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Propriedades Mecânicas

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Prévia do material em texto

 Materiais podem estar sujeitos a forças de tensão durante serviços.
 É necessário conhecer as características dos materiais para projeto, evitando
deformações e fraturas.
 Propriedades mecânicas são avaliadas através de ensaios experimentais que tentam
reproduzir condições de campo.
 Fatores a considerar: tipo e magnitude da carga, tempo de aplicação e condições
ambientais.
 Tipos de tensões: tração, compressão ou cisalhamento.
 Normas definidas (ex: ASTM – American Society for Testing and Materials)
A deformação sofrida a 
partir de uma tensão 
aplicada é medida em 
equipamentos 
apropriados
PROPRIEDADES MECÂNICAS
CORPO DE PROVA (CP)
ASTM Standards:
E8 - Test Methods of Tension 
Testing of Metallic Materials  Ensaios de tração são os mais comumente aplicados.
 Deformação de uma amostra, geralmente até fratura, 
por carga de tração uniaxial aplicada gradativamente.
 Ensaio destrutivo.
 Máquina projetada para alongar o corpo de prova (CP) 
em taxa constante.
Relação carga x deslocamento: 
Curva tensão x deformação
tensão nominal (ou de 
engenharia)
 = F / A0 
Extensão ou deformação 
nominal (deformação de 
engenharia):
 = (lf - l0) / l0
[σ] = N/m2 = Pa (Pascal)
A0 = área transversal original do CP, sem 
aplicação de tensãoCurva de engenharia
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
   (Lei de Hooke)
onde E = MÓDULO DE ELASTICIDADE ou módulo de Young 
(constante de proporcionalidade, GPa)
Maioria dos metais: 
45 GPa (Mg) < E < 407 GPa (W)
Materiais cerâmicos:
70 GPa < E < 500 GPa
Materiais poliméricos:
0,007 GPa < E < 4 GPa
Relação linear para maioria 
dos materiais 
(há exceções. Ex: ferro 
fundido e concreto)
Deformação elástica longitudinal provoca variações as dimensões transversais
Coeficiente de Poisson () = - x /  z
No caso de comportamento isótropo: () = - y /  z
Deformação elástica x microestrutura
 Pequenas alterações nos espaços interatômicos e nas extensões das 
ligações interatômicas.
 O módulo de elasticidade varia de grão cristalino a outro (anisotropia)
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
(deformação permanente)
Os materiais cristalinos se deformam plasticamente através do 
deslizamento de planos, que envolve a movimentação de 
discordâncias.
Como definir a transição
entre o escoamento 
elástico e o plástico? 
•LIMITE DE ESCOAMENTO (L.E.): tensão máxima na região 
elástica
•LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (L.R.) = tensão máxima na curva 
tensão-deformação de engenharia
L.E.
L.R.
•DUCTILIDADE (%): mede a deformação plástica que um 
material pode suportar sem fraturar.
• % alongamento = (lf -l0) / l0 x 100
• redução percentual de área = (A0 - Af) /A0 x 100
Curva de engenharia x curva real ou verdadeira
Como a temperatura afeta a curva 
tensão x deformação?
AÇO
O rompimento do material se dá por ruptura de todas as ligações ao
mesmo tempo, deslizamento de planos ou pode haver um
deslizamento facilitado pelas discordâncias.
Os deslizamentos podem ser dificultados por:
 Solubilização de outro elemento na rede (quanto maior a quantidade e diferença entre 
os átomos, maior o efeito). Soluções sólidas de metais são mais resistentes 
mecanicamente do que o elemento puro.
 Precipitação de segunda fase: microestruturas polifásicas são mais resistentes que o 
metal puro.
FRATURA
 Contorno de grão: interfere no movimento 
das discordâncias. As direções dos 
deslizamentos diferem de grão a outro 
(inúmeras descontinuidades). Aumento do 
número de grãos favorece aumento da 
resistência mecânica.
 Deformação plástica
 DUREZA
resistência à deformação plástica 
localizada; medida pela resistência à 
penetração de um material em outro
Escalas de medidas de dureza de 
metais: Brinnel
Vickers
Rockwell
Knoop
Escalas de medidas de dureza de 
cerâmicos:
Vickers
Knoop
Comparação entre
as diversas escalas 
de dureza
Escala de Dureza de Mohs
Termos práticos
TENACIDADE: Capacidade de um material em resistir a um impacto. 
Os testes de impacto avaliam a fragilidade de um material sob condições de ata taxa 
de deformação.
A diferença de energia potencial corresponde à energia absorvida durante a fratura.
Teste Izod: geralmente 
utilizado em materiais 
poliméricos.
Corpo-de-prova com entalhe 
permitem avaliar a resistência 
à propagação de trincas. Varia 
do Charpy em relação ao 
posicionamento do CP.
Ensaio Charpy: determinação da resistência dos 
materiais submetidos à carga de impacto, visando 
medir a quantidade de energia absorvida pelo 
material durante a fratura.
É a temperatura na qual o material muda o tipo de fratura: de dútil para frágil.
Tenacidade: Energia de 
impacto
Teste com alta taxa de 
deformação ou alto impacto 
Temperatura de transição dútil-frágil
Em geral, os metais com 
excelente tenacidade no 
ensaio de tração (área sob 
a curva tensão-
deformação, podem 
apresentar comportamento 
frágil quando tracionados 
sob elevadas taxas de 
deformação, ou seja, 
podem resistir pouo a 
impasctos.
Materiais cerâmicos têm 
baixa resistência a impacto, 
já que não possuem boa 
dutilidade.
TENACIDADE
capacidade de absorver
energia plástica antes de se romper
RESILIÊNCIA
capacidade do material de absorver
energia elástica
Teste com baixa taxa 
de deformação: área 
sob a curva tensão-
deformação
1. Uma tensão de tração deve ser aplicada ao longo do eixo do comprimento de um 
bastão cilíndrico de latão com diâmetro de 10mm. Determine a carga necessária para 
produzir alteração de 2,5 x 10-3 mm no diâmetro do bastão se a deformação é puramente 
elástica e o coeficiente de Poisson do latão é de 0,34.
EXERCÍCIOS
2. Um corpo-de-prova cilíndrico de aço, com diâmetro de 12,8mm, é tracionado até a 
fratura. É determinada sua tensão de ruptura, expressa em tensão de fratura, de 
460MPa. Se o diâmetro do corpo-de-prova no instante da fratura é de 10,7mm, 
determine:
a) a ductilidade, em termos de redução percentual de área.
b) tensão verdadeira no momento da fratura.

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