Cap 1 - Introdução

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Universidade Federal de Ouro Preto
Escola de Minas
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Ensaios Mecânicos de 
Materiais
Prof. Dr. Geraldo Lúcio de Faria
Sala: 
e-mail: geraldolfaria@yahoo.com.br
Laboratório de Tratamentos Térmicos e Microscopia Óptica
Capítulo 1 - INTRODUÇÃO
1
1.1 – Introdução
Fabricação
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Propriedades
Desempenho
METALURGIA FÍSICA
Estrutura
Introdução
Materiais
Composição Química
Ligação Interatômica
Propriedades 
Ópticas
Propriedades 
Térmicas
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Estrutura Cristalina
Processamento 
Termomecânico
Estrutura
Propriedades 
Mecânicas
Propriedades 
Elétricas e 
Magnéticas
ÓpticasTérmicas
Introdução
Mas qual o motivo de se correlacionar estrutura dos materiais às suas 
propriedades?
Desenvolvimento 
Conceitual da Idéia
Avaliação daAvaliação da
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Concepção de 
uma Idéia para 
Inovação
Análise e Seleção de 
Materiais
Execução
Financeira
Avaliação da
Viabilidade 
Técnica e 
Financeira
Introdução
PROPRIEDADES TÉRMICAS
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Introdução
PROPRIEDADES ELÉTRICAS, 
MAGNÉTICAS E ÓPTICAS
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MAGNÉTICAS E ÓPTICAS
Introdução
PROPRIEDADES QUÍMICAS
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Introdução
PROPRIEDADES MECÂNICAS
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Introdução
Mas como caracterizar os materiais?
Caracterização dos 
Materiais
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Caracterização 
Estrutural
Caracterização 
Comportamental
Propriedades:
Térmicas, Elétricas, 
Magnéticas, Ópticas, 
Químicas e Mecânicas.
Mas como determinar as propriedades mecânicas dos materiais?
Introdução
Definição – Ensaios Mecânicos dos Materiais
Os ensaios mecânicos são um conjunto de procedimentos padronizados que permitem
determinar as propriedades mecânicas dos materiais. Estas propriedades se referem ao
comportamento dos materiais sob ação de esforços mecânicos e geralmente estão
relacionadas à resistência dos mesmos à deformação e à fratura.
OBJETIVOS
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Padronização dos Ensaios Mecânicos dos Materiais
ABNT, ASTM, BS, DIN, JIS entre outras.
OBJETIVOS
Informações Rotineiras Novas Informações
Ensaios de controle de fornecedor e de 
controle de qualidade de produtos.
Desenvolvimento de novos materiais, 
de novos processos de fabricação e 
novos tratamentos térmicos.
Introdução
CORROSÃO
SOB
TENSÃO
FLUÊNCIA DOBRAMENTO
COMPRESSÃO
TRAÇÃO
ENSAIOS 
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FADIGA
TENACIDADE
À
FRATURA
IMPACTO
DUREZA
TORÇÃO
ENSAIOS 
MECÂNICOS
Introdução
Os Ensaios dos Materiais Podem Ser Classificados Em:
Classificação dos Ensaios 
dos Materiais
Integridade 
Geométrica e 
Dimensional
Destrutivos: Tração, dureza, 
Velocidade de 
Aplicação da Carga
Estáticos: tração, 
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Destrutivos: Tração, dureza, 
fadiga, fluência, torção, 
flexão, tenacidade à fratura.
Não Destrutivos: Raios-X, 
ultrassom, líquidos 
penetrantes.
Estáticos: tração, 
compressão, flexão, 
dureza e torção.
Dinâmicos: Fadiga e 
impacto.
Estático: Fluência
1.2 – Comportamento dos Materiais Submetidos a Esforços Mecânicos
Tipos de 
falhas 
dos 
Deformação
plástica
ImpactoDesgaste
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dos 
materiais
Fadiga
Fluência
Corrosão
Comportamento dos Materiais
Deformação
Independente do tempo
• Elástica
• Plástica
Dependente do tempo
• Fluência
Carregamento estático/impacto
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Fratura
Carregamento estático/impacto
• Frágil • Dúctil
• Ambiental • Fluência
Carregamento cíclico: fadiga
• Alto ciclo • Baixo ciclo
• Crescimento de trinca
•Corrosão-fadiga
Comportamento dos Materiais
Como os materiais em equilíbrio newtoniano se comportam quando 
submetidos a uma determinada força?
