Aula 4 Ensaio de Dureza, Impacto Tração Compressão Waldek

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Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de São Carlos
Departamento de Engenharia de Materiais, Aeronáutica e 
Automobilística
Ensaios Mecânicos 
dos Materiais
SMM0193-Engenharia e Ciência dos Materiais I 
Prof. Waldek W. Bose Filho
1
Fratura
Frágil
Dútil 
Projeto contra Fallha
• Fratura: 
“É a separação ou fragmentação de um corpo sólido em duas ou mais partes
sob ação de uma tensão, devido ao início e propagação de uma trinca”
Fatores que afetam a fratura Taxa de deformação
Estado de tensão
-plano de tensões (triaxial de def.)
-triaxial de tensões (plano de def.)
Temperatura
Condições de Fratura
Torção
Fadiga
Tração
Fluência
Fratura frágil em Temperaturas Baixas
Fragilização por Hidrogênio
Fragilização no Tratamento Térmico
TIPOS DE TENSÕES E DEFORMAÇÕES QUE UM COMONENTE PODE 
ESTAR SUJEITO
ou
compressão
Flexão
4
Como os metais são materiais estruturais, o
conhecimento de suas propriedades mecânicas é
fundamental para sua aplicação. As propriedades
desejadas podem ser avaliadas pela medição:
■ Dureza
■ Tenacidade ao Impacto
■ Tração e Compressão
■ Flexão
■ Fadiga
■ Fluência
5
I. Dureza
6
 Os ensaios de dureza são largamente utilizados para a especificação de
materiais. Entretanto, o conceito físico de dureza não têm o mesmo significado
para todos os utilizadores desta propriedade:
 resistência à deformação plástica (metalurgista)
 resistência à penetração de um material duro no outro (eng.mecânico)
 uma base de medida da resistência, do T. T. ou mecânico e de sua
resistência ao desgaste (projetista)
 resistência ao risco que um material pode fazer em outro (mineralogista)
 Sob este ponto de vista os ensaios de dureza podem ser divididos em três
tipos principais:
 por penetração
 por choque
 por risco
7
 No caso de materiais de engenharia, o terceiro caso é raramente
empregado, sendo a escala Mohs (1822) a mais antiga para este tipo de
dureza. Esta consiste em uma tabela de 10 minerais padrões, arranjados
em ordem crescente da possibilidade de ser riscado pelo mineral
seguinte. Nesta ordem, tem-se o talco (1); gipstita (2); fluorita (3) e
assim por diante até chegar no diamante (10).
 Os dois primeiros tipos de dureza são mais empregados no ramo da
metalurgia e da mecânica, sendo a dureza de penetração a mais
largamente utilizada.
 Nesta aula, serão vistos pormenores das dureza por penetração:
- Brinell,
- Rockwell
- Vickers,
- Meyer,
- Microdureza
- Dureza por choque Shore.
8
• Dureza Brinell: ASTM E10 - 15a Standard Test Method for Brinell Hardness of
Metallic Materials
1900  J. A Brinell  HB Consiste de comprimir lentamente uma esfera de
aço, de diâmetro D, sobre uma superfície polida e limpa de um metal através de
uma carga Q, durante um tempo t.
dDD(D
Q2
p.D.
Q
S
Q
HB
22
c 



- Sc é a área superficial, p é a profundidade da impressão.
- d deve ser tomado como a média dos valores de duas
medidas realizadas a 90 uma da outra.
- - A dureza HB é definida em N/mm2.
- Q = 3000 kgf  d = 10 mm  Tabelas
 No caso de metais moles ou peças pequenas existe a necessidade de diminuir-
se Q e d, respectivamente. Estas alterações devem obedecer certos critérios e
para metais duros (> 500 kgf/mm2) pode-se substituir a esfera de aço por uma
de W.
9
• A limitação da carga e do diâmetro da esfera proposta por Brinell pode
ser contornada se:
.const
D
d
D
d
2
sen
2
2
1
1 

