Materiais de construção mecânica

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Resumo ensaios
Universidade Federal Rural do Semi-Arido
Resumo de ensaios destrutivos 
Alunas: Yzlla Rhavena Lucena 
 Hayanne Ywricka de Araújo Melo 
Ensaios destrutivos
	Tipo de ensaio
	Princípio do ensaio
	Propriedades que podem ser observadas
	Equipamento utilizado
	Tração
	O ensaio de tração é um dos testes mais utilizados para avaliar materiais. Na sua forma mais simples, o teste de tração é realizado segurando as extremidades opostas de um corpo de prova dentro do quadro de uma máquina de teste.
Uma força de tração é aplicada pela máquina, o que resulta no alongamento gradual e eventual fratura do corpo de prova.
Durante este processo, os dados de força ou tensão, é uma medida quantitativa, da forma como o corpo de prova deformar-se sob a força de tração aplicada, geralmente são monitorados e registrados.
Quando adequadamente realizado, o teste de tração fornece dados que podem quantificar várias propriedades mecânicas importantes de um material.
Geralmente o ensaio é realizado num corpo de prova de formas e dimensões padronizadas, para que os resultados obtidos possam ser comparados posteriormente caso necessite a reprodução do teste.
Com esse tipo de ensaio pode-se afirmar que praticamente as deformações promovidas no material são uniformemente distribuídas em todo o corpo, pelo menos até ser atingida uma carga máxima próxima do final do ensaio e, como é possível fazer com que a carga cresça numa velocidade razoavelmente lenta durante todo o teste,o ensaio de tração permite medir satisfatoriamente a resistência do material. A uniformidade da deformação permite ainda obter medições precisas da variação dessa deformação em função da tensão aplicada. Essa variação extremamente útil para o engenheiro, é determinada pelo traçado da curva tensão-deformação, a qual pode ser obtida diretamente pela máquina ou por pontos.
Corpo de Prova
O corpo de prova é constituído de cabeças e parte útil, unidas por concordância.
As cabeças são as partes extremas, utilizadas para fixar o corpo de prova à máquina. A parte útil é a secção reduzida do corpo de prova onde acontece a ruptura; esta é a região onde serão feitas as diversas determinações.
Quando não é possível retirar o corpo de prova do material a ser ensaiado, realiza-se o ensaio em toda a secção do material, como acontece com os tubos de pequeno diâmetro. Neste caso, a fixação do tubo à máquina é feita por meio de garras colocadas de cada lado do tubo e de um mandril na parte interna.
No Brasil, a norma de ensaio de tração mais usada é a norma ASTM A370.
O título da ASTM A370 é, literalmente, "Métodos de teste padrões e terminologia para testes mecânicos em produtos feitos de aço"
Obs.: Como você pode observar, esta norma não é exclusiva para ensaios de tração e outros ensaios destrutivos também são especificados por ela. Exemplo: Ensaio de dobramento, ensaio de impacto charpy entre outros...
Outras normas de ensaios de tração são: ASTM E8, ABNT NBR ISO 6892.
O título da ASTM E8 é, literalmente, métodos padronizados para ensaio de tração de materiais metálicos.
A NBR ISO6892 1 (norma brasileira) possui o método de ensaio de tração de materiais metálicos e normatiza as propriedades mecânicas que podem ser determinadas à temperatura ambiente.
Outras normas (menos utilizadas do ponto de vista da fabricação por soldagem):
ASTM E21 e ISO 783: Ensaio de tração em altas temperaturas;
ASTM D638: Ensaio de tração de materiais plásticos;
ASTM F606: Ensaio de tração de parafusos, arruelas, rebites etc...
ASTM D3039: Ensaio de tração de polímeros, materiais compósitos etc...
Norma para ensaio de tração (Norma ABNT):
ABNT NBR ISO7500-1 e NBR6674: Calibração (força);
ABNT NBR14480: Calibração (extensômetros);
ABNT NBR6673: Produtos planos de aço;
ABNT NBR7433: Produtos tubulares de aço;
ABNT NBR8548: Determinação da resistência à tração;
ABNT NBR7549: Ensaio de tração de alumínio e suas ligas.
Também temos normas utilizadas para complementar as normas principais, como por exemplo o ASME IX, a AWS D1.1 . Normalmente a mudança se restringe ao corpo de prova do ensaio de tração.
Exemplo do corpo de prova ASME IX:
	Estas propriedades mecânicas determinadas a partir de ensaios de tração incluem, mas não estão limitados a o seguinte:
-Módulo de Elasticidade: É a razão entre a tensão e a deformação na direção da carga aplicada, sendo a máxima tensão que o material suporta sem sofrer deformação permanente.
-Tensão de Escoamento: O limite de escoamento é justamente o ponto onde começa a deformação irrecuperável (ou plástica) do material. A partir deste ponto o material só recuperará a parte elástica de sua deformação, e ficará com uma deformação permanente e irreversível.
-Tensão de Ruptura: É a máxima carga axial observada no teste de tração, imediatamente antes de romper, dividida pela área original da seção transversal.
-Alongamento: É a variação de comprimento entre dois pontos do corpo de prova. A deformação, normalmente expressa em porcentagem, é determinada dividindo a variação de comprimento inicial e final medido entre dois pontos “delta” L (Δl), pelo próprio comprimento inicial Lo.
- Estricção: Ocorre durante a tração o material é alongado e vai afinando gradualmente.
-Resiliência: É a capacidade do metal absorver energia quando deformado elasticamente e liberá-la quando descarregado.
-Ductilidade: É a propriedade que representa o grau de deformação que um material suporta até o momento de sua fratura.
-Tenacidade: É a energia mecânica, ou seja, o impacto necessário para levar um material à ruptura. Tenacidade é uma medida de quantidade de energia que um material pode absorver antes de fraturar.
	
