Ensaio de tracao liga AA2524 T3 grupo 4 (1)

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Universidade Federal de São Paulo 
Instituto de Ciência e Tecnologia 
 
 
 
 
 
 
ENSAIO DE TRAÇÃO EM MATERIAIS METÁLICOS 
 
Docente 
Prof. Dr. Dilermando Nagle 
 
 
Alunos 
André de Paula Barros 86654 
Carlos Zardin Graeff 86768 
Luís Guilherme Moraes 86889 
Marina Judice Silva 86903 
Paula Cardoso Lauar 86918 
 
São José dos Campos 
Outubro de 2015 
 
1. Introdução 
 
Na engenharia de materiais, o ensaio de tração é o método mais utilizado na 
obtenção de propriedades dos materiais em geral [1], principalmente em metais, 
polímeros e compósitos, justamente por apresentar relativa simplicidade, mais fácil 
reprodutibilidade e, ao final do ensaio, extrair um elevado número de informações úteis 
acerca das propriedades do material. Geralmente, os ensaios de tração são realizados na 
máquina de ensaios do tipo universal, com dispositivos aptos a fixação de corpos de 
prova padronizados, a imposição de carregamentos sob velocidade ou taxa controlada e 
constante, o registro destas cargas e da deformação imposta por estas cargas no corpo de 
prova. Os resultados obtidos referentes a carga e o alongamento são transformados em 
curvas de tensão x deformação de engenharia ou verdadeira, onde se podem extrair as 
propriedades desejadas. Este ensaio é amplamente utilizado nos setores de pesquisa e 
desenvolvimento de novos materiais, em métodos para verificar controle de qualidade, e 
também para a verificar a admissibilidade de projetos estruturais. 
2. Objetivo 
Este experimento tem como objetivo executar ensaios de tração em corpos de prova 
usinados a partir de uma chapa de liga de alumínio 2524-T3, seguindo as 
recomendações da norma ASTM-E8, e assim, avaliar a dispersão dos resultados 
estimando a tensão real na ruptura. 
3. Metodologia 
3.1 Materiais 
x Paquímetro; 
x Micrômetro; 
x Pincel de marcação permanente; 
x Corpos de prova previamente usinados (extraídos de chapas de alumínio); 
x Máquina de ensaios universal eletromecânica EMIC DL20000, equipada com 
uma célula de cargas com capacidade de 20 KN; 
x Extensômetro para medição do alongamento da amostra, com L0 = 50mm e ΔL 
máximo de 25mm. 
 
3.2 Métodos 
Primeiramente, foi identificado cada corpo de prova e então foram retiradas as suas 
medidas fazendo as devidas anotações de suas dimensões. Em seguida, executaram-se 
as marcações na sua seção útil a cada 5mm, no sentido longitudinal. Após todas as 
anotações terem sido tomadas, a carga lida na célula de carga foi zerada antes da fixação 
do corpo de prova. Então, o corpo de prova foi preso pela sua parte inferior, sendo 
centralizado em relação à área de garra e verificando o máximo alinhamento em relação 
à garra superior, tomando os devidos cuidados para a garra prender o corpo de prova 
pelas suas extremidades, garantindo a maior área de contato possível e não a deixando 
avançar sobre a seção útil do corpo de prova. Após estes procedimentos, a garra 
superior foi aproximada pelo movimento do travessão da máquina, até que esta 
estivesse na posição mais adequada para a fixação. Em seguida, o extensômetro foi 
fixado na seção útil do corpo de prova, centralizado em relação a este e alinhado com 
sua direção longitudinal. Por fim, foi retirado o pino-trava do extensômetro e zerada a 
leitura de deslocamento do mesmo antes de iniciar o ensaio. Após a fratura, foi medido 
o alongamento final dos corpos de prova, tomando como base as marcações feitas 
inicialmente. 
 
4. Resultados e discussão 
 
Na primeira etapa do ensaio mediu-se os corpos de provas e que são expressar pela 
tabela 1 e figura 1. 
Tabela 1. Medidas das dimensões da área útil dos corpos de prova, e seus respectivos 
comprimentos finais após os ensaios de tração. 
 