Uma aproximação pode ser feita considerando, esferas de 1, 2, 5 e 10 mm e que a
relação carga aplicada e diâmetro da esfera seja uma constante:
K
D
P
2

sendo K :
 30 para aços, fofos, e ligas duras;
 10 para ligas de Cu e ligas de Al duras;
 05 para ligas de Cu, Al e ligas anti-fricção
 2,5 – 1 para ligas de Pb, Sn e metal patente.
 O valor de 0,36 vale para aços doces, entretanto este valor pode mudar
para:
• 0,33 para aços T. T.
• 0,49 para Ni recozido
• 0,41 para Ni e latão encruado
• 0,52 para cobre recozido
• 0,40 para alumínio e suas ligas.









mm
2
Kgf
36,0 HB
r Existem alguns erros e limitações do ensaio: Deformação elástica Impressão distorcida e deformação da esfera Tamanho da impressão
 Tratamentos superficiais
 Planicidade das superfícies
 No caso dos aços existe uma relação empírica entre dureza Brinell e o limite
de resistência, r, dada por:
Dureza Meyer
 Meyer surgiu com uma definição mais racional da dureza do que a proposta por
Brinell. Neste caso a dureza seria baseada na área projetada e não na
superficial. dr
Q
HM
Q
P
22
4


 Meyer propôs uma relação empírica entre a carga e o tamanho da impressão,
normalmente chamada de lei de Meyer:
dkP
'n
 onde k e n’ são constantes do material relacionados respectivamente a
resistência do metal à penetração e ao encruamento.
• Dureza Rockwell: ASTM E18 - 15a Standard Test Method for Rockwell
Hardness of Metallic Materials
 A dureza Rockewell simbolizada por HR, elimina o tempo necessário para a medição de
qualquer dimensão da impressão causada, pois o resultado é diretamente lido na máquina
de ensaio, sendo portanto rápido e livre de erros pessoais.
 Além disto, utilizando
penetradores pequenos, permite
distinguir pequenas diferenças de
dureza em aços duros e materiais
tratados superficialmente podem
ser testados sem danos.
(a) Máquina de dureza Rockwell. (b)
Etapas da medição com a
utilização de um penetrador
cônico de diamante.
pCCHR 21 
C1 e C2 são constantes para cada escala usada (TABELADOS) e p é a diferença
em milímetros de profundidade, ou seja a diferença entre a profundidade com
aplicação da pré carga e a carga total
• Dureza Vickers: ASTM E92 - 15a Standard Test Method for Vickers Hardness
of Metallic Materials
 Este tipo de dureza foi introduzido em 1925, e recebeu este nome porque a
Companhia Vickers-Armstrong Ltda, fabricou as máquinas mais conhecidas
para fornecer este tipo de dureza.
 Método é baseado na penetração de uma pirâmide de base quadrada, com
ângulo entre as faces opostas de 136 feita de diamante. Um esquema do
penetrador é apresentado na figura abaixo:
L
Q8544,1
L
2
136
senQ2
HV
22
 [kgf/mm
2]
A seguinte relação entre a dureza Vickers e o limite de escoamento pode ser
feita:
  2'ne 1,0
3
HV 

onde n’= n + 2 = expoente de Meyer.
VANTAGENS:
 escala contínua
 impressões pequenas
 precisão de medida
 deformação nula do penetrador
 apenas uma escala de dureza
 aplicação para toda a gama de materiais
 qualquer espessura
ANOMALIAS:
(a) impressão perfeita, (b) impressão
defeituosa: afundamento e (c) impressão
defeituosa: aderência
Microdureza: ASTM E384 Standard Test Method for Microindentation
Hardness of Material
 Muitas das aplicações da dureza Vickers está voltada para aplicações de microdureza.
Assim, para determinação de profundidade de camadas cementadas, temperadas, etc,
além da medição de durezas de fases ou microconstituintes podem ser feita pelo uso
da microdureza.
 Quanto ao tipo de penetrador usado, há dois tipos de microdureza: Vickers e Knoop. A
microdureza Vickers usa a mesma técnica descrita anteriormente.
 No caso da microdureza Knoop, o penetrador é do tipo apresentado na figura 
(a) comparação do tamanho de impressões Knoop e Vickers para uma mesma 
carga aplicada. (b) impressão Knoop em detalhes.
L
Q
23,14
A
Q
HK
2
mp

