RELATÓRIO UNESP ENSAIOS MECÂNICOS

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FACULDADES INTEGRADAS RUI BARBOSA 
 
ENGENHARIA MECÂNICA – 6º PERÍODO 
 
 
 
 
DHONATAN DE SOUZA TEIXEIRA ALVES 
EDUARDO MOREIRA BEZERRA 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO: 
VISITA À UNESP – LABORATÓRIO DE ENSAIOS MECÂNICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANDRADINA 
2017 
 
 
 
 
 
DHONATAN DE SOUZA TEIXEIRA ALVES 
EDUARDO MOREIRA BEZERRA 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO: 
VISITA À UNESP – LABORATÓRIO DE ENSAIOS MECÂNICOS 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado para a disciplina 
Transferência de Calor e Massa como 
requisito parcial de avaliação. 
Faculdades Integradas Rui Barbosa 
 
Orientador: Prof. Me. Carlos Eduardo 
Silva Britto. 
 
 
 
 
 
 
 
ANDRADINA 
2017 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Faça as coisas o mais simples que você puder, 
porém não se restrinja às mais simples.” 
Albert Einstein. 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 1. Desenho de uma máquina universal de ensaio de tração ......................... 05 
Figura 2. Esquema da máquina de ensaio de impacto e corpo de prova Charpy .... 05 
Figura 3. Configuração do ensaio mecânico de tração ............................................ 06 
Figura 4. Desenho do corpo de prova antes e depois do ensaio de tração ............. 06 
Figura 5. Gráfico de tensão por deformação ............................................................ 07 
Figura 6. Corpo de prova utilizado no ensaio de tração: vergalhão 3/16” ................ 08 
Figura 7. Fixação do corpo de prova ........................................................................ 08 
Figura 8. Acompanhamento do ensaio até sua ruptura ............................................ 09 
Figura 9. Ruptura do corpo de prova posterior ao ensaio de tração ........................ 09 
Figura 10. Fotografia da do monitor posterior ao ensaio .......................................... 10 
Figura 11. Máquina de ensaio de impacto convencional .......................................... 11 
Figura 12. Acompanhamento do ensaio até sua ruptura .......................................... 12 
Figura 13. Dimensões do corpo de prova Charpy .................................................... 13 
Figura 14. Posição do entalhe e medição da escala ................................................ 13 
Figura 15. Corpo de prova antes e depois do ensaio ............................................... 14 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 05 
2 ENSAIO DE TRAÇÃO ........................................................................................... 06 
 2.1 Curva tensão/ deformação ............................................................................... 07 
 2.2 Efetuando o ensaio de tração ........................................................................... 08 
 2.2.1 Verificação das medidas do corpo de prova ............................................ 08 
 2.2.2 Fixação do corpo de prova na máquina de tração................................... 08 
 2.2.3 Acompanhando o ensaio de tração ......................................................... 09 
 2.2.4 Fratura ..................................................................................................... 09 
 2.2.5 Verificação das medidas do corpo de prova posterior ao ensaio ............ 10 
 2.2.6 Cálculos do ensaio de tração .................................................................. 10 
3 ENSAIO DE IMPACTO .......................................................................................... 11 
 3.1 Corpo de prova com entalhe: o Charpy ............................................................ 12 
 3.2 Aplicando o ensaio de impacto ......................................................................... 13 
 3.3 Fratura no ensaio de impacto ........................................................................... 13 
 3.3.1 Resultados quantitativos ......................................................................... 14 
 3.3.2 Resultados qualitativos ............................................................................ 14 
4 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 15 
 
 
5 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Em 09/11/2017 foi realizado uma visita a Universidade Estatual Paulista 
(UNESP) de Ilha Solteira (SP), no departamento de engenharia mecânica, bloco M1, 
laboratório de ensaios mecânicos com horário de início às 20 horas até às 21:30 
horas. 
Um dos ensaios que foi demonstrado foi o de tração, utilizando a máquina 
universal de tração e equipamento computacional para verificação do 
comportamento do material. 
 
Figura 1. Desenho de uma máquina universal de ensaio de tração. 
 
Fonte: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/217019/mod_1/Ensaio%20de%20Tra%C3%A7%C3%A3o.pdf 
 
Outro ensaio realizado foi o de impacto que é um método para determinar a 
resistência e sensibilidade dos materiais quando submetido carga de impacto. O 
corpo de prova utilizado foi o Charpy com entalhe. 
 