Corpo de 
Prova 
Largura (mm) Espessura 
(mm) 
Comprimento 
(i) (mm) 
Comprimento (f) 
(mm) 
CP1 13,10 2,10 50,00 59,75 
CP2 13,00 2,10 50,00 58,81 
CP3 12,68 2,07 50,00 61,00 
CP4 12,80 2,00 50,00 61,30 
Média 12,895 2,0675 50 60,215 
 
Figura 1. Visão panorâmica dos corpos de prova (protótipos) de liga de alumínio 2524-
T3: a) CP1; b) CP2; c) CP3; e d) CP4, cortados a 45° em relação ao sentido de 
laminação da chapa. 
4.1 Cálculos das propriedades baseadas nas curvas de engenharia 
 As medidas são fornecidas para o software da máquina de ensaios universal 
eletromecânica EMIC DL20000 e a partir dos dados primordiais de alongamento e força 
fornecidos pode-se plotar as curvas tensão x deformação de engenharia, obtendo-se os 
gráficos 1, 2 e 3, que representam os ensaios de tração dos três corpos de prova de 
alumínio de caráter aeronáutico. Entretanto, no corpo de prova número 1 ocorreu um 
erro na aquisição dos dados, assim, não foi possível obter tal curva. 
 
Gráfico 1. Gráfico da variação de tensão (MPa) em função da deformação para o corpo 
de prova número 2. 
 
Gráfico 2. Gráfico da variação de tensão (MPa) em função da deformação para o corpo 
de prova número 3. 
 
Gráfico 3. Gráfico da variação de tensão (MPa) em função da deformação para o corpo 
de prova número 4. 
 A partir do ensaio de tração e analisando os gráficos obtidos é possível 
determinar características mecânicas de um determinado material. 
4.1.1 Módulo de elasticidade 
O módulo de elasticidade pode ser obtido pela razão entre a tensão exercida e a 
deformação sofrida pela amostra estudada, dentro do regime elástico, em que a 
deformação é totalmente reversível e proporcional à tensão [2]. 
 
 
 
 
 Onde: 
E = módulo de elasticidade; 
 σ = tensão; 
 ɛ = deformação. 
Para o cálculo do módulo de elasticidade são utilizados intervalos de tensão e 
deformação dos gráficos 4, 5 e 6, coletados na região elástica, onde o comportamento 
do material é linear e neste caso utiliza-se o método da secante. 
 
Gráfico 4. Gráfico da variação de tensão (MPa) em função da deformação 
ampliada para o corpo de prova número 2. 
 
Gráfico 5. Gráfico da variação de tensão (MPa) em função da deformação 
ampliada para o corpo de prova número 3. 
 
Gráfico 5. Gráfico da variação de tensão (MPa) em função da deformação 
ampliada para o corpo de prova número 5. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Portanto, o módulo de elasticidade do material é 677,66 MPa. 
 
4.1.2 Limite de escoamento 
É a tensão necessária para iniciar a deformação plástica do material. No caso de 
um metal adota-se a tensão correspondente a deformação permanente igual a 0,2%. 
 
 
Gráfico 7. Gráfico 1 ampliado com a reta para a correspondência de limite de 
escoamento com valor de deformação de 0,002. 
 
Gráfico 8. Gráfico 2 ampliado com a reta para a correspondência de Limite de 
escoamento com valor de deformação de 0,002. 
 
Gráfico 9. Gráfico 3 ampliado com a reta para a correspondência de Limite de 
escoamento com valor de deformação de 0,002. 
A partir dos gráficos 7, 8 e 9, pode-se definir que os limites de escoamento são 
195 MPa, 211 MPa e 215 MPa, respectivamente, portanto o limite de escoamento do 
material é 207 MPa. 
4.1.3 Módulo de resiliência 
Habilidade do material de absorver energia quando deformado elasticamente e 
retornar à situação inicial quando a força é retirada [3]. 
 
