Aula 8 Propriedades Mecânicas

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Aulas 8 – Propriedades 
Mecânicas dos Materiais
Profa. Me. Camila Lopes Maler
UE 10 - PROPRIEDADES MECÂNICAS
Objetivo: Determinar quais as propriedades mecânicas de
diversos tipos materiais.
Conteúdo:
• Conceitos de tensão e deformação.
• Deformações elástica e plástica .
• Dureza dos materiais.
• Ductilidade, tenacidade, fragilidade e resiliência.
• Ensaios de tração, compressão e flexão.
• Correlação das propriedades mecânicas de metais, polímeros, 
cerâmicas e compósitos.
Introdução à Ciência dos Materiais 
Profa. Camila Maler
O que são Propriedades Mecânicas? Por que 
estuda-las?
Introdução à Ciência dos Materiais 
Profa. Camila Maler
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 fraturar.
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.
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Profa. Camila Maler
Tração Compressão Cisalhamento Torção
Muitos materiais, quando em serviço, estão sujeitos a tensões (forças ou
cargas). Torna-se necessário conhecer as características do material e
projetar o membro a partir do qual ele é feito, de maneira que qualquer
deformação resultante não seja excessiva e não ocorra fratura.
As tensões as quais os materiais estão sujeitos são:
Tipos de tensões as quais uma estrutura está 
sujeita
Como são determinadas as Propriedades 
Mecânicas dos materiais?
As normas técnicas mais comuns são elaboradas pelas:
ASTM (American Society for Testing and Materials)
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
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Ensaio de 
flexão
Ensaio de 
compressão
Ensaio de tração
Como são determinadas as propriedades 
mecânicas dos materiais?
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Diagramas tensão (σ) x deformação (ε)
 Deformação elástica: deformação
reversível, praticamente proporcional
à tensão aplicada (lei de Hooke –
região linear no gráfico).
 Átomos se movem, mas não ocupam
novas posições na rede cristalina.
 Deformação plástica: deformação
permanente, provocada por tensões
que superam o limite de
escoamento do material.
 Átomos se movem para novas
posições em relação ao estado
inicial a partir da quebra e formação
de novas ligações.
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Detalhe do fenômeno
de estricção no corpo
de prova, iniciado no
ponto Fmax, denominado
Limite de Resistência à
Tração
Limite de escoamento –
final do regime elástico
de deformação
Diagramas de Tensão x Deformação
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Gráfico tensão x deformação para deformação plástica em 
aços.
Deformação Elástica x Plástica
Quais são as principais 
propriedades mecânicas?
• Ductilidade
• Maleabilidade
• Fragilidade
• Dureza
• Módulo de Elasticidade
• Resiliência
• Tenacidade à fratura
Módulo de Elasticidade
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Módulo de 
Elasticidade
Módulo de Elasticidade: É a razão entre a tensão e a deformação sofrida pelo
material na direção da carga aplicada. Está relacionado à rigidez do material e à
resistência à deformação elástica.
Módulo de Elasticidade
Quanto maior o módulo de elasticidade mais RÍGIDO é o material ou
menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão
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Como consequência do módulo de elasticidade estar diretamente
relacionado com as forças interatômicas:
 Os materiais cerâmicos tem alto módulo de elasticidade, enquanto
os materiais poliméricos tem módulo menor.
 Com o aumento da temperatura o módulo de elasticidade diminui.
 As características tensão-deformação a baixos níveis de tensão são
virtualmente as mesmas, tanto para uma situação de tração como para
uma situação de compressão, incluindo a magnitude do módulo de
elasticidade.
Módulo de Elasticidade
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Ductilidade/Maleabilidade
 A ductilidade dá uma indicação para um projetista do grau segundo o qual uma
estrutura irá se deformar plasticamente antes de fraturar. Em segundo lugar, ela
especifica o grau de deformação permissível durante operações de fabricação.
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• Ductilidade: representa a capacidade do material de ser deformado plasticamente
quando submetido à um esforço de tração
• Maleabilidade: é a capacidade do material em deformar plasticamente, sem
ruptura, quando submetido a esforço de compressão.
a) Fratura dúctil
b) Fratura 
moderadamente 
dúctil
c) Fratura frágil
Ductilidade
Diagramas de Tensão x Deformação
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Ductilidade
%RA
%AL
Alongamento percentual (%AL) é a porcentagem de deformação plástica na
fratura. No momento da fratura a deformação está confinada a região de
“empescoçamento”.