Obs: Usada tanto para ensaio de tração e compressão.
Imagens do corpo de prova após o ensaio:
	
	
	
	
	Flexão
	Bastante aplicado em materiais frágeis ou de alta dureza - Exemplos: cerâmicas estruturais, aços-ferramenta - Dificuldade de realizar outros ensaios, como o de tração
Algumas Normas da ASTM: - Metais: E 812, E 855 - Concreto: C 78, C 293 - Cerâmicas: C 158, C 674 - Fibras e Compósitos: C 393 - Plásticos e Material para Isolamento Elétrico: D 790
“Methods applicable to rigid and semirigid materials. Flexural strength cannot be determined for those materials that do not break”
Modalidades mais comuns:
- Flexão a 3 pontos
- Flexão a 4 pontos
• Método: - Aplica-se carga P crescente numa barra padronizada
A ruptura se dá por tração, iniciando nas fibras inferiores
• Tensão normal em uma viga, regime elástico.
S=My/Iz onde: M = momento fletor
y = distância até a linha neutra
Iz = momento de inércia em relação à linha neutra (seção retangular de largura b e altura h)
Observação: S equivale a Sigma.
Iz=b.h^3/12
Uma das dificuldades do ensaio é o escorregamento de materiais dúcteis já que sua deformação ocorre elasticamente e o material sai dos apoios, uma opção é diminuir a distância dos apoios para manter uma maior estabilidade no ensaio.
	• Determinam-se propriedades de resistência do material:
- Módulo de Ruptura - Módulo de Young
• Uma variante do ensaio aplicada a materiais dúcteis:
- Ensaio de dobramento
- Qualitativo
- Também empregado em soldas
	
No primeiro caso a flexão ocorre em 3 pontos, e no segundo em 4 pontos.
Durante a aplicação da carga no ensaio, a imagem acima mostra o comportamento do material.
	impacto
	Ensaio de impacto
Ensaio de impacto consiste em se aplicar uma força brusca e repentina a determinado corpo a fim de rompê-lo. Este ensaio é utilizado para saber a quantidade de energia que determinado material/corpo é capaz de absorver antes da ruptura.
Esse ensaio ganhou importância na época da segunda guerra mundial, quando os navios passaram a ser produzidos de chapas soldadas ao invés de rebitadas. Nessa ocasião, muitos navios se partiam, tanto em alto mar quanto no próprio cais, devido a baixas temperaturas, que aumentam a fragilidade do metal, epropagação de trincas, decorridas desse aumento de fragilidade. A partir daí se intensificou a busca por ensaios que testassem especificamente a resistência ao impacto, ou tenacidade, do material.
O ensaio de impacto pode ser diferenciado por corpo de prova e formato do martelo, porém, o princípio é o mesmo para todos. Consiste em levantar um martelo de massa conhecida, preso a um eixo, até uma altura que proporcione uma energia potencial apreciável e também conhecida e solta-lo de lá para que atinja a peça. Ao atingi-la, o martelo, que, desprezando-se as energias dissipativas, alcançaria a mesma altura da qual foi solto, perde energia. Fazendo uso de um medidor energético ligado ao martelo, obtém-se a diferença entre as energias final e inicial, encontrando-se assim a energia total que a peça absorveu.
No corpo de prova é feito um entalhe para facilitar a propagação da trinca da peça que como já mencionado, deve se romper. Os tipos de corpos de prova mais usados são o Charpy e o Izod. A principal diferença nos corpos de prova é a posição do entalhe, enquanto no Charpy a fixação ocorre na horizontal e o entalhe feito no meio da peça, no Izod a peça é fixada verticalmente e o entalhe é feito a 28mm de uma das extremidades. Esses corpos de prova seguem especificações de normas internacionais, baseadas na norma americana E-23 da ASTM (American Society for Testing and Materials). As dimensões de cada um dos tipos de corpo de prova são mostradas nas imagens abaixo. 
Como se pode ver na imagem, há mais de um tipo de Charpy e eles se diferenciam apenas pelo tipo de entalhe. O Charpy tipo A tem o entalhe em V, o tipo B tem o entalha no tipo bu8raco de fechadura e o C tem o entalhe no tipo U.
Para ferros fundidos e ligas não ferrosas fundidas sob pressão há um tipo especial de corpo de prova e o mesmo encontra-se especificado nas imagens.
	Resiliência do material.
Ductilidade do Material.
Fratura: podendo ser dúctil ou frágil
Pode-se determinar a tendência de um material a se comportar de maneira frágil.
Taxa de solicitação ao impacto.
Transição dúctil – frágil com a diminuição da temperatura.
	
