Relatório Ensaio Tração

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RESUMO
Esta prática consiste no ensaio de tração com dois corpos de prova de aço ABNT 1045, CP1: cabeça clara (laminado à frio) e CP2 cabeça escura (laminado à quente). O experimento consistiu em submeter os corpos de prova a um esforço onde os mesmos foram alongados até a sua ruptura, foram anotados os valores obtidos referentes aos dois materiais, alongamento, diâmetro entre outros e foram feitos os cálculos para chegarmos aos valores apresentados no decorrer do relatório. Foi seguida a norma NBR 6152 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação da Propriedades à Tração.
INTRODUÇÃO
O ensaio de tração, ensaio de grande facilidade de execução e reprodutibilidade de resultados, submete um corpo de prova de dimensões padronizadas do material a um esforço definido por cargas uniaxiais de mesma direção e de sentidos contrários, onde o corpo de prova tem seu comprimento alongado até a ruptura.
As deformações que ocorrem no material podem ser notadas ao longo do seu comprimento até que seja atingida a carga máxima. Essa deformação nos traz valores característicos da curva “tensão-deformação” convencional no registro gráfico deste ensaio. Quando é feito à baixa velocidade de aplicação é classificado como ensaio estático. 
O comprimento mínimo de um corpo de prova padrão está associado ao seu comprimento pela seguinte relação: 
A = k (1)
Onde, k = 5,65. 
Cabeça
Parte útil
A
R
 B
Figura 1- Aspecto do corpo de prova para o ensaio de tração.
Os corpos de prova apresentam um trecho com a seção transversal menor de forma a garantir que a deformação aconteça somente nesta região. Assim, ao aplicar-se a carga (F) a barra sofre uma deformação (e), definida pela variação do comprimento (ΔL). A figura 2 mostra esta curva com dados obtidos no ensaio hipotético do corpo de prova cilíndrico apresentado.
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10
Figura 2 - Curva característica de Carga (Kgf) versus Alongamento (mm) obtida no ensaio de tração.
Com os valores de carga (Kgf) e alongamento obtidos, gera-se a curva de tensão convencional X deformação convencional. Sendo que as equações abaixo representam as relações entre carga e tensão e entre alongamento e deformação convencionais, respectivamente.
 (2)
 (3)
Figura 3 - Curva típica tensão-deformação convencional, obtida no ensaio de tração.
As equações 4 e 5 representam as relações entre a carga e a tensão verdadeira, bem como entre o alongamento (l) e a deformação verdadeira ().
	
 (4)
Onde, v= tensão verdadeira; Fi = carga instantâneo. Si = área instatânea
	
 (5)
Onde, = deformação verdadeira; l0 = área comprimento inicial; lf = comprimento final.
Propriedades Avaliadas no Ensaio de Tração
Tensão no limite de escoamento (e): É a tensão que delimita a transição entre os regimes de deformação elástica e plástica. O limite de escoamento pode ocorrer de duas formas.
Na primeira, ocorre um patamar de escoamento na região de transição e neste caso é denominado de limite de escoamento definido, ocorrendo para aços de baixo teor de carbono e macios (no estado recozido), conforme figura 4.
Figura 4 - Curva de tração apresentando um patamar de escoamento.
A segunda forma do limite de escoamento não aparece tão explicitamente no gráfico quanto à primeira. Neste caso, ele é definido como a relação entre a carga, necessária para promover uma deformação de x%, e a área inicial do corpo de prova. O valor de x é específico para cada material.
Tensão no limite de resistência (RT): é a máxima tensão que o material suporta.
Resiliência: Capacidade de um material absorver energia quando deformado elasticamente e liberá-la quando descarregado.
Tenacidade: É a capacidade de um material absorver energia na região plástica até a ruptura.
Ductilidade: Dois parâmetros são utilizados para avaliar a ductilidade do material. Ambos avaliam a quantidade total de deformação que o material pode suportar até a ruptura. São eles:
Alongamento percentual após ruptura (A%): É a deformação linear total que o material suporta até a ruptura do corpo de prova. Define-se como a relação percentual entre a variação no comprimento após ruptura (l) e o comprimento inicial (l0). Assim sendo representado por:
	
 (6)
Redução percentual de área ou estricção (Z%): É a relação percentual entre a variação da área da seção transversal útil do corpo de prova após a fratura (ΔS) e a área inicial (So). Calcula-se por meio de:
	