Outra forma de representar a ductilidade é a partir da Redução Percentual 
da Área (%RA). É medido o diâmetro do cilindro no ponto da fratura (df) e, 
então, calculada a área da secção transversal no ponto da fratura (Af)
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Dureza
A dureza é uma medida da resistência de um material a uma
deformação plástica localizada (por exemplo, uma pequena impressão
ou um risco).
Os ensaios de dureza são realizados com mais freqüência do que
qualquer outro ensaio mecânico pois:
1. Eles são simples e baratos — normalmente, nenhum corpo de prova
especial precisa ser preparado, e os equipamentos de ensaio são
relativamente baratos.
2. O ensaio é não-destrutivo — o corpo de prova não é fraturado,
tampouco é excessivamente deformado; uma pequena impressão é a
única deformação.
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Dureza
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• Dureza: representa a capacidade de um material de resistir à impressões ou riscos
em sua superfície.
Existem diferentes escalas de 
dureza, tais como:
 Escala de Rockwell
 Escala de Brinell
 Microescala de Vickers
Elementos penetradores podem ser, 
por exemplo, de aço ou de diamante 
(para materiais mais duros)
Impressão deixada no corpo de prova
O Ensaio de Dureza pode ser dividido em: 
 por risco (Mohs);
 penetração (Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop);
 O primeiro método padronizado de ensaio de dureza foi baseado no 
processo de riscagem de minerais padrões, desenvolvido por Mohs, 
em 1822 – Dureza de Mohs.
Dureza
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Dureza
1: talco 6: feldspato
2: gipsita 7: quartzo
3: calcita 8: topázio
4: fluorita 9: safira
5: apatita 10: diamante
D
U
R
E
Z
A
D
U
R
E
Z
A
Desvantagem da técnica: A maioria dos metais apresenta
durezas Mohs 4 e 8, e pequenas diferenças de dureza não
são acusadas por este método.
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ENSAIO PRÉ-CARGA CARGA
Rockwell 
Comum
10 Kgf
60 Kgf
100 Kgf
150 Kgf
Rockwell 
Superficial
3 Kgf
15 Kgf
30 Kgf
45 Kgf Os ensaios Rockwell constituem o método mais comumente utilizado para medir a
dureza.
 Com este sistema, um número índice de dureza é determinado pela diferença na
profundidade de penetração que resulta da aplicação de uma carga inicial menor seguida
por uma carga principal maior; a utilização de uma carga menor aumenta a precisão do
ensaio.
Aço Diamante (para 
materiais mais duros)
Dureza – Ensaios de Dureza Rockwell
 A pré-carga tem a função de eliminar a ação 
de eventuais defeitos superficiais, aumentando 
a precisão do ensaio.
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Dureza – Ensaios de Dureza Rockwell
Representação da dureza Rockwell
O número de dureza Rockwell deve ser seguido pelo símbolo
HR, com um sufixo que indique a escala utilizada.
Interpretação do resultado 85 HRC:
· 85 é o valor de dureza obtido no ensaio;
· HR indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell;
· a última letra, no exemplo C, indica qual a escala empregada.
Escalas de Dureza Rockwell
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O ensaio de Dureza Brinell, consiste em comprimir
lentamente uma esfera de aço temperado, de
diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida e
limpa de um metal, por meio de uma carga F,
durante um tempo t, produzindo uma calota
esférica de diâmetro d.
Dureza – Ensaios de Dureza Brinell
O ensaio padronizado, proposto por Brinell, 
é realizado com carga que varia de 500 a
3.000 kgf e esfera de 10 mm de diâmetro, de 
aço temperado.
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Dureza – Ensaios de Dureza Brinell
O Índice de Dureza Brinell, HB, relaciona a carga aplicada no corpo de
prova com do diâmetro da impressão (‘’risco’’) resultante.
Esse diâmetro é medido com um microscópio especial e é convertido ao
número HB apropriado com o auxílio de um gráfico; com essa técnica,
emprega-se apenas uma escala.