Figura 2. Esquema da máquina de ensaio de impacto e corpo de prova Charpy. 
 
 
Fonte: http://www.cursosguru.com.br/wp-content/uploads/2016/08/teste-de-Charpy-pendulo-02.jpg 
 
Ambos os ensaios apresentados são ensaios destrutivos. 
6 
 
2 ENSAIO DE TRAÇÃO 
 
Figura 3. Configuração do ensaio mecânico de tração. 
 
Fonte: http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAeuYgAF-0.jpg 
 
O ensaio de tração consiste em submeter um corpo de prova de geometria 
definida a um esforço crescente na direção axial do corpo de prova, levando-o a se 
romper. Os esforços utilizados para realização do ensaio são medidos na própria 
máquina. 
O ensaio de tração é feito em corpos de prova de dimensões padronizadas 
por normas nacionais e internacionais. 
Para a escolha da dimensão padronizada do corpo de prova também deve ser 
levada em consideração a capacidade da máquina de tração, disponível para a 
realização do ensaio. 
 
Figura 4. Desenho do corpo de prova antes e depois do ensaio de tração. 
 
Fonte: http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAABOaIAI-7.jpg 
7 
 
2.1 Curva tensão/ deformação 
 
A tensão 𝜎, que é expressa em mega Pascal (MPa), Newton por milímetro 
quadrado (N mm2⁄ ) ou em quilograma-força por milímetro quadrado (kgf mm2⁄ ), é 
calculada dividindo a força F ou carga aplicada, pela área da secção inicial da parte 
útil do corpo de prova, 𝐴0. 
 
𝝈 =
𝑭
 𝑨𝟎
 
 
Deformação ou alongamento é a variação de comprimento entre dois pontos 
do corpo de prova. A deformação 𝜖, normalmente expressa em porcentagem, é 
determinada dividindo a variação de comprimento inicial e final medido entre dois 
pontos, pelo próprio comprimento inicial 𝐿0. 
 
𝝐 =
∆𝒍
𝒍𝟎
=
𝒍𝒇 − 𝒍𝟎
𝒍𝟎
 
 
Dividindo o valor 𝐹 por 𝐴0, e o valor do alongamento ∆𝑙 por 𝑙0, que é o 
comprimento inicial da parte útil, tem-se o gráfico tensão/deformação que apresenta 
duas regiões: uma é a região elástica e a outra é a plástica. 
 
Figura 5. Gráfico de tensão por deformação. 
 
Fonte: https://www.infoescola.com/fisica/ensaio-de-tracao/ 
 
O módulo de elasticidade ou módulo de Young é a medida da rigidez do 
material. Este valor constante é chamado módulo de elasticidade: 
 
𝑬 =
𝝈
𝝐
 
8 
 
2.2 Efetuando o ensaio de tração 
 
2.2.1Verificação das medidas do corpo de prova 
 
Antes de realizar o ensaio, foi necessário medir o corpo de prova. As medidas 
iniciais encontradas foram: 
 Comprimento total: 𝐿0 = 198,0 mm 
 Comprimento útil: 𝑙0 = 88,0 mm 
 Diâmetro inicial: 𝑑0 = 4,2 mm 
 
Calculando a área inicial da seção, temos: 
 
𝐴0 =
𝜋 ⋅ 𝑑0
2
4
=
𝜋 ⋅ 4,22
4
⟹ 𝑨𝟎 = 𝟏𝟑, 𝟖𝟓𝟒 mm
2 
𝑨𝟎 = 𝟏, 𝟑𝟖𝟓𝟒 ⋅ 𝟏𝟎
−𝟓 m2 
 
Figura 6. Corpo de prova utilizado no ensaio de tração: vergalhão 3/16”. 
 
Fonte: Autoria própria – UNESP de Ilha Solteira. 
 
 
2.2.2 Fixação do corpo de prova na máquina de tração 
 
O corpo de prova é preso pelas extremidades nas garras de fixação do 
dispositivo de testes. A máquina de ensaio de tração alonga o corpo de prova a uma 
taxa constante, além de medir contínua e simultaneamente a carga instantânea 
aplicada e os alongamentos resultantes, isso com o auxilio de extensômetros. 
 
Figura 7. Fixação do corpo de prova. 
 
 
Fonte: Autoria própria – UNESP de Ilha Solteira. 
9 
 
2.2.3 Acompanhando o ensaio de tração 
 
O ensaio de tração consiste na aplicação de carga uniaxial crescente até a 
ruptura. Mede-se a variação do comprimento como função da carga e fornece dados 
quantitativos das características mecânicas dos materiais. 
 