 (7)
OBJETIVOS
Avaliar as propriedades mecânicas no ensaio de tração de aços;
Avaliar o efeito do tratamento mecânico nas propriedades mecânicas do aço.
MÉTODOS EXPERIMENTAIS
DISPOSITIVOS E MATERIAIS
Durômetro Rockwell:
- Fabricante: Heckert
- Modelo: Rockwell
- Nº Fabricação: 300/216
- N° Identificação: 13866510
- Ensaio: Rockwell
- Leitura: Sistema óptico
- Condições de ensaio: Penetrador: Esfera 1/16”; Carga: 100 kgf
Máquina Universal de Tração
- Fabricante: Dinateste
- Modelo: Universal
- Leitura: Sistema óptico e digital
- Condições de ensaio: Carga 20 toneladas
Acessórios:
- 01 corpo de prova trefilado à quente; 
- 01 corpo de prova laminado à frio.
PROCEDIMENTOS
O procedimento de medição de dureza consistiu em dois momentos. Primeiramente com o equipamento Durômetro Rockwell, onde aplica-se uma pré-carga (peso zero) no corpo de prova para garantir o contato do penetrador com a superfície a ser ensaiada. Nota-se que ao toque do penetrador com a peça, apaga-se a luz do equipamento.
Por seguinte, levantando-se a alavanca, aplica-se uma carga maior, que somada a pré-carga, resulta na carga nominal do ensaio. Com o dedo sob a alavanca, aplica-se a carga até sentir a alavanca tremer e ver o ponteiro no relógio parar. Depois, abaixa-se a alavanca, retirando a carga maior, e faz-se a leitura do valor da profundidade da impressão indicado diretamente no relógio, atentando-se a escala que deve ser observada de acordo com o penetrador e à carga utilizada. 
Realizou-se para cada peça de 3, por seguinte foi realizado um cálculo de média com os resultados obtidos e plotados na Tabela 1.
Em um segundo momento, utilizou-se o equipamento Máquina de Tração Universal. Primeiro, mediu-se o diâmetro inicial e o comprimento inicial de cada corpo de prova, para ser usado como referência. Posiciona-se o corpo de prova em uma base do equipamento, onde se trava nas extremidades superior e inferior do corpo, usou-se também uma chave inglesa para dar um “teco”, afim de ajustar o encaixe. A aplicação da carga é feita com crescimento continuo até o ponto em que se aproxima do limite de escoamento, então a carga para e começa a decrescer até o ponto de ruptura do material.
Por seguinte, mede-se o diâmetro final e o comprimento final de cada corpo de prova. Os dados do ensaio neste equipamento são plotados automaticamente para um programa no computador, onde faz-se a observação e acompanhamento da geração dos dados nos gráficos plotados. 
Todos os dados obtidos nesse ensaio foram plotados na Tabela 2 e nos gráficos 1 e 2. 
Gráfico 1 - CP 1 ABNT 1020
Gráfico 2 – CP 2 ABNT 1020
OBSERVAÇÕES
O corpo de prova trefilado a quente precisou ser usinado para retirar a carepa que o cobria, afim de que não interfira no valor da dureza;
Como a superfície deve ser plana, polida e limpa, utilizou-se uma outra base no Durômetro Rockwell para que o corpo de prova se encaixasse e compensasse a necessidade do material ser plano;
Cuidado ao abaixar a alavanca e mover a peça;
A carga 100kgf utilizada é devido o ensaio ser da dureza Rockwell-B (HRB);
 O “pescoço” ou “barriga”, que é a deformidade na peça, começa a aparecer logo após o ponto de máximo de resistência a tração;
Pode ocorrer ruídos, sendo estes interferências de contato elétricas ou mecânicas, durante o procedimento de aplicação da carga no equipamento Máquina de Tração Universal.
RESULTADOS
Tabela 1: Dados dos corpos de prova a serem ensaiados.
	CpDureza (Kgf/mm2)
	d0
(mm)
	S0
(mm2)
	RT
(Kgf/mm2)
	Fmáx.
(KN)
	
	HRB (Kgf/mm2)
	HB (Kgf/mm2)
10/3000
	
	
	
	
	1
	89,5
	181
	9,15
	65,76
	65,16
	42
	2
	72,0
	124
	9,00
	63,58
	44,64
	28
OBSERVAÇÕES
Os valores de HRB foram obtidos pela média de três medidas realizadas utilizando o método Rocwell.
Os valores de HB 10/3000 são tabelados.
Os valores de d0 foi através da medição feita pelo ajudante dos laboratórios da PUC MG
Calculados S0 pela equação:
S0 = πd2/4 (8)
Sendo:
S0= área inicial;
d = diâmetro inicial.
S0 = π x (9,15)2 /4 = 65,76 mm2
S0 = π x (9,0)2/4 = 63,58 mm2
Calculamos RT, por meio da equação:
RT = 0,36 x HB (9)
Calculamos Fmáx pela equação 2, assim:
Fmáx = RT x S0 (10)
Lembrando que a força máxima foi calculada em Kgf, assim bastou multiplicar por 9,8 N e dividir por 1 Kgf.
Tabela 2: Propriedades avaliadas no ensaio de tração de cps. de aço ABNT 1045.
	Cp
	S0
(mm2)
	Carga (KN)
	Escoamento 
	RT
	Alongamento 
	Estricção
	
