Ensaio Mecânico de Tração

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Disciplina: GNE263 – Tecnologia de Materiais
Departamento de Engenharia
Relatório de Tensão e Dureza
Docente: Tómas de Aquino Ferreira
Discente: Izabela Fernandes Resende 	 	 Matrícula: 201421411 
Turma: 3A 
Julho/2015
Introdução 
Durante um longo tempo, como a fabricação de muitos objetos era feita de forma artesanal, e com isso não era possível ter um controle de qualidade, ou sequer algum parâmetro que pudesse ser seguido na fabricação de um tipo específico de objeto, a avaliação desse objeto se dava através do seu comportamento depois de pronto e após o uso.
Com a descoberta e o acesso a novas matérias primas, e o aperfeiçoamento dos processos de produção, notou-se a necessidade de padronização dos produtos em uma linguagem mundial. Paralelamente, foram também desenvolvidos métodos de controle de qualidade dos produtos.
Na atualidade, compreende-se que o processo de controle de qualidade tem que estar presente desde a matéria prima, durante todo o processo de produção e no produto final, nesse último, em forma de inspeções e ensaios. 
A propriedade de resistir à tração é de suma importância no desenvolvimento de peças e estruturas em geral. Tendo conhecimento da carga que será aplicada a estrutura e do módulo de elasticidade do material, pode-se determinar o dimensionamento correto para esta estrutura.
Objetivo do Ensaio
O ensaio de tração tem como objetivos a análise da região fraturada, caso esta ocorra, a determinação da resistência à tração do material, além da análise da curva tensão-deformação do material em estudo.
Procedimento: Ensaio de Tração
Obs: como não foi possível realizar o ensaio em aula prática devido a impossibilidade de utilizar a máquina universal, a seguir o processo será abordado com um caso geral e não como se fosse o ensaio de um corpo de prova específico.
O ensaio de tração consiste em submeter o material a um esforço que tende a alongá-lo até a ruptura.
A seguir, imagens esquematizando um ensaio de tração realizado em um corpo de prova, pelo professor Daniel Thomazini, na Universidade Federal de Itajubá:
Após o ensaio, é possível determinar as propriedades do material ensaiado através da análise da relação tensão-deformação que consta no gráfico intermediário que foi produzido pela máquina.
Resultados, discussões e considerações finais
Obs: Como o procedimento não pôde ser realizado em aula prática, a discussão será feita de um modo geral. 
Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio. No ensaio de tração o corpo é deformado por alongamento, até o momento em que se rompe. 
A parte útil do corpo de prova (Lo) é a região onde são feitas as medidas das propriedades mecânicas do material. 
A aplicação de uma força axial de tração num corpo preso produz uma deformação no corpo, isto é, um aumento no seu comprimento com diminuição da área da seção transversal. Este aumento de comprimento recebe o nome de alongamento.
A parte útil do corpo de prova (Lo) é a região onde são feitas as medidas das propriedades mecânicas do material. 
As cabeças são as regiões extremas, que servem para fixar o corpo de prova à maquina para que a força de tração seja correta. Devem ter secção maior que a parte útil para que a ruptura do corpo de prova não ocorra nelas. 
Segundo a ABNT o comprimento da parte útil dos corpos de prova utilizados nesse tipo de ensaio deve corresponder a 4 vezes o diâmetro da secção da parte útil. 
Os ensaios são feitos com aparelhos que registram todas as informações necessárias para ser analisada a resistência dos materiais. 
Projetos e cálculos de estruturas com segurança, algumas delas são registradas exatamente no momento do ensaio, outras não, só depois da analise das características do corpo de prova. Um exemplo disso é o diagrama tensão-deformação, obtido diretamente da própria máquina, que fornece um gráfico que estabelece a relação entre a força aplicada e as deformações ocorridas durante o ensaio.
Sabe-se que:
 Tensão corresponde à força dividida pela área da secção onde ela é aplicada, ou seja: 
T=f/s. 
Usando essa fórmula, obtêm-se os valores de tensão e no mesmo gráfico é montado o diagrama tensão x deformação. 
