Apresent Cap1 2 Tração

Prévia do material em texto

Tipos de tensões: tração, compressão, cisalhamento e torção
 Determinação das Propriedades
 Realização de ensaios 
padronizados e normalizados sob 
condições específicas de:
Solicitações mecânicas
tração
compressão
cisalhamento
cíclica
Temperaturas
ambiente
baixas
altas
Ambientais
inerte
redutora
oxidante
corrosiva
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 (monotônico);
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  (tensão) em função de  (deformação).
P
So
lo
P
Início do Processo de Ruptura 
Ruptura 
Total
a = arc tg(E)
c
P
u
Tensão
Região de 
deslizamentos
de discordâncias
Região de
comportamento elástico
Região de 
encruamento
não uniforme
encruamento
Região de
encruamento
A
B
U
F
Deformação c
Ensaio de Tração
CORPO DE PROVA:
geralmente barra cilíndrica;
comprimento l e diâmetro 2R;
ELEMENTOS DE CÁLCULO:
Carga
Tensão Convencional : [ Pa ]
Alongamento
Deformação Convencional :
1 MPa = 1 kgf / mm2 = 106 N / m2
0
c
S
P

c
fl l
l
l
l


0
0 0

Gráfico Tensão x Deformação
RESULTADOS DO ENSAIO:
P [N ]
L [m]
 [Pa ]

a
tg a = E
Resultados de P x L são transformados 
em gráficos de  x 
CURVA DE ENGENHARIA (área inicial)
PROPRIEDADES OBTIDAS:
Dentro do Campo Elástico:  é proporcional a  (similar a Lei de Hooke)
(E) Módulo de Elasticidade :
(P) Limite de Proporcionalidade: Tensão no ponto final da linearidade no gráfico
Equação da elasticidade de uma mola : 
x.kP   .E
E
P l
S l
 


.
.
0
0 
(e) Limite de Elasticidade: Máxima tensão sem apresentar deformação permanente
(Módulo de Young)
Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young:
considerado a rigidez do material
quanto maior E , maior a rigidez do material
representa as forças de ligações interatômicas
quanto maior as forças  maior E
quanto maior E  maior a TF
Maiores E : cerâmicos > metais > polímeros
Maiores E : iônicas> metálicas > covalentes
Menores E para T elevadas
Varia em função da Anisotropia
Alumínio (B)
Aço (A)

A = 0,001  B = 0,003

210 MPa
Procedimento para Determinação do Módulo de Elasticidade ( E ):
Para materiais com comportamento linear:
Método do Descarregamento dentro da região elástica
Para materiais sem comportamento linear:
Método da Tangente ou Método da Secante
Medidas Alternativas do Módulo de Elasticidade:
Freqüência natural de vibração de uma barra do material :
2
1
3
4
M.l.4
D.E..3
.2
1
f







 


4
23
D.3
f.l.M..16
E


M
l
D
2
1
L
E
V 







Velocidade do som no material : 
Efeito termo-elastíco : 
c
T.E..VT a



I
B 


1
0
C
( B )
A
Adiabático
A
I
Isotérmico
A’ 

1
0
I
( A )
(ultrassom)
(histerese mecânica)
(G) Módulo de Elasticidade Transversal :


 cisG  

1.2
E
G
(K) Módulo de Elasticidade Volumétrico :
K
E

3 1 2.( . )
() Coeficiente de Poisson :
z
y
z
x






z
z
x
z
y
Relação entre as deformações elásticas 
(x, y, z no campo elástico)
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 (tração) e G transversal (torção) : G  0,4 E
Condições de pressão hidrostática
(URt) Módulo de Resiliência :
Comportamento do material no campo elástico 
(integral da área no gráfico no campo elástico)
E22
Ed..Ed.U
2
p
2
p
p
0
p
0
r



  

Capacidade ou 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 ee
ee
r




Região de Escoamento
(e) Limite de Escoamento :
Envolve mecanismo de movimentação de discordâncias
Envolve escorregamento de planos atômicos
Pode ser nítido ou não no gráfico
Grandes deformações para mesma tensão
Valores próximos de e e p
Em casos nítidos pode ocorrer o Pico Superior
Seguido de Picos Inferiores e constância
Neste caso, limite é um valor médio dos picos inferiores
Quando não nítido, utiliza-se da convenção de um deformação padrão
Metais e ligas em geral : n = 0,2 % ( = 0,002)
Cobre e suas ligas: n = 0,5 % ( = 0,005)
Ligas metálicas duras: n = 0,1 % ( = 0,001)
Cerâmicos : n = 0,1 % ( = 0,001)
Polímeros: n = 0,5 % ( = 0,005)
Procedimento para Determinação do Limite de Escoamento ( e ):
Dentro do Campo Plástico:  não é proporcional a 
(u) Limite de Resistência à Tração : Tensão correspondente ao ponto de máxima carga no ensaio
() Coeficiente de Estricção :
(f) Limite de Ruptura : Tensão correspondente ao ponto de fratura do CP
 