A expressão para obtenção da dureza Knoop pode ser dada como:
CUIDADOS:
 preparação deve ser metalográfica
 cargas pequenas podem resultarem recuperação elástica grande
 problemas de afundamento e aderência
 calibração frequente
 conversão de micro para macro dureza somente para cargas
maiores do que 500gf.
Dureza Shore:
 A dureza por choque é um ensaio dinâmico que produz a impressão num corpo de prova
por meio de um penetrador que bate na sua superfície plana. Esse choque pode ser
produzido por meio de um pêndulo (já abandonado) ou pela queda livre de um êmbolo,
tendo na ponta um penetrador.
 Em 1907, Shore propôs uma medida de dureza por choque que mede a altura do ressalto
de um peso que cai livremente até bater na superfície lisa e plan de um corpo de prova.
Esta altura de ressalto mede a perda de energia cinética do peso, absorvida pelo corpo de
prova.
 Ainda que, o comprimento e peso do martelo, além da altura de queda e o diâmetro da
ponta de diamante dependem de cada fabricante, todos os aparelhos indicam a mesma
dureza para um mesmo material.
 A impressão Shore é pequena, o equipamento é portátil, pode executar dureza em peças
grandes deve ser lisas, a escala é contínua e a norma ASTM E-448 descreve o ensaio
para metais e ASTM D2240 para borracha.
Dureza Escleroscópica, HSc ou HSd, é um
número relacionado a altura do rebote do
martelo. É medido sobre uma escala
determinada pela divisão em 100 unidades da
média do rebote do martelo em um bloco de um
aço ferramenta AISI W-5 temperado (para
máxima dureza) e não temperado.
II. ENSAIO DE IMPACTO: ASTM E23 - 16b Standard Test Methods for
Notched Bar Impact of Metallic Materials
 A fratura frágil é grandemente influenciada pelo estado de tensão, temperatura e taxa de
deformação. Não necessariamente estes três fatores necessitam de se manifestarem
conjuntamente para que uma falha catastrófica aconteça.
 Sendo assim, os ensaios que permitem avaliar a influência destes três fatores na resistência à
fratura dos materiais, são de grande importância e visam principalmente correlacionar seus
resultados com as fraturas ocorridas na prática e principalmente servem para evitar que
aconteçam fraturas de caráter frágil do material em serviço.
 Normalmente, um estado triaxial de tensões (entalhes) e baixas temperaturas são os fatores
principais responsáveis por ocorrência de fratura frágil. Entretanto, já que estes efeitos são
acentuados em taxas de carregamento elevadas, vários tipos de testes de impacto têm sido
utilizados para determinar a susceptibilidade dos materiais à fratura frágil.
 Como existem certas desvantagens com relação a este tipo de testes (os resultados não
podem ser utilizados como dados de projetos), vários outros ensaios tem sido
desenvolvidos, sendo que estes utilizam o conceito da mecânica da fratura (KIC, CTOD,
integral J). Estes ensaios não serão abordados na aula de hoje.
 O ensaio de impacto, pela sua facilidade de ensaio e baixo custo de confecção dos
corpos de prova, fez dele um dos primeiros e mais empregados para o estudo de fratura
frágil nos metais. Dos resultados deste tipo de ensaio pode-se determinar a tendência de
um material a se comportar de maneira frágil. Geralmente os corpos de prova para
ensaio de impacto são de duas classes (ASTM E23).
Velocidade de impacto = 5 m/s e taxa de deformação de 103 s-1.
 Uma outra medida importante obtida do ensaio Charpy se refere a observação 
da superfície de fratura para determinação da percentagem de fratura dútil e 
frágil.
Superfície de fratura de corpos de prova Charpy testados a diferentes temperaturas. Da
esquerda para direita temp. de ensaio em oC.
 O ensaio de impacto é mais significativo quando realizado em um intervalo de temperatura,
de maneira que pode ser determinado a temperatura. Pode ser adotado pelo menos cinco
critérios para a temperatura de transição.
 Pode ser adotado pelo menos cinco critérios para a temperatura de transição.
 Será que todos os metais apresentam temperatura de transição dútil – frágil?
 Efeito da anisotropia
ENSAIO DE IMPACTO INSTRUMENTADO
Os ensaios de impacto comum não fornece resultados que possam ser utilizados nos
projetos de engenharia estrutural, pois não existe correspondência entre níveis de tensão e
desempenho na prática.
Desta forma foi desenvolvido um equipamento capaz de fornecer dados quantitativos da
tensão desenvolvida durante o ensaio. Assim, o ensaio de impacto instrumentado, pode se
obter um gráfico carga – tempo e a partir deste gráfico tem-se a energia W1, necessária para
iniciar a trinca e a energia Wp necessária para propagar a mesma.
Ensaio de tração uniaxial
➢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;
➢Os CPs geralmente possuem
seção transversal circular ou
retangular com proporções
geométricas normalizadas
29
Curva Típica  x  (tração)
Liga de alumínio
p
32
e
Deformação Elástica
Características Principais:
➢A deformação elástica é resultado de um pequeno alongamento
ou contração da célula cristalina na direção da tensão (tração ou
compressão) aplicada;
➢Deformação não é permanente, o que significa que quando a
carga é liberada, a peça retorna à sua forma original;
➢Processo no qual tensão e deformação são proporcionais
(obedece a lei de Hooke) → F=KX;
➢Gráfico da tensão x deformação resulta em uma relação linear. A
inclinação deste segmento corresponde ao módulo de elasticidade
E
Módulo de Elasticidade (E)
 E
E = módulo de elasticidade 
ou Young (GPa)
σ = tensão (MPa)
ε = deformação (mm/mm)


