CM II - Propriedades Mec+ónicas

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Propriedades Mecânicas dos Materiais
Por que é possível apoiar um caminhão sobre quatro xícaras de cerâmica, mas 
essas mesmas xícaras quebram-se facilmente ao cair no chão?
Que fatores relacionados aos materiais desempenharam um papel importante no 
naufrágio do Titanic ?
Que fatores associados aos materiais foram determinantes nos acidentes dos 
ônibus espaciais Challenger, em 1986, e Columbia, em 2003 ?
Importância das Propriedades Mecânicas dos Materiais
Utilização de materiais sob carregamento mecânico: são inúmeros exemplos –
Ligas de alumínio ou compósitos para fabricação de peças aeronáuticas; aços para 
construção de estruturas (pontes, edifícios, etc.); plásticos para fabricação de 
tubos, válvulas, pisos, etc.; ligas Co-Cr-W para fabricação de válvulas cardíacas; 
etc...
Utilização de materiais não necessariamente sob carregamento mecânico: as 
propriedades mecânicas também são importantes!
Fibras ópticas precisam apresentar resistência para suportar as tensões decorrentes 
de seu uso; o revestimento cerâmico das lentes ópticas deve resistir à abrasão 
mecânica de arranhões; uma liga de alumínio substrato base de discos rígidos deve 
ter resistência para não trincar durante a rotação em altas velocidades; etc...
Tipos de Solicitações
Terminologia das Propriedades Mecânicas dos Materiais
Tensão: é a carga mecânica que age na unidade de área sobre a qual a carga foi 
aplicada. Expressa em kgf.mm-2 ou Pa ou N.m-2. Tensões de tração ou de 
compressão são representadas pelo símbolo , e a tensão de cisalhamento por .
Deformação: é a alteração de tamanho por unidade de comprimento. Não tem 
dimensão e pode ser expressa em mm.mm-1 ou, se multiplicada por 100, em %. 
Deformações de tração ou de compressão são representadas pelo símbolo , e a 
deformação de cisalhamento por .
Deformação elástica: é a deformação reversível resultante da aplicação de uma 
tensão. Ela permanecerá enquanto a tensão estiver presente e desaparecerá assim 
que a tensão for removida.
Deformação plástica: é a deformação permanente de um material. Quando a 
tensão é removida, o material não volta à forma original.
Módulo de Young ou Módulo de Elasticidade: em muitos materiais, a tensão e a 
deformação elástica têm uma relação linear. A inclinação de uma curva tensão-
deformação referente à tração, no regime linear, define o Módulo de Young ou de 
Elasticidade, E.
Testes de Tração : Curvas Tensão-Deformação
Tipos mais comuns de corpos-de-prova para ensaios de tração
Máquina de ensaio de tração esquemática
‘Strain gage’ ou 
extensômetro
Estricção de uma amostra devido a 
deformação além do limite elástico.
Durante um ensaio de tração são registrados a carga (ou a força) 
em função da variação de comprimento (l).
Resultados de um teste de tração em uma barra de liga de alumínio com 
12,827 mm de diâmetro e comprimento inicial (l0) de 50,8 mm:
Carga (N) l (mm)
0 0,000
4.448 0,0254
13.345 0,0762
22.241 0,1270
31.138 0,1778
33.362 0,762
35.141 2,032
35.584 3,048
35.363 4,064
33.804,8 (fratura) 5,207
Os resultados de um teste de tração de um dado corpo-de-
prova serão válidos para outros tamanhos e seções 
transversais de espécimes do mesmo material, se a carga for 
convertida em tensão e a distância entre as marcas de 
referência em deformação. Ou seja, tensão e deformação 
são característicos do material, enquanto força e 
deslocamento são características do componente.
Define-se:
Tensão de engenharia:  = F / A0
Deformação de engenharia:  = l / l0
Onde: A0 é a seção transversal inicial do espécime antes do 
teste, l0 é a distância inicial entre as marcas de referência e 
l é a variação de comprimento sob a aplicação da força F.
EXERCÍCIO: Trace as curvas força vs deslocamento 
e tensão vs deformação para a liga de alumínio 
apresentada anteriormente.
Propriedades obtidas no teste de tração
Define-se uma deformação de 0,2% (ou 0,002) e 
traça-se uma reta iniciando-se nesse valor 
convencional numa direção paralela à parte linear 
da curva tensão-deformação. 
O valor da tensão na 
intersecção dessa reta com 
a curva tensão-deformação 
define o limite de 
escoamento, E ou LE.
