Relatório Tração Propriedades dos materiais

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Relatório Propriedades dos Materiais 
 
Curso Engenharia Mecânica – 4º Semestre Noturno 
 
Ensaio de Tração 
 
 
 
 
 
 
 
Grupo: 
 
Lucas Souza Gonçalves – 20856243 
Heric Frederic Turman Saliby – 20888929 
Kaue Patrick Pereira Vale – 20858234 
Carlos Pinheiro Ficher - 20867409 
 
1. Objetivos 
 
Utilizando a máquina VERSAT 10000 para ensaio de tração como auxilio 
neste experimento. Que tem como objetivo a obtenção e entendimento 
em forma pratica de dados como: tensão, deformação, alongamento e 
modulo de elasticidade do material (aço SAE 4340). 
 
2. Fundamentação Teórica 
Para que servem os ensaios de tração 
 As propriedades mecânicas constituem uma das características mais 
importantes dos metais em suas várias aplicações na engenharia, visto 
que o projeto e a fabricação de produtos se baseiam principalmente no 
comportamento destas propriedades. 
 A determinação das propriedades mecânicas dos materiais é obtida 
por meio de ensaios mecânicos, realizados no próprio produto ou em 
corpos de prova de dimensões e formas especificadas, segundo 
procedimentos padronizados por normas brasileiras e estrangeiras, um 
desses ensaios é o ensaio de tração. 
Características 
 O ensaio de tração consiste em submeter um corpo de prova a um 
esforço crescente na direção axial do corpo de prova, levando-o a se 
romper. Os esforços utilizados para realização do ensaio são medidos 
na própria máquina. 
 O ensaio de tração é feito em corpos de prova de dimensões 
padronizadas por normas nacionais e internacionais. Para a escolha 
dessa dimensão padronizada, deve-se levar em consideração a 
capacidade da máquina de tração disponível para a realização do 
ensaio.
 
 Esse ensaio é um dos ensaios mecânicos mais utilizados por ter como 
objetivo fornecer dados relativos à capacidade de um sólidos em 
suportar solicitações aplicadas a uma estrutura. 
 
Corpo de Prova 
 O corpo de prova é constituído de cabeças e parte útil, unidas por uma 
concordância sendo que os mais utilizados normalmente são os de 
secção circular ou retangular. 
 As cabeças são as partes extremas, utilizadas para ficar o corpo de 
prova à máquina. Já a parte útil é a secção reduzida do corpo de prova 
onde acontece a ruptura, sendo essa, a região onde serão feitas as 
diversas determinações. 
 Quando não é possível retirar o corpo de prova do material a ser 
ensaiado, realiza-se o ensaio em toda a secção do material como 
acontece com tubos de pequeno diâmetro. Neste caso, a fixação do tubo 
à máquina é feita por meio de garras colocadas de cada lado do tudo e 
de um mandril na parte interna. 
 
Curva tensão-deformação 
 No ensaio de tração, o registro da curva tensão-deformação é feito 
através de medições simultâneas da força F aplicada e da variação do 
comprimento sofrido pelo corpo de prova durante a realização do ensaio. 
 A tensão cr é expressa em megapascal (MPa), newton por milímetro 
quadrado (N/mm²) ou em quilograma por milímetro quadrado (Kg/mm²) e 
é calculada dividindo a força F ou a carga aplicada, pela área da secção 
inicial da parte útil do corpo de prova, S0. 
 
 Já a deformação ou alongamento é a variação de comprimento entre 
dois pontos do corpo de prova. Normalmente expressa em porcentagem, 
a deformação é determinada dividindo a variação de comprimento inicial 
e final medido entre dois pontos AB, pelo próprio comprimento inicial Lo. 
 
 Dividindo o valor F por S0, e o valor do alongamento At por L0, que é o 
comprimento inicial da parte útil, tem-se o gráfico tensão-deformação 
que apresenta duas regiões: uma é a região elástica e a outra é a região 
plástica. 
 
 A região elástica representa o comportamento elástico do material, 
nela, a deformação é diretamente proporcional à carga aplicada 
obedecendo a Lei de Hooke. 
 
 
 O módulo de elasticidade representa a rigidez do material, assim, 
quanto maior for o módulo de elasticidade, menor será a deformação 
elástica provocada por uma dada tensão e mais rígido será o material. 
Se a carga for aliviada nesta região, em qualquer ponto da reta, o 
material volta ao ponto de origem (ponto 0), seguindo a reta sem 
qualquer deformação residual ou permanente. 
 Terminada a zona elástica, no ponto A do gráfico, inicia-se a zona de 
deformação plástica, na qual o material exibe deformação permanente 
após o descarregamento total. 
 