 
 
 
Onde: 
E = módulo de elasticidade; 
 = tensão de escoamento. 
Calculando, usando os valores médios dos corpos de prova, tem-se: 
 
 
 ( )
 
 
 
 
Portanto, o módulo de resiliência é 32,61 MPa. 
4.1.4 Módulo de tenacidade 
 Habilidade do material absorver energia na região plástica. É a área total abaixoda curva tensão-deformação. Para materiais dúcteis, tem-se [3]: 
 
 Onde: 
 = tensão de ruptura; 
 = alongamento até a raptura 
 
 7,82MPa 
 
4.1.5 Limite de resistência 
Máxima tensão que um material pode suportar ao ser tracionado antes de falhar ou 
quebrar. 
 
 
 
 
 
Onde: 
Fmax= carga máxima aplicada no corpo de prova; 
So = área inicial da secção transversal. 
 Pode-se determinar o limite de resistência analisando o gráfico tensão x 
deformação, que representa o ponto máximo de tensão que a curva possui, Lcp2 = 360 
MPa, Lcp3 = 403 MPa e Lcp4 = 410 MPa. Limite de resistência do material é 391 MPa. 
 
4.1.6 Deformação elástica 
Deformação elástica é o resultado de um pequeno alongamento ou contração da 
célula cristalina na direção da tensão tração aplicada [4], onde o corpo pode votar ao seu 
estado normal após retirar-se a tensão, pode ser representada pela lei de Hooke ( 
 . 
 
 
 
 
Onde: 
 = tensão de escoamento. 
E = módulo elástico. 
Logo, com a média dos valores encontrados nos corpos de prova, temos: 
 
 
 
 
 
4.1.7 Deformação total 
Deformação total ocorrida no corpo de prova até sua ruptura no ensaio de tração, 
sendo a soma de uma parcela de deformação elástica recuperável, e uma parcela de 
deformação plástica. 
 
 
 
 
Onde: 
Lf = comprimento final do corpo de prova; 
L0 = comprimento inicial do corpo de prova. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Portanto, calculou-se que alongamento total até a fratura é 0,20%. 
 
4.2 Cálculos das propriedades baseadas nas curvas reais 
A partir dos dados primordiais de alongamento e força fornecidos, assim como as 
curvas de engenharia do item 4.1, foi possível plotar as curvas tensão x deformação 
reais, obtendo-se os gráficos 10, 11 e 12 a seguir a partir das funções: 
δreal = log(1+ε) 
Ϭreal = Ϭeng *(1+ε) 
 Gráfico 10. Gráfico da curva real da variação de tensão (MPa) em função da 
deformação para o corpo de prova número 2. 
 
 Gráfico 11. Gráfico da curva real da variação de tensão (MPa) em função 
da deformação para o corpo de prova número 3. 
 
 Gráfico 12. Gráfico da curva real da variação de tensão (MPa) em função da 
deformação para o corpo de prova número 4. 
 
4.2.1 Limite de resistência real 
A partir da análise dos gráficos de Tensão x Deformação real foi possível encontrar os 
valores de limite de resistência real que seguem abaixo: 
CP2= 431,94 MPa 
CP3= 496,66 MPa 
CP4= 511,60 MPa 
Temos então, uma média de 480 MPa, valor que melhor se aproxima dos valores reais 
encontrados em artigos (445,5 MPa) [5], do que quando comparamos com a média 
encontrada nas curvas de engenharia (391 MPa). 
4.2.2 Deformação real na fratura 
A partir da análise dos gráficos de Tensão x Deformação real foi possível encontrar os 
valores de deformação real na fratura que seguem abaixo: 
CP2= 14,44% 
CP3= 9,11% 
CP4= 10,79% 
4.2.3 Coeficiente de resistência (k) 
Os coeficientes de resistência k foram obtidos através da equação: 
Ϭreal = Kδn 
CP2= K= 544,625 
CP3= K= 761,669 
CP4= K= 1605,39 
4.2.4 Coeficiente de encruamento (n) 
O coeficiente de encruamento foi determinado pelo cálculo da tangente [6] no gráfico 
de Tensão x Deformação real entre os valores de deformação real de 0,1 a 1 mm/mm. 
Abaixo seguem os valores obtidos: 
CP2= 0,1349 
CP3= 0,1782 
CP4= 0,3987 
 
4.3 Cálculos das propriedades baseadas na área final da fratura 
Com auxilio do software fireworks, foi possível calcular, aproximadamente, a área final 
da fratura do corpo de prova , através de uma fotografia da mesma, como mostra a 
figura 2. 
 