S S
S
f0
0
(L) 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 formação de novas ligações interatômicas
Envolve movimentação de discordâncias e escorregamento de planos
Caracterizado pelo Encruamento Uniforme e Não-Uniforme
Em alguns casos, empescosamento antes da fratura 
Metais Polímeros
Formação do pescoço nos diferentes materiais:
Procedimento para Determinação do Limite de Resistência a Tração ( u ):
(UTt) Módulo de Tenacidade:
Comportamento do material dentro do campo elástico e plástico 
(área total no gráfico)
Capacidade ou energia absorvida
até a fratura
Fundamental para projetos com
deformação plástica 
Ex: carrocerias autos, guard-rail


0 f
Material
Dúctil
(A)
f
ue
t
2
U 


Área de um quadrado


0 f
Material 
Frágil
(B)
fut
3
2
U 
Área de ½ parábola
Polímeros
Podem apresentar comportamentos: 
Frágil
Dúctil
Elástico
Cerâmicos
Geralmente apresentam comportamento: 
Frágil
Curvas Características do Ensaio Convencional para os Principais Materiais: 
0
Convencional
U

Real
FA
S
P
r 
Tensão Real :
 
l
lo
o
r
l
l
ln
l
dl
Deformação Real :
Relações entre Tensões e Deformações Reais e Convencionais:
Deformação:
l
d
d lr 
constantel.Sl.S 00 
0ldSSdl 
 
 S
So0 S
dS
d
S
dS
l
dl
S
S
ln 0r 
1
l
l
l
l
00
c 

 c
0
1
l
l
 r
S
S
l
l
 ln ln0
0
)1ln( cr 
Tensão:
)1ln(
S
S
ln c
0
r 
c
0
1
S
S

 )1(
S
P
S
P
c
0
r 
)1( ccr 
CURVA REAL (área instantânea)
Tensão Real e Deformação Real nos Campos Elástico e Plástico : 
na região elástica (0A):
 na região plástica (AU):
 r rE .
 r r
nk .

r1,0

K
n = tg 
 lognkloglog
Determinaçãode k
k = coeficiente de resistência : nível de resistência que o material pode suportar [Pa]
n = coeficiente de encruamento : capacidade com que o material distribui a deformação
Determinação de n
n
rSkP  )dSdSn(kdP
n
rr
1n
r 

S
dS
d  )dSdSn(kdP r
n
rr
1n
r 

n
ur
1n
urn 

urn 
PROCEDIMENTO DE ENSAIO: Metais
» 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




  
 
14
S
4
1i
2
uiu





Resultado do ensaio por: u  S [ MPa] 
PROCEDIMENTO DE ENSAIO: Cerâmicos
» Norma técnica
» 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
PROCEDIMENTO DE ENSAIO: Polímeros
» 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 e e u
INFORMAÇÕES ADICIONAIS:
Influência da Temperatura:
 T =  Resistência
 Ductilidade
Aço BTC
Metais:
Em especial para os aços:
 700oC a 900oC
- Precipitação de AlN nos contornos de grão
- Aços com Ti e V apresentam melhores 
comportamentos mecânicos.
 900oC a 1100oC:
- Influenciada pela relação Mn/S
- Precipitação de FeS nos CG da austenita
 1300oC à temperatura Solidus:
- Presença de líquido interdendrítico pela rejeição de 
soluto, principalmente P, S e outros componentes 
como nitretos e carbonetos.
- Separação física ocorre na região que contem 
líquido.
Acrílico
Poliestireno
Polímeros:
Adição de Elementos de Liga:
Função do tipo de soluto
(intersticial ou substitucional)
e do raio atômico
Comportamento de dois tipos de latões
0,004 %P 0,017%P 0,039%P
0,004 %C
Temperatura ºC
1370 12601480
0
1150 9401150
25
50
75
100
R
ed
uç
ão
 d
e 
ár
ea
 %
0,43 %C 0,38 %C
0,004 %S 0,006 %S 0,007 %S
Aços carbono: variação C , P e S 
36020016012080
80
20
60
40
Du
tili
dad
e m
íni
ma
 en
tre
 13
00
 a 1
00
0 º
C
Relação Mn/S
40
0
Relação Mn/S
Influência do Encruamento ou Trabalho a Frio:
Influência do Tamanho de Grão Cristalino:
Influência do Espaçamento Dendrítico Secundário:
Monocristal
( A ) frágil ( B ) dúctil
Tipos de Fraturas sob Tração: Frágil (clivagem) Dúctil (dimples)
FRATURA:
separação física em 2 ou mais partes
envolve em Nucleação, Crescimento e Propagação da trinca
classificada em Fratura Dúctil e Fratura Frágil
Frágil (clivagem)
Dúctil (dimples)
Plano 45 0 intergranular transgranular