 = 0,002 ou 0,2%
Propriedades obtidas no teste de tração
A tensão correspondente à máxima força aplicada 
é o Limite de Resistência (R ou LR), que é a tensão 
máxima na curva tensão-deformação. 
Propriedades obtidas no teste de tração
Propriedades obtidas no teste de tração
Propriedades elásticas: 
• Módulo de elasticidade ou módulo de Young
Corresponde à inclinação da curva tensão-deformação na região elástica. 
É uma medida da rigidez do componente. Estreitamente ligado às 
energias de ligação atômica.
• Coeficiente de Poisson
Relaciona a deformação elástica longitudinal produzida por uma tensão 
de tração ou de compressão com a deformação transversal que ocorre 
simultaneamente. Para muitos metais, o valor do coeficiente de Poisson 
Na região elástica é próxima de 0,3.
• Módulo de resiliência
Corresponde à área sob a porção elástica da curva tensão-deformação. 
Relaciona-se com a energia elástica armazenada por um material 
durante a aplicação de uma tensão, posteriormenente liberada quanda a 
tensão é removida.
Lateral
Longitudinal
Tf E (Gpa) 
Pb 327 13,8 0,45
Mg 650 44,8 0,29
Al 660 69,0 0,33
Cu 1.085 125 0,36
Fe 1.538 207 0,27
W 3.410 408 0,28
Al2O3 2.020 379 0,26
Si3N4 -- 303 0,24
EXERCÍCIO: Calcule o módulo de elasticidade 
da liga de alumínio acima. Qual será o 
comprimento de uma barra de comprimento 
inicial de ½” que seja tracionada a 207 MPa?
Propriedades obtidas no teste de tração
Tenacidade: é a energia absorvida por um material antes de se fraturar. 
A rigor deveria ser calculada com a área sob a curva de tensão-deformação 
verdadeira. Entretanto, por facilidade, geralmente se usa a área sob a curva 
de tensão-deformação de engenharia.
Dutilidade: mede a deformação plástica que um material pode suportar 
sem se romper. Pode ser avaliada por duas medidas no corpo-de-prova após o 
ensaio de tração: alongamento porcentual e a redução porcentual de área.
EXERCÍCIO: O comprimento final (após 
fratura) da liga de alumínio cujos dados 
da curva tensão-deformação foram 
apresentados é de 55,75 mm e diâmetro 
final de 10,11 mm na superfície fraturada. 
Calcule a dutilidade do corpo-de-prova.
Propriedades obtidas no teste de tração
1- Módulo de Elasticidade
2- Limite de Escoamento
3- Resistência máxima à tração
4- Deformação até a ruptura
5- Tenacidade
6- Alongamento uniforme
7- Alongamento total
7
6
Dureza dos Materiais
O teste de dureza mede a resistência da superfície de um material à penetração por 
um objeto rígido. Pode representar a resistência a riscos (ou impressões) e pode ser 
uma medida qualitativa da resistência de um material.
Os ensaios mais difundidos são o Rockwell e o Brinell.
Mecanismos de Aumento de Resistência Mecânica
No nível microestrutural, o aumento de resistência se dá pelo aumento da dificuldade 
em se deformar o material, ou seja, pelo aumento da dificuldade em se movimentar as 
discordâncias !!
Esses mecanismos, também conhecidos como Mecanismos de Endurecimento são:
Endurecimento por Solução Sólida: átomos de soluto em posições substitucionais ou inters-
ticiais causam distorções na rede cristalina que dificultam a movimentação de discordâncias 
(aumentando a resistência mecânica). 
Endurecimento por Precipitação: uma solução sólida supersaturada (metaestável) reaquecida 
proporciona difusão apreciável dos átomos de soluto e permite a formação de uma fina dispersão 
de precipitados. Esses precipitados são barreiras para a movimentação de discordâncias. Pelo fato 
de a precipitação levar algum tempo já quedepende da difusão, o processo é também denomina-
do de envelhecimento.
Endurecimento por Encruamento: é o mais utilizado dentre os mecanismos de endurecimento,
pois praticamente todo metal ou liga pode ser submetido a este tipo de endurecimento. Durante a 
deformação plástica, as discordâncias movimentam-se, multiplicam-se, interagem entre si adqui-
rindo degraus e formando emaranhados, de modo que a sua movimentação exige tensões
crescentes.
Endurecimento por Refino de Grão: Os materiais utilizados em engenharia são predominante-
mente policristalinos.Os contornos de grão são barreiras que dificultam a movimentação das dis-
cordâncias, pois uma discordância não consegue atravessá-los.