α
7
Principais características:
➢Quanto maior o módulo, mais rígido será o material ou menor
será a deformação elástica;
➢O módulo do aço (≈ 200 GPa) é cerca de 3 vezes maior que o
correspondente para as ligas de alumínio (≈ 70 GPa), ou seja, e
quanto maior o módulo de elasticidade, menor a deformação
elástica resultante.
➢O módulo de elasticidade corresponde a rigidez
ou a resistência do material à uma deformação elástica.
➢O módulo de elasticidade está ligado diretamente com as
forças das ligações interatômicas
9
Comportamento não-linear
■ Alguns metais como
ferro fundido cinzento, o
concreto e muitos
polímeros apresentam
um comportamento não
linear na parte elástica
da curva tensão x
deformação
Módulo de Elasticidade
➢O módulo de elasticidade é 
dependente da temperatura;
➢Quanto maior a temperatura 
o E tende a diminuir.
* Polímero termoplástico
** Polímero termofixo
*** Compósitos
38
Deformação Plástica
39
➢Para a maioria dos materiais metálicos, o regime elástico persiste
apenas até deformações de aproximadamente 0,2 a 0,5%.
➢À medida que o material é deformado além, desse ponto, a
tensão não é mais proporcional à deformação (lei de Hooke) e
ocorre uma deformação permanente não recuperável denominada
de deformação plástica;
➢A deformação plástica corresponde à quebra de ligações com os
átomos vizinhos originais e em seguida formação de novas
ligações;
➢A deformação plástica ocorre mediante um processo de
escorregamento (cisalhamento) , que envolve o movimento de
discordâncias.
Limite de proporcionalidade e Tensão limite 
de escoamento
➢O limite de proporcionalidade pode ser
determinado como o ponto onde ocorre o
afastamento da linearidade na curva tensão
– deformação (ponto P).
➢A posição 
determinada
deste ponto pode não ser 
com precisão. Por
conseqüência foi adotada uma convenção: é
construída uma linha paralela à região
elástica a partir de uma pré-deformação de
0,002 ou 0,2%.
➢A intersecção desta linha com a curva
tensão– deformação é a tensão limite de
Alongamento 
escoamento
escoamento (σy) 40
n = 0,5% = ligas não ferrosas moles
n = 0,2% – metais e ligas metálicas em geral
n = 0,1% aços ou ligas muito duras
n = 0,01% - aços molas
Limite de resistência à tração
➢Após o escoamento, a tensão
necessária para continuar a
deformação plástica aumenta até
um valor máximo (ponto M) e
então diminui até a fratura do
material;
➢Para um material de alta 
capacidade deformaçãode
do CP decresce