	
	
	definido?
	(MPA)
	0,2%
	(MPA)
	lf (mm)
	
A(%)
	df (mm)
	Z(%)
	1
	65,76
	43,62
	Não
	-
	Sim
	663
	62
	10,5
	6,21
	53,97
	2
	63,58
	33,92
	Sim
	377
	Não
	533
	73,36
	24,07
	5,19
	66,75
OBSERVAÇÕES:
O valor de S0 já havíamos calculado.
A carga foi fornecida pelo equipamento.
Calculamos a tensão de escoamento MPA por meio da equação 2, porém deve-se lembrar que é de escoamento, sendo força de escoamento igual a 24 KN (valor obtido pelo gráfico, é a força do limite elástico para o plástico) dividida pela área inicial, porém a área é multiplicada por 10-6, pois deve ser em m2. Já MPA de Cp 1 vamos ainda analisar.
A RT foi calculada por meio da equação 2, considerando a força máxima igual a carga e transformando a área em m2.
lf e df foram calculados pelo ajudante da PUC MG, após o experimento. 
Alongamento (%) foi calculado pela equação 6, sendo l0 de CP 1 = 56,1 mm e l0 de CP 2 = 55,7 mm.
Z (%) foi calculado pela equação 7, sendo A0 já calculado e Af calculado pela mesma equação de A0, porém considerando o df.
ANÁLISE DE RESULTADO
As Tabelas 1 e 2 fornecem as dimensões obtidas entre a tração de dois corpos de prova de aço ABNT 1045, CP1: cabeça clara (laminado à frio) e CP2 cabeça escura (laminado à quente) antes e após o ensaio.
Ao observarmos os gráficos é possível perceber que assemelham-se, havendo uma variação nos valores, as quais ocorreram devido a obtenção do dimensionamento da amostra, e o desvio padrão dos cálculos. 
A Tabela 2, apresenta a comparação dos valores das propriedades mecânicas, entre os cálculos realizado com a matriz de dados e os fornecidos pelo maquinário. Onde obtivemos o alongamento final maior no corpo de prova 2, de 73,36mm.
CONCLUSÃO
Concluiu-se que a quantidade de carbono presente no aço, influencia na formação da estrutura perlítica, a qual interfere diretamente nas propriedades mecânicas do material, como resistência a tração e ductilidade. E por haver tal estrutura, o aço 1045, pode absorver mais energia antes de sua ruptura, quando comparado a aços com menor porcentagem de carbono.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1) SILVA, E. M. de P. e. at all, Fundamentos de Ensaios Mecânicos de Metais, Editado pro Prof. José M. de Godoy, com o auxílio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), UFMG, depto. De Engenharia Metalúrgica, Belo Horizonte, 1980.
2) Norma Brasileira - ABNT NBR 6152 - Jul/1981 - Materiais Metálicos - Determinação das Propriedades à tração.
3) SOUZA, S.A., Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. São Paulo, Edgard Blucher, 1974.
4) DIETER, G.E., Mechanical Metallurgy. Tokyo, 2a Ed., McGraw-Hill, 1976.
5) CIMM, https://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6543-corpos-de-prova-para-o-ensaio-de-tracao#.XKdfmNJKgdU - Corpos de prova para o ensaio de tração, Acesso em 05/04/2019.
QUESTIONÁRIO
Faça uma pesquisa e sobre a ocorrência do patamar de escoamento no ensaio do corpo de prova recozido.
Limite de Escoamento definido ( σe ): Ocorre para aços de baixo teor de carbono e macios (no estado recozido). Durante a ocorrência do patamar de escoamento, observam-se regiões de deformação localizadas, que vão cobrindo toda a parte útil do corpo de prova. Durante a formação súbita de uma banda de deformação. Esta cessa em toda a parte útil do corpo de prova e concentra-se exclusivamente na banda. Desta forma, quanto maior a deformação nesta banda, maior será a variação de tensão (.
 F
							σe = FeS0
Fe
Patamar de escoamento
						 Δℓ
O patamar de escoamento é afetado pela máquina de ensaio. Quando a máquina é “dura” a tensão do patamar decresce e quando é “mole” a tensão do patamar aumenta. A dureza de uma máquina de ensaio depende da sua rigidez elástica, isto é, uma máquina mole não acusa prontamente o escoamento repentino de um material. Para medidas precisas no estudo do escoamento é necessário uma máquina “dura”, pois esta reduz a sua deformação durante o ensaio.
O patamar de escoamento é o intervalo entre o ponto mais elevado e o ponto mais abaixo do limite de escoamento.
2) Uma barra de aço tem um diâmetro de 22,00 mm. Desenhe um corpo de prova padrão a ser usinado a partir desta barra, indicando as medidas essenciais.
 (Corpo de prova para ensaio de tração)
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