No diagrama tensão deformação que se segue abaixo, os valores de deformação se encontra no eixo das abcissas e são representados pela letra grega “ε” enquanto que no eixo das ordenadas são indicados os valores de tensão “T”. A curva que aparece no gráfico revela algumas características que são comuns a diversos tipos de materiais usados na área da mecânica. 
O Diagrama acima, nos fornece informações como:
- Limite Elástico: se o ensaio for interrompido antes desse ponto e a força de tração retirada o corpo volta a sua forma original e na fase elástica, os materiais obedecem à Lei de Hooke, segundo a qual as deformações são diretamente proporcionais à força aplicada.
Na fase elástica, se dividirmos a tensão aplicada pela deformação em qualquer ponto, nós vamos encontrar um valor constante, que é o módulo de elasticidade, cuja fórmula é: 
E= T/ ε, onde “E” é a constante de elasticidade. 
Ou seja, o módulo de elasticidade indica a rigidez do material. A fase elástica é representada algebricamente por: 
σ = E. ε 
- Limite de proporcionalidade: a Lei de Hooke só vale pra um determinado valor de tensão uma vez que, a partir desse limite a relação entre tensão e alongamento deixa de ser proporcional, sendo esse o fim da fase elástica.
- Fase plástica: ocorre após a fase elástica. Nela, mesmo cessando a tração, a deformação será permanente. No início da fase plástica, ocorre o Escoamento: fenômeno no qual ocorre uma deformação permanente no material, sem que ocorra um aumento da carga, havendo somente um aumento na velocidade da deformação. 
Nota-se pelo gráfico, que a carga oscila entre valores muito próximos uns dos outros. 
Após o escoamento, vem o Encruamento: endurecimento provocado pela queda dos grãos, de forma material, quando deformados a frio. 
Ou seja, como o material resiste cada vez à força de tração aplicada, é necessário que exista uma tensão cada vez maior para que ele se deforme. Esse 
- Limite de Resistência: como o material resiste cada vez à força de tração aplicada, é necessário que exista uma tensão cada vez maior para que ele se deforme, ou seja, é o ponto onde ocorre a máxima tensão que o material suporta sem romper-se. É calculado por:
LR = Fmáx/So
Fmáx = Carga máxima aplicada no material
So = Área da seção inicial do corpo de prova.
- Limite de ruptura: como pode ser observado no gráfico, é menor que a tensão no limite de resistência. Isso ocorre devido à diminuição da área do corpo de prova depois de atingida a carga máxima. Essa redução percentual bem na área de secção transversal do corpo de prova é chamada de estricção e é responsável pela determinação do grau de ductilidade do material analisado. Logo, quanto maior o percentual de estricção, mais dúctil (deformável) será o material. 
Fatores de influência no resultado de um ensaio de tração:
 Composição química da liga (AISI 1020, AISI 1040, etc.): quanto maior a quantidade de carbono existente no aço, maior sua resistência mecânica e consequentemente, menor a sua ductilidade e tenacidade.
Influência da temperatura e da taxa de deformação no ensaio:
Influência da temperatura no ensaio de tração:
Há aumento da resistência e perda de ductilidade em baixas temperaturas.
Anisotropia do material: 
Em materiais deformados termo mecanicamente (laminação, forjamento, extrusão, etc.) as propriedades mecânicas variam de acordo com a direção, por isso é importante considerar a direção em que é extraído o corpo de prova. 
O bandeamento micro estrutural influencia na resistência à tração. Sentido longitudinal a direção de laminação possui maior resistência a tração do que no sentido transversal.
Orientação dos corpos de prova: 
Velocidade da deformação;
Tamanho de grão;
Tratamento térmico.Considerações sobre os corpos de prova
Padrão:
O diâmetro padrão para corpos de prova é 12.8mm, uma vez que o comprimento da secção reduzida deve ser no mínimo quatro vezes seu diâmetro (normalmente, 60 mm).
O comprimento útil é 50 mm.