Esquematização do ensaio Charpy:
O ensaio Charpy e Izod são feitos pelo mesmo equipamento, um pêndulo para impactos, diferenciando-se apenas a posição corpo de prova. 
Pêndulo para impactos produzido pela Tinius Olsen Material Testing Machine Company que que produz materiais para ensaios.
Corpos de prova após o ensaio:
Acima podemos observar o antes e o depois do corpo de prova(Charpy)
Já na nesta imagem está o corpo de prova (Izod)
	Dureza (ao menos três tipos)
	Ensaio de dureza
A dureza como propriedade não tem somente um significado, pode significar resistência a penetração como também resistência ao risco, ao desgaste, ao corte, entre outros. Para uso mecânico, normalmente se define dureza como a resistência a penetração, por essa razão, será a definição abordada.
Como dito, a dureza se refere a resistência a penetração que um material possui, portanto, para testar essa resistência é utilizado um tipo de penetrador, chamado “ponta de penetração”, que deixa uma pequena marca no material a ser analisado. Daí, analisa-se as características da impressão e a carga aplicada para obter-se as propriedades do material.
Os três tipos de ensaio de dureza mais utilizados são: Dureza Brinell, dureza Rockwell e dureza Vickers.
Na dureza Brinell, o penetrador é esférico de 10mm de diâmetro “D”, feito de aço endurecido ou metal duro, normalmente o carbeto de Tungstênio, e a carga aplicada “F” varia entre 500 e 3000 kgf durante 10 a 30 segundos; para ferros fundidos, esse tempo varia de 10 a 15 segundos. A dureza é calculada observando-se a impressão feita, dimensões, e a carga aplicada. A dimensão da dureza Brinell é MPa e uma das normas que a regem é a ASTM E-10. Quanto menor o diâmetro “d” da impressão, maior a dureza do material.
Na dureza Rockwell, a grande diferença em relação a dureza Brinell é o fato de ser aplicada uma pré-carga antes da carga de ensaio definitiva, evitando o impacto. Além disso, na dureza Rockwell dispensa-se o cálculo, visto que a dureza pode ser vista no medidor que já vem acoplado a máquina de ensaio. Abaixo um esquema de ensaio Rockwell.
O penetrador, nesse ensaio, pode ser tanto esférico e aço temperado quanto de diamante, num formato cônico de 120° de conicidade. Os penetradores, tanto de aço quanto de diamante, podem possuir 4 diâmetros diferentes, são eles: 1/16, 1/8, ¼, ½. Os equipamentos mais recentes para o ensaio Rockwell são automatizados, diminuindo a incidência de erro humano, isso faz dele o ensaio mais utilizado em indústrias, visto que não requer habilidade especial do operador.
Normas que regem esses ensaios são ASTM E-18 e a ISO-6508.
Na dureza Vickers o penetrador é feito de diamante na forma de pirâmide de base quadrada e com ângulo de 136° entre as faces opostas. Esse ensaio leva em conta o formato do penetrador e o formato da impressão obtida; além disso, por utilizar outro tipo de penetrador, possibilita medir qualquer valor de dureza, desde os mais duros até os mais moles.
A carga aplicada varia desde 1kgf até 100kgf e pode durar de 10 a 15 segundos. As duas diagonais da endentação deixadas na superfície do material são medidas usando-se um microscópio. Com os valores lidos calcula-se a média aritmética. A seguir calcula-se a área da superfície inclinada da endentação. A dureza Vickers é o quociente obtido dividindo a carga (em kgf) pela área da endentação. Esquematização abaixo.
	Resistência à penetração
Diferenciação da dureza em relação ao material que está sendo realizado o teste.
Resistência a deformação plástica e ao risco.
	