 
 A curva de AB representa o escoamento do material, onde ocorre uma 
grande deformação com pouco ou nenhum acréscimo de carga. Existem 
materiais que não apresentam o limite de escoamento nítido. A curva BC 
é a região de encruamento uniforme. Após sofrer grande deformação 
durante o escoamento, o material adquire maior resistência à tração pois 
está no estado encruado ou endurecido, prolongando-se até o ponto C. 
Neste ponto, inicia-se uma deformação localizada em um algum ponto 
da parte útil do corpo de prova. Essa deformação chama-se estricção, 
isto é, a diminuição da secção transversal do corpo de prova na região 
onde se localiza a ruptura, que ocorre no ponto D. 
 
 
 
Propriedades Mecânicas 
 As propriedades mecânicas do ensaio de tração são: limite de 
escoamento, limite de resistência à tração, limite de ruptura, 
alongamento percentual e coeficiente de estricção. 
  
Limite de Escoamento 
 Limite de escoamento é a tensão na qual ocorre o fenômeno de 
escoamento no material; a tensão é obtida pela expressão: 
 
 O limite de escoamento do material é utilizado pelos projetistas após a 
consideração de um coeficiente de segurança, como garantia de que o 
metal especificado trabalhará no regime elástico, pois a deformação 
plástica deverá ser evitada. 
 Durante o ensaio de tração, o limite de escoamento ðe (ponto 1) 
corresponde à carga que se mantém constante ou diminui, enquanto 
inicia a deformação plástica no corpo de prova. O limite de escoamento 
se caracteriza por uma oscilação ou uma parada do ponteiro da máquina 
durante toda a duração do fenômeno. 
 
 Existem materiais que não apresentam nitidamente o limite de 
escoamento; neste caso para substitui-lo é adotado, por convenção 
internacional, o limite n ou limite convencional n de escoamento, definido 
pela expressão: 
 
 Isto significa que o limite n (o-n) é a tensão aplicada que, após seu 
descarregamento, provoca n por cento de deformação permanente. 
Para os aços de baixo teor de carbono, especifica-se n como 0,2%, o 
que corresponde a uma deformação plástica de 0,002 por unidade 
de comprimento. Por exemplo, para determinar a tensão correspondente 
ao limite 0,2%, toma-se a deformação e igual a 0,2%, medida a partir do 
ponto 0 de origem, no eixo das abcissas do diagrama 
tensão/deformação; obtém-se, então, o ponto A, e desse ponto obtido 
traça-se uma linha paralela à porção reta da curva da zona elástica. A 
intersecção B da reta com a curva determina a tensão a 0,2%, que é o 
limite de escoamento convencional 0,2%. 
 
 Para ligas metálicas com uma região plástica muito pequena, como é o 
caso de aços de médio e alto teor de carbono e ligas não ferrosas muito 
duras, pode-se considerar n como 0,1 % ou mesmo 0,01 %, quando se 
trata de aços para molas. 
 No caso de cobre e diversas ligas de cobre, que têm grande 
plasticidade, a determinação do limite convencional é feita tomando para 
n como 0,5% ou seja 0,005 por unidade de comprimento.Limite de Resistência à Tração 
 
 O limite de resistência serve para especificar os materiais, da 
mesma forma que a análise química identifica os materiais. O limite de 
resistência à tração do material ensaiado é calculado pela carga máxima 
atingida no ensaio e corresponde à tensão máxima at (ponto 2). O 
cálculo é feito dividindo-se a força máxima pela área inicial da secção 
transversal do corpo de prova segundo a fórmula: 
  
 
Limite de Ruptura 
 Atingindo o ponto 2, correspondente à carga máxima durante o 
ensaio, começa a redução sensível da secção transversal do corpo de 
prova, e a carga diminui até que aconteça sua ruptura total. 
 Quanto mais dúctil é o material, maiores são a deformação e o 
alongamento antes da ruptura, o que provoca uma deformação 
localizada no corpo de prova, chamada estricção. 
 
 
 A ruptura do corpo de prova, ponto 3, determina o término 
do ensaio; a tensão correspondente não é determinada durante o 
ensaio por não ter nenhum significado prático. 
 O alongamento percentual corresponde ao acréscimo percentual do 
comprimento final do corpo de prova após o ensaio em relação ao seu 
comprimento inicial. 
 O cálculo do alongamento do corpo de prova fraturado pode ser 
realizado segundo etapas. 
 Na primeira etapa, determina-se o comprimento inicial de medida (L0) 
na parte útil do corpo de prova e divide-se esse comprimento em partes 
iguais por meio de pequenos riscos transversais, traçados sobre a tinta 
aplicada nessa área. Os riscos devem ser traçados levemente para 
evitar entalhes que possam contribuir para localizar a ruptura do corpo 
de prova durante o ensaio. 
 
 
 A segunda etapa corresponde à realização do ensaio, em que o corpo 
de prova será rompido. 
 Na terceira etapa, juntam-se, da melhor forma possível, as duas partes 
rompidas do corpo de prova e mede-se o comprimento L final. Quando o 
comprimento inicial for de 50mm ou menor, a determinação do 
comprimento final deve ser feita com precisão de 0,25mm; caso o 
comprimento inicial seja maior que 50mm, a precisão a ser utilizada é de 
0,5% do comprimento adotado. 
 