Vista Lateral 
da impressão
Vista Superior 
da impressão
Fórmula para o 
cálculo da dureza
O índice de dureza Brinell deve ser seguido pelo símbolo HB, sem 
qualquer sufixo, sempre que se tratar do ensaio padronizado, com 
aplicação da carga durante 10 a 30 segundos
75HB
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Dureza – Ensaios de Dureza Brinell
Exercício 3: Uma amostra foi submetida a um ensaio de
dureza Brinell no qual se usou uma esfera de 2,5 mm de
diâmetro e aplicou-se uma carga de 187,5 kgf. As
medidas dos diâmetros de impressão foram de 1 mm.
Qual a dureza do material ensaiado?
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VANTAGENS DO MÉTODO ROCKWELL:
•Superfícies não necessitam de polimento;
•Não necessita de sistema óptico;
•Equipamento mais simples.
DESVANTAGENS:
•Necessidade de usar muitas escalas e
esferas diferentes para abranger toda a
gama de materiais possíveis.
Dureza – Ensaios de Dureza Rockwell
VANTAGENS DO ENSAIO BRINELL:
• é usado especialmente para avaliação
de dureza de metais não ferrosos, ferro
fundido, aço e peças não temperadas.
• É o único ensaio utilizado e aceito para
ensaios em metais que não tenham
estrutura interna uniforme (materiais
heterogêneos);
DESVANTAGENS:
•O uso deste ensaio é limitado pela
esfera empregada. Usando-se esferas
de aço temperado só é possível medir
dureza até 500 HB, pois durezas
maiores danificariam a esfera.
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Microdurezas
Outras técnicas de ensaio de dureza
são a de Knoop e a de Vickers
(pirâmide de diamante). Utiliza-se um
penetrador de diamante
muito pequeno. A microdureza utiliza
forças de ensaio bastante baixas,
geralmente, inferiores a 1kgf.
Interesse:
•Medição da dureza de
microconstituintes;
•Dureza em peças de dimensões
muito pequenas.
Dureza – Ensaios de Microdureza
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Dureza
Variação da dureza em função da temperatura para 
diferentes tipos de materiais.
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Resiliência e Tenacidade
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• Tenacidade: representa uma medida da habilidade de um material em
absorver energia até a sua fratura. Para que um material seja tenaz, ele deve
apresentar tanto resistência como ductilidade; em geral, materiais dúcteis são
mais tenazes do que materiais frágeis.
• Resiliência: capacidade de um material absorver energia quando ele é
deformado elasticamente e depois, com o descarregamento, ter essa energia
recuperada.
Esquema de ensaio de impacto
Resiliência e Tenacidade
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Resistência à flexão: é definida com a tensão máxima que um corpo de
prova suporta antes de romper quando sujeito a um esforço de flexão.
Utilizado para avaliar a resistência mecânica de materiais cerâmicos,
principalmente para revestimentos e telhas.
Resistência à compressão: É definida com a tensão máxima antes da
ruptura, que um corpo de prova pode resistir quando submetido a esforços
de compressão. Este ensaio é utilizado principalmente para avaliar a
resistências de tijolos, blocos e concreto.
Fluência: limite de resistência à deformação em temperaturas elevadas.
Fadiga: limite de resistência à fratura de materiais submetidos a
carregamentos cíclicos.
Outras Propriedades
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Profa. Camila Maler
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Aspecto da Ruptura por Fluência
Outras Propriedades - Exemplos
Máquina de Ensaio – Fluência
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Outras Propriedades - Exemplos
Aspecto da Ruptura por Fadiga 
em alumínio.
Interprete o Gráfico Tração X Deformação abaixo:
a) Qual material é mais dúctil?
b) Qual tem maior resistência ao alongamento?
Exercícios
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Profa. Camila Maler
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Profa. Camila Maler
1. Quais são as principais propriedades mecânicas dos materiais? Explique-as
suscintamente.
2. Qual é a diferença entre Deformação Elástica e Deformação Plástica? Faça
um esboço de um diagrama de Tensão x Deformação e indique a região do
gráfico onde ocorre cada deformação.
3. Qual diferença entre ductibilidade e maleabilidade?
4. Qual a propriedade que reflete melhor a resistência de material ao 
desgaste? Justifique sua resposta.
a) Ductibilidade
b) Tenacidade
c) Dureza
d) Limite de Resistência à Tração.
5. Escolha uma das propriedades mecânicas abaixo e justifique a sua 
intensidade (alta ou baixa) para cada material, usando como argumento o tipo 
de ligação química envolvido.
Metal Cerâmica Polímero 
Dureza alta alta baixa 
Ductibilidade alta baixa alta