Os corpos de prova também podem ter secção retangular (chapa, perfil ou placa);
Considerações sobre materiais dúcteis e frágeis
Materiais dúcteis: qualquer material que possa ser submetido a grandes deformações antes da ruptura. São capazes de absorver choque ou energia e, quando sobrecarregados exibem, em geral, grande deformação antes de falhar.
Materiais frágeis: apresentam pouco ou nenhum escoamento.
Tipos de falhas:
Considerações sobre o corpo de prova no pós-ensaio:
No ensaio de tração, é possível observar na zona fraturada, três regiões distintas, denominadas zonas fibrosa, radial e de cisalhamento. 
 Zona fibrosa: no centro do corpo de prova, indica a propagação lenta da fratura, predominante do mecanismo de coalescimento de microcavidades.
Zona radial: predominância de fratura frágil, de propagação rápida, capaz de produzir marcas radiais na superfície, apontando para o origem da fratura. Produz pouca deformação plástica. 
Zona de cisalhamento: se forma junto à superfície livre, em consequência da diminuição da secção resistente do corpo de prova. Ocorre, com isso, a diminuição da rigidez e uma maior possibilidade de deformação plástica. Nesta região nota-se o coalescimento das microcavidades. 
Um corpo de prova, após fratura, num ensaio de tração, apresenta os aspectos típicos onde a fratura dúctil é denominada “taça” e “cone”, onde a “taça” é formada pela zona fibrosa e “cone” é formado pela zona de cisalhamento.
Conclusão
Os ensaios mecânicos dos materiais são procedimentos padronizados que compreendem testes, cálculos, gráficos e consultas a tabelas, tudo isso em conformidade com normas técnicas. Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto já fabricado ou um material que vai ser processado industrialmente a situações que simulam os esforços que eles vão sofrer nas condições reais de uso, chegando a limites extremos de solicitação, permitindo assim, conhecer como os materiais reagem a tais esforços, quais seus limites de tração suportáveis e a partir de que momento podem se romper. 
O ensaio em corpo de prova, realizado de acordo com as normas técnicas estabelecidas, em condições padronizadas, permite obter resultados de aplicação mais geral, que podem ser utilizados e reproduzidos em qualquer lugar.
 
Anexos: 
Esquema de uma Máquina de tração Universal de tração
 Foto da Máquina de Tração Universal da UFLA
Foto da garra responsável por “prender” umas das extremidades do corpo de prova. Essa garra é fixa no cabeçote móvel.
Foto da garra fixa na parte inferior da máquina, responsável por “puxar” o corpo de prova no sentido oposto ao da outra garra, provocando o alongamento do mesmo.
Diferentes exemplares que passaram pelo ensaio de tração na própria Universidade:
 
Referências Bibliográficas: 
[1] Ensaio de Tração – parte II. Disponível em: <http://mecanica-blog.blogspot.com.br/2013/03/ensaio-de-tracaoparte-ii.html>
[2] Telecurso 2000 Ensaios de Materiais 02. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=VTNwWTK98sw>
[3] Telecurso 2000 Ensaios de Materiais 03. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=6JENBM7u_i8>
[4] Telecurso 2000 Ensaios de Materiais 04. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=FuFN6dV4fg8>
[5] Mecânica – ciclo 8. Disponível em: <http://cursos.unisanta.br/mecanica/ciclo8/Capitulo1-parte2.pdf>
[6] Ensaio Mecânicos – Ensaio de Tração. Disponível em: <http://pt.slideshare.net/alexleal3720/aula-2-ensaios-mecnicos-e-end-ensaio-de-trao>
[7] Ensaio de Tração. Disponível em: <http://www.infoescola.com/fisica/ensaio-de-tracao/>
[8] Ensaios Tecnológicos. Disponível em: <http://www.etepiracicaba.org.br/cursos/apostilas/mecanica/3_ciclo/ensaios_tecnologicos.pdf>
[9] Relatório dos Materiais. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAABXT0AI/relatorio-resistencia-dos-materiais-ensaio-tracao>