Figura 8. Acompanhamento do ensaio até sua ruptura. 
 
 
Fonte: Autoria própria – UNESP de Ilha Solteira. 
 
 
2.2.4 Fratura 
 
A fratura consiste separação ou fragmentação de um corpo sólido em duas ou 
mais partes, sob ação de uma tensão, e pode ser considerada como sendo 
constituída da nucleação e propagação da trinca. Pode ser classificada em duas 
categorias gerais: fratura dúctil e frágil. 
 
Figura 9. Ruptura do corpo de prova posterior ao ensaio de tração. 
 
Fonte: Autoria própria – UNESP de Ilha Solteira. 
10 
 
2.2.5 Verificação das medidas do corpo de prova posterior ao ensaio 
 
Figura 10. Fotografia da do monitor posterior ao ensaio. 
 
Fonte: Autoria própria – UNESP de Ilha Solteira. 
 
Após de realizar o ensaio, foi necessário medir novamente o corpo de prova. 
As medidas encontradas foram: 
 Comprimento total final: 𝐿𝑓 = 202,0 mm 
 Diâmetro final: 𝑑𝑓 = 2,9 mm 
 
Calculando a área final da seção, temos: 
 
𝐴𝑓 =
𝜋 ⋅ 𝑑𝑓
2
4
=
𝜋 ⋅ 2,92
4
⟹ 𝑨𝒇 = 𝟔, 𝟔𝟎𝟓𝟐 mm
2 
𝑨𝒇 = 𝟔, 𝟔𝟎𝟓𝟐 ⋅ 𝟏𝟎
−𝟔 m2 
 
2.2.6 Cálculos do ensaio de tração 
 
 Tensão: 
𝜎 =
𝐹
 𝐴0
=
5,13812 ⋅ 103
13,854
⟹ 𝝈 = 𝟑𝟕𝟎, 𝟖𝟕𝟔 MPa 
 
 Deformação: 
𝜖 =
∆𝐿
𝐿0
=
𝐿𝑓 − 𝐿0
𝐿0
=
202,0 − 198,0
198,0
⟹ 𝝐 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟎𝟐 
 
𝝐 = 𝟐, 𝟎𝟐 % 
 
 Modulo de elasticidade: 
𝐸 =
𝜎
𝜖
=
370,876 ⋅ 106
0,0202
⟹ 𝑬 = 𝟏𝟖, 𝟑𝟔 GPa 
11 
 
3 ENSAIO DE IMPACTO 
 
Um dos ensaios que permitem estudar os efeitos das cargas dinâmicas é o 
ensaio de impacto. Este ensaio é usado para medir a tendência de um metal de se 
comportar de maneira frágil. O choque ou impacto representa um esforço de 
natureza dinâmica, porque a carga é aplicada repentina e bruscamente. 
No impacto, não é só a força aplicada que conta. Outro fator é a velocidade 
de aplicação da força. Força associada com velocidade traduz-se em energia. O 
ensaio de impacto consiste em medir a quantidade de energia absorvida por uma 
amostra do material, quando submetida à ação de um esforço de choque de valor 
conhecido. 
 
Figura 11. Máquina de ensaio de impacto convencional. 
 
Fonte: http://www.unesp.br/prope/projtecn/Industria/Imagens/Industr09_1.jpg 
 
O método mais comum para ensaiar metais é o do golpe, desferido por um 
peso em oscilação. A máquina correspondente é o martelo pendular. 
12 
 
O pêndulo é levado a certa posição, onde adquire uma energia inicial. Ao cair, 
ele encontra no seu percurso o corpo de prova, que se rompe. A sua trajetória 
continua até certa altura, que corresponde à posição final, onde o pêndulo apresenta 
uma energia final. 
A diferença entre as energias inicial e final corresponde à energia absorvida 
pelo material. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade 
de energia adotada é o joule (J). Em máquinas mais antigas, a unidade de energia 
pode ser dada em kgf⋅m, kgf⋅cm ou kgf⋅mm. A máquina é dotada de uma escala, que 
indica a posição do pêndulo, e é calibrada de modo a indicar a energia potencial. 
 
Figura 12. Acompanhamento do ensaio até sua ruptura. 
 
 
Fonte: Autoria própria – UNESP de Ilha Solteira. 
 
Lembrando que a energia potencial é calculada por 𝑬𝑷 = 𝒎𝒈𝒉. 
 