Cálculo do Comprimento L 
 A determinação do comprimento final é feita da seguinte maneira: 
supondo que o comprimento L0 seja de 50mm e que contenha 10 
divisões, e se a ruptura ocorrer no meio ou próximo ao meio da parte útil 
do corpo de prova, juntam-se as partes e contam-se 5 divisões de cada 
lado (10 divisões por 2) e mede-se o comprimento L final. 
 
 
 Considerando o mesmo corpo de prova, se a ruptura ocorrer próximo 
ao fim da parte útil do corpo de prova, de modo a não haver 5 divisões 
em um dos lados, conta-se o número máximo de divisões possível do 
lado menor da parte útil rompida, por exemplo 3 divisões; do outro lado 
contam-se as 3 divisões correspondentes mais 2 divisões que ficaram 
faltando no primeiro lado. O comprimento será dado pela medida 
das 8 divisões (três de um lado e cinco do outro) e mais duas que 
correspondem à parte faltante do lado menor. 
 
 Na quarta e última etapa calcula-se o valor do alongamento percentual 
por meio da fórmula: 
 
 
 
 
Equipamento 
 
 O equipamento utilizado para a realização do ensaio de tração é 
constituído basicamente de um dispositivo de fixação do corpo de prova 
acoplado a uma máquina, dotada de sistema eletromecânico ou 
hidráulico de aplicação de forças crescentes de tração; essa tração é 
aplicada de maneira contínua até a ruptura do corpo de prova. 
O equipamento apresenta, também, um sistema de indicação e registro 
das forças aplicadas durante o ensaio. 
 
Avaliação dos Resultados 
 A avaliação dos resultados é feita pela comparação entre os valores 
das propriedades mecânicas do material, obtidos no ensaio de tração, 
com os valores mínimos especificados por normas, quando os valores 
obtidos no ensaio são iguais ou maiores que os especificados, o material 
ensaiado é considerado aprovado. 
 
 
 
3. Materiais e Procedimentos 
- Máquina VERSAT 10000; 
- Computador; 
- Tubo de aço; 
- Régua de aço (30cm); 
- Paquímetro; 
 
Primeiro passo foi a medição da parte ultil do material (51mm) e, fizemos 
dez divisões iguais de mesma medida. Feito isso, colocou-se o tubo na 
máquina VERSAT 10000 para o ensaio de tração. Fixa por suas 
extremidades, aplicou-se na peça uma força até que atingisse a força 
máxima de 5010 kgf resultando na fratura da peça. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resultados obtidos 
 
Tabela de Dados do Ensaio 
Dados do Corpo de Prova 
Material 
Aço 4043 ( 0,38% à 0,43% de 
Carbono) 
Comprimento ≈ 51 mm 
Diâmetro ≈ 8,05 mm 
Área da secção transversal [A] ≈ 50,869 mm² 
Dados do Ensaio Tração 
Carga de Tração Aplicada [F] 5010 Kgf ≈ 49131.31 N 
Diâmetro (Ruptura) ≈ 5,71 mm 
Área da secção transversal final 
[Ao] 
≈ 25,594 mm² 
 
 
Tensão 
A tensão é dada pela razão entre a força aplicada, e a área da secção 
transversal do corpo de prova. 
 
� = �� =
49131.31 �
50,869 ��² = 965,83 ��� 
 
 
 
Deformação 
A deformação do corpo de prova, é adimensional, e é calculada pela 
razão da variação do comprimento do corpo de prova, pelo comprimento 
inicial. 
 
� = ∆��� =
�� − ��
�� =
55,04 − 51
51 = 0,0792 �� 
 
Módulo de Elasticidade 
O módulo de Elasticidade é a relação entre a tensão e deformação em 
qualquer parte linear. 
� = �� = 
965,83 ���
0,0792 �� = 12194,82 ��� 
 
 
 
Limite de Escoamento 
O Limite de escoamento é obtido a partir da análise gráfica, sendo ele o 
ponto de intersecção de uma linha auxiliar paralela, à porção elástica 
linear, e o limite de elasticidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ductilidade 
É a medida do grau de deformação plástica até a fratura do corpo, 
podendo ser linear ou baseada na redução de área. 
 
• Linear 
 
%�! = "�# − ���� $ ∗ 100 = 0,83 ∗ 100 = 83% 
• Área 
 
%&� = "�� − �#�� $ ∗ 100 = "
 50,869 − 25,594
50,869 $ ∗ 100 = 49,68 % 
 
 
4. Conclusões 
 
Apesar da grande diferença apresentada entre os valores experimentais das 
propriedades mecânicas e os valores teóricos. O ensaio de tração foi de 
grande importância para termos um conhecimento prático deste assunto. Além 
de aprendermos a obter as propriedades mecânicas dos materiais, por 
exemplo o tubo SAE 4340, assim como todos os metais, dúctil, mas o material 
4043 especificamente tem 83% de ductilidade, Por fim essa diferença nos 
resultados nos faz perceber a importância da utilização da norma e fazer uma 
maior verificação dos detalhes práticos.