Durômetro usado nos ensaios Brinell e Vickers.
Durômetro usado no ensaio Rockwell.
Penetradores esféricos de aço e diamante.
Corpo de prova após o ensaio de dureza:
A impressão na peça varia de acordo com o penetrador.
Ensaios não-destrutivos
	Tipo de ensaio
	Princípio do ensaio
	Propriedades que podem ser observadas
	Equipamento utilizado
	Líquido penetrante
	O ensaio por líquido penetrante (LP) é utilizado para detectar descontinuidades superficiais e que sejam abertas, tais como: trincas, poros, dobras, etc., podendo ser aplicado em todos os materiais sólidos e que não sejam porosos ou com superfície muito grosseira. Utilizado normalmente em peças completas ou em uso, método mais avaliativo, ou seja, para verificar o estado de um material sem inutiliza-lo.
A utilização desse método é dividida em cinco etapas: preparação da superfície, aplicação do líquido penetrante, remoção do excesso de líquido penetrante, aplicação do revelador e inspeção. 
	Os penetrantes foram 
desenvolvidos para detectar descontinuidades com até 1 mm de largura.
viscosidade, tensão superficial, molhabilidade, volatilidade, ponto de fulgor, inércia química, facilidade de dissolução, penetrabilidade, capilaridade e sensibilidade.
	
Esquematização das cinco etapas do processo de uso do líquido penetrante.
Após a remoção do excesso e aplicação do revelador, pode-se ver onde há falhas na superfície da peça.
	Partícula magnética
	O ensaio por partículas magnéticas é usado para detectar descontinuidades superficiais e subsuperficiais em materiais ferromagnéticos. São detectados defeitos tais como: trincas, trincas em soldagem, junta fria, inclusões, gota fria, dupla laminação, falta de penetração, dobramentos, segregações, etc.
O ensaio por partículas magnéticas consiste em aplicar partículas magnéticas em uma peça, ou parte dela, e submetê-la a um campo magnético. Na região magnetizada da peça, as descontinuidades existentes, ou seja, a falta de continuidade das propriedades magnéticas do material, irão causar um campo de fuga do fluxo magnético. A aplicação das partículas ferromagnéticas provoca a aglomeração destas nos campos de fuga, uma vez que serão por eles atraídas devido ao surgimento de pólos magnéticos. A aglomeração indicará o contornodo campo de fuga, fornecendo a visualização do formato e da extensão da descontinuidade.
Importante: o ensaio somente poderá ser realizado por um operador devidamente treinado e qualificado.
De acordo com a norma ASTM 1444, as concentrações são: Partículas fluorescentes: de 0,1 a 0,4 ml em 100 ml
Partículas visíveis: de 1,2 a 2,4 ml em 100 ml
	A corrente alternada
Onda Completa DC 
Meia Onda DC 
	Eletroímã responsável por criar o campo magnético.
Ensaio sendo realizado.
	Ultrassom
	
O teste ultrassônico de materiais é feito com o uso de ondas mecânicas ou acústicas colocadas no meio em inspeção, ao contrário da técnica radiográfica, que usa ondas eletromagnéticas. Ao contrário dos outros dois testes não-destrutivos, esse teste não é aplicado para detectar descontinuidades superficiais, mas sim no interior da peça. As descontinuidades são caracterizadas pelo próprio processo de fabricação da peça ou por componentes, como por exemplo, bolhas de gás em fundidos, dupla laminação em laminados, micro trincas em forjados, escórias em uniões soldadas e muitos outros. Portanto, o exame ultrassônico, assim como todo exame não destrutivo, visa a diminuir o grau de incerteza na utilização de materiais ou peças de responsabilidade. Funciona basicamente como um ultrassom usado na medicina, é aplicado na peça uma onda mecânica sonora de comprimento conhecido, ao achar falhas na peça, essa onda é interrompida, retornando mais rápido a superfície, dessa forma é possível saber o tamanho da falha e a profundidade na qual se encontra.
	
A velocidade e a atenuação sônica são os parâmetros da onda que são modificados e podem, portanto, ser utilizados para estimar as propriedades do material.
	Ensaio com Ultrassom sendo realizado.
OBSERVAÇÕES
- Deve ter, quando possível, imagens dos equipamentos e dos corpos de prova, bem como a citação das normas utilizadas.
- Em dupla;
- Data da entrega 19/02