Figura 2. Altura média e largura média, convertendo os pixels para milímetros. 
Então, obteve-se a área final: 
Af= 1,8mmx18,3mm → Af= 32,94 mm2 
 
4.3.1 Estricção 
Através dos dados da tabela 1, temos que a área inicial do CP3 é igual a 26,25 mm2. 
Logo, podemos calcular a estricção do alumínio, que nos fornecerá informações sobre a 
ductilidade do alumínio: 
 
 
 
 
 
 
 
O que mostra que a liga de alumínio em questão possui boa ductilidade. 
4.3.2 Tensão real na ruptura 
É a tensão real que o material apresenta no ensaio de tração após a ruptura. Usamos 
então a força final do ensaio e a área obtida após a fratura do corpo de prova 3 da liga de 
alumínio. 
 
 
 
 ( ) 
 
O resultado obtido não foi o esperado, pois deveria ser por volta de 450 MPa, assim 
como no item 4.1.5 e 4.2.1 deste relatório. Isto pode ter ocorrido por não termos a escala 
precisa da profundidade da foto, logo a medida da área foi feita por aproximação, o que 
pode resultar em um erro grande. 
5. Conclusão 
A liga AA2524-T3 de alumínio aeronáutico apresenta uma alta tenacidade e elevada 
resistência à propagação de trincas por fadiga [5]. Porém, analisando os dados obtidos 
através do ensaio de tração em corpos de prova metálicos de um as informações obtidas 
por esse modelo de ensaio apresentam resultados discrepantes em relação a valores 
teóricos, como por exemplo, o módulo de elasticidade da liga que em valores de 
engenharia encontra-se numa faixa superior aos 60GPa enquanto os dados obtidos 
apresentam uma média na casa dos MPa, em relação ao limite de resistência real foram 
encontrados valores tanto abaixo quanto acima do padrão teórico, sendo encontrado 
valores com desvio de mais de 10%, assim como a deformação real na fratura que em 
valores teóricos apresenta-se próximo aos 20%, mas no ensaio apresentou dados entre 
9% e 14%. Essa discrepância nos resultados pode ser explicada por alguma falha na 
preparação do ensaio, como a posição do extensômetro, ou até mesmo por defeitos nos 
corpos de prova, como trincas. Com isso conclui-se que o ensaio foi importante em 
termos de conhecimento prático sobre a técnica, e também para compreendermos 
melhor o comportamento de um metal dúctil frente a um ensaio de tração, e analisar 
seus pontos principais, como o módulo elástico, limite de escoamento, limite de 
resistência à tração, tensão real na fratura, entre outros que foram calculados e 
discutidos na seção 4 analisando a região elástica e plástica. Apesar dos valores não 
estarem dentro do esperado pela teoria, com isso mostrou a importância de se utilizar a 
norma de maneira correta a fim de se obter dados mais condizentes com valores 
teóricos. 
 
6. Referências 
 [1] Propriedade Mecânica de Materiais. Acessado em 15 de outubro, disponível em: 
http://www.foz.unioeste.br/~lamat/downmateriais/materiaiscap10.pdf 
[2] BEER, F. P. & JOHNSTON, E. R., (1995), Resistência dos Materiais, MAKRON 
Books, 3ª Ed, pp. 64–84. 
 [3] Comportamento Mecânico dos Materiais. Acessado em 16 de outubro, disponível 
em: http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM727/fadiga-ufsc-rosa/fad-03.pdf 
[4] Ensaio de Tração. Acessado em 16 de outubro, disponível em: 
https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&
uact=8&ved=0CBwQFjAAahUKEwiep_rmhdLIAhXGlZAKHQvwAEE&url=http%3A
%2F%2Fdisciplinas.stoa.usp.br%2Fmod%2Fresource%2Fview.php%3Fid%3D46494&
usg=AFQjCNE3lzyrJbiVaxfAZoccJtbf_Demyw&sig2=mXkzVtDsf940nqUWwk2Z1Q
&bvm=bv.105454873,d.Y2I 
[5] Moreto, J. A. Estudo da corrosão e corrosão-fadiga em ligas Al e Al-Li de Alta 
Resistência para Aplicações Aeronáuticas, pp. 149. 
[6] CIPRIANO, G. L.; Determinação do coeficiente de encruamento de metais através 
da morfologia das impressõesde dureza na escala macroscópica, volume 1, Curitiba, 
novembro, 2008