3.1 Corpo de prova com entalhe: o Charpy 
 
Nos ensaios de impacto, utilizam-se duas classes de corpos de prova com 
entalhe: o Charpy e o Izod. No ensaio foi utilizado o Charpy. 
As diferentes formas de entalhe são necessárias para assegurar que haja 
ruptura do corpo de prova, mesmo nos materiais mais dúcteis. 
13 
 
Figura 13. Dimensões do corpo de prova Charpy. 
 
Fonte: http://essel.com.br/cursos/material/01/EnsaioMateriais/ensa16.pdf. 
 
 
3.2 Aplicando o ensaio de impacto 
 
Inicialmente deve-se posicionar o corpo de prova corretamente e tomar 
algumas medidas de segurança, como travar o pêndulo e posição do operador após 
a execução do ensaio. 
 
Figura 14. Posição do entalhe e medição da escala. 
 
Fonte: http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAABv0wAL-1.jpg. 
 
3.3 Fratura no ensaio de impacto 
 
Os tipos de fratura que podem ocorrer no material ao ser ensaiado por 
impacto são frágeis ou dúcteis. As fraturas frágeis são caracterizadas por seu 
aspecto cristalino, e ocorrem com baixa absorção de energia, sendo característica 
de materiais de baixa tenacidade. Já as fraturas dúcteis possuem superfície fibrosa, 
consequente da alta absorção de energia durante o impacto, e é característica de 
materiais que possuem alta tenacidade. 
14 
 
Figura 15. Corpo de prova antes e depois do ensaio. 
 
 
Fonte: Autoria própria – UNESP de Ilha Solteira. 
 
 
3.3.1 Resultados quantitativos 
 
O resultado quantitativo do impacto, testa a energia necessária para fraturar 
um material e pode ser usado para medir a resistência do material. Existe uma 
ligação para a resistência à deformação, mas ela não pode ser expressa por 
fórmula. Além disso, a taxa de deformação pode ser estudada e analisada quanto ao 
seu efeito sobre a fratura. 
 
 
3.3.2 Resultados qualitativos 
 
Os resultados qualitativos dos impactos podem ser usados para determinar a 
ductilidade do material. Se há quebra de material sobre uma superfície plana, a 
fratura foi frágil, e se as quebras de materiais com bordas irregulares ou restos de 
cisalhamento, a fratura foi dúctil. Normalmente, um material não quebra apenas de 
um lado, assim, comparando os impactos das áreas de superfície planas da fratura, 
pode-se obter uma estimativa da percentagem de fratura dúctil/frágil. 
 
 
 
15 
 
4 CONCLUSÃO 
 
O desenvolvimento do estudo de ensaio de impacto Charpy em corpos de 
prova permitiu conhecer e entender esse tipo de ensaio, possibilitando fazer ensaios 
práticos em corpos de prova, além da aplicação dos conceitos teóricos estudados e 
especificações técnicas conforme norma para a confecção dos corpos de prova e 
realização dos ensaios, dessa forma permitindo verificar o comportamento do 
material do corpo de prova durante o ensaio prático. 
A partir da metodologia utilizada no ensaio de impacto Charpy, conseguiu-se 
obter um melhor entendimento no que diz respeito a ensaios de impacto e análise do 
comportamento do material, conseguindo-se assim, verificar a energia absorvida em 
funçãoda temperatura e índice de fragilidade para os corpos de prova ensaiados em 
diferentes temperaturas. A metodologia aplicada, também permitiu orientar e facilitar 
o desenvolvimento, possibilitando a realização do ensaio de forma adequada e 
segura, cumprindo os objetivos estabelecidos. 
Verificou-se com a realização dos ensaios, que é possível obterem 
propriedades mecânicas quanto à tenacidade de um material por meio de impacto. 
Através desse desenvolvimento, percebeu-se que a temperatura influencia na 
tenacidade do material, obtendo-se, para o corpo de prova ensaiado, uma estrutura 
frágil em baixas temperaturas e uma estrutura mais dúctil em temperatura ambiente. 
Já no ensaio de tração a superfície da fratura, com aparência fibrosa, o que 
caracteriza um material dúctil. Outros dois fatores que classificam o material são a 
deformação específica e a estricção do material, a deformação específica e a 
estricção encontradas caracterizam um material dúctil. 
O ensaio se mostrou bastante prático e funcional, permitindo a correta análise 
e conhecimento das propriedades do material do corpo de prova utilizado, mesmo 
considerando que a peça não apresentava boa usinagem.