Átomos
Ligações
r0
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Podemos escrever que:
De onde,
Logo,
Estrutura atômica de um material 
metálico
Comportamento dos Materiais
Comparemos uma mola e um arranjo de átomos sendo solicitada por uma 
força trativa:
Podemos escrever que:
F
F F
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Em módulo, temos que:
Comparemos a uma função linear:
F
X
PODEMOS DEFINIR: REGIME ELÁSTICO 
DE DEFORMAÇÃO DOS MATERIAIS!!!
Comportamento dos Materiais
1. Inicial 2. Pequena carga 3. Descarregamento
estiramento
de ligações
retorno à
posição inicial
Deformação no Regime Elástico:
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Elástico significa reversível!
F
δ
posição inicial
F
δ
Elástico-linear 
Elástico-
não-linear
1. Inicial 2. Pequena carga 3. Descarregamento
planos
permanecem
cisalhados
δ
estiramento
de ligações
e cisalhamento
de planos
δplástico
Comportamento dos Materiais
Deformação no Regime Plástico:
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F
δelástico + plástico
δplástico
F
δ
elástico 
linear
elástico 
linear
δplástico
Plástico significa permanente!
1.3 – Estados de Tensão
Definição – Tensão de Engenharia
Se uma força F (em módulo), trativa ou compressiva, atua sobre uma superfície 
inicial A0, define-se por tensão de engenharia a razão entre F e A0.
• Tensão de Tração (σ)σ)σ)σ):
Area, A
Ft
• Tensão de Compressão (σ)σ)σ)σ):
Area, A
Fc
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área original
antes do carregamento
Area, A
Ft
σ= Ft
Ao
área original
antes do carregamento
Area, A
Fc
σ= Fc
Ao
Estados de Tensão
• Tensão de Cisalhamento (τ)τ)τ)τ):
Area, A
Ft
Fs
F
Supondo que uma força F (em módulo)
esteja sendo aplicada sem que seu vetor
normal seja perpendicular à superfície A0,
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FtF
Fs
τ = Fs
Ao
normal seja perpendicular à superfície A0,
pode-se definir uma tensão cisalhante, tal
que:
Estados de Tensão
Estados de 
Tensão
Uniaxial
(Linear)
Biaxial
(Plano)
Triaxial
Pode-se classificar os estados de tensão em:
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σσσσz
σσσσz
σσσσx
σσσσy
σσσσz
σσσσz
σσσσx
σσσσy
Estados de Tensão
Estado Uniaxial de Tensão:
σσσσz
Exemplo de uma viga metálica em 
σσσσxσσσσx
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Exemplo de uma viga rochosa em 
estado Uniaxial de Tensão
Exemplo de uma viga metálica em 
estado Uniaxial de Tensão
Exemplo de vigas metálicas em estado Uniaxial de 
Tensão
σσσσz
Estados de Tensão
Estado Biaxial de Tensão :
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σσσσy
σσσσx
Tanque de um compressor com chapa de 
aço em estado biaxial de tensões.
Cubo de aço em estado biaxial de 
tensões.
Estados de Tensão
Estado Triaxial de Tensão:
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Chapas de aço em estado triaxial de 
tensão.
Submarino em estado triaxial de 
tensão.
1.4 – Relação Estrutura Propriedades
Pode-se afirmar que:
Estrutura Interna do 
Material
Comportamento 
Mecânico
Comportamento 
Estrutural/Projeto
Composição Química
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Composição Química
Tratamentos Térmicos
Processamento Mecânico
Relação Estrutura Propriedades
Exemplos:
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Comparativo entre as durezas da 
perlita fina e grossa. Comparativo entre as ductilidades 
da perlita fina e grossa.
Relação Estrutura Propriedades
Exemplos:
Prof. Dr. Geraldo Lúcio de Faria 27Variação da dureza da martensita em função do teor de 
carbono.
Comparativo entre as durezas da martensita, 
martensida revenida e perlita fina.
Relação Estrutura Propriedades
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Diminuição da dureza do alumínio puro
encruado em função do tempo de recozimento
para várias temperaturas.
Relação Estrutura Propriedades
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Seção transversal à superfície de uma peça de aço 
AISI 4340 temperado, revenido e nitretado. Observa-
se a camada branca de nitreto de elevada dureza. 
Figura esquemática do perfil de microdureza de um 
aço nitretado.