas de aço - Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica Escola Politécnica da Universidade de São Paulo