PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS

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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS
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 romper e sem se deformar de forma incontrolável.
Principais propriedades mecânicas
Resistência à tração 
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
Tipos de tensões que uma estrutura está sujeita
Tração 
Compressão
Cisalhamento 
Torção
Como determinar as propriedades mecânicas?
A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios mecânicos.
Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra representativa do material) para o ensaio mecânico, já que por razões técnicas e econômicas não é praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal.
Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis.
Normas Técnicas
As normas técnicas mais comuns são elaboradas pelas:
ASTM (American Society for Testing and Materials)
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
Classificação Dos Ensaios Mecânicos
Resistência À Tração
É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de tração, paulatinamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento.
NBR-6152 para metais
Esquema De Máquina Para Ensaio De Tração
Partes básicas
Sistema de aplicação de carga
dispositivo para prender o corpo de prova
Sensores que permitam medir a tensão aplicada e a deformação promovida (extensômetro)
Resitência À Tração - Tensão (Σ) X Deformação (Ε) 
Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a deformação (variação dimensional).
A deformação pode ser expressa: 
O número de milimetrosa de deformação por milímetros de comprimento
O comprimento deformado como uma porcentagem do comprimento original
Deformação (Ԑ)= Lf-Lo/Lo = ΔL/L
Lo= comprimento inicial 
Lf= comprimento final
Comportamento Dos Metais Quando Submetidos À Tração
A Deformação Pode Ser
Elástica 
Plástica
Deformação Elástica 
Precede à deformação plástica
É reversível
Desaparece quando a tensão é removida
É praticamente proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke)
Deformação Plástica
É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade 
É irreversível porque é resultado do deslocamento permanente dos átomos e, portanto, não desaparece quando a tensão é removida
Módulo De Elasticidade Ou Módulo De Elasticidade Ou Módulo De Young
E= σ/ε=Kgf/m=Kgf/mm²
É o quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica resultante.
Está relacionado com a rigidez do material ou à resistencia à deformação elástica
Está relacionado diretamente com as forças das ligações interatômicas
Comportamento Não-Linear
Alguns metais como ferro fundido cinzento, concreto e muitos polímeros apresentam um comportamento não linear na parte elástica da curva tensão x deformação
Considerações Gerais Sobre Módulo De Elasticidade
Como consequência de o módulo de elasticidade estar diretamente relacionado com as forças interatômicas: Os materiais cerâmicos têm alto módulo de elasticidade, enquanto os materiais poliméricos têm baixo.
Com o aumento da temperatura o módulo de elasticidade diminui.
Módulo de Cisalhamento									
É conhecido também como módulo de elasticidade transversal.
Forças De Compressão, Cisalhamento E Torção
O comportamento elástico também é observado quando forças compressivas, tensões de cisalhamento ou de torção são impostas ao material
O Fenômeno De Escoamento
Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns metais de natureza dúctil, como aços baixo teor de carbono.
Caracteriza-se por um grande alongamento sem acréscimo de carga.
Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensão X deformação
Tensão de escoamento σy= tensão de escoamento (corresponde a tensão máxima relacionada com o fenômeno de escoamento)
Quando não se observa nitidamente o fenômeno de escoamento, a tensão de escoamento corresponde à tensão necessária para promover uma deformação permanente de 0,2% ou outro valor especificado (obtido pelo método gráfico indicado na fig. Ao lado)
Outras Informações Que Podem Ser Obtidas Das Curvas Tensão X Deformação
Resistência à Tração (Kgf/mm²)
Corresponde à tensão máxima aplicada ao material antes da ruptura
É calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo material pela área de seção reta inicial
Tensão de Ruptura (Kgf/mm²)
Corresponde à tensão que promove a ruptura do material
O limite de ruptura é geralmente inferior ao limite de resistência em virtude de que a área da seção reta para um material dúctil reduz-se antes da ruptura
Ductilidade 
Expressa Como Alongamento
Como a deformação final é localizada, o valor da elongação só tem significado se indicado o comprimento de medida
Ex: Alongamento: 30% em 50mm
Expressa como estricção
Corresponde à redução na área da seção reta do corpo, imediatamente antes da ruptura
Os materiais dúcteis sofrem grande redução na área da seção reta antes da ruptura
Estricção= área inicial - área final / área inicial
Resiliência 
Corresponde à capacidade do material de absorver energia quando este é deformado elasticamente
A propriedade associada é dada pelo módulo de resiliência (Ur): Ur = σesc²/2E
Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite de elasticidade e baixo módulo de elasticidade (como os materiais utilizados para molas
Tenacidade
Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura tenacidade
Modulo de Tenacidade para Materiais dúcteis:
Tensões E Deformações reais ou verdadeiras
A curva de tensão x deformação convencional, estudada anteriormente, não apresenta uma informação real das características tensão e deformação porque se baseia somente nas características dimensionais originais do corpo de prova ou amostra e que na verdade são continuamente alteradas durante o ensaio.
TENSÃO REAL (σr) 
σr= F/Ai
 Onde Ai é a área da seção transversal instantânea (m²)
DEFORMAÇÃO REAL (εr) 
d εr= dl/l 
εr= ln li/lo
TENSÃO CORRETA PARA A REGIÃO DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
K e n são constantes que dependem do material e 
dependem do tratamento dado ao material, ou seja, 
se foram tratados termicamente ou encruados 
A tensão correta de ruptura é devido a outros 
componentes de tensões presentes, além da 
tensão axial
K= coeficiente de resistência (quantifica o nível de resistência que o material pode suportar)
n= coeficiente de encruamento (representa a capacidade com que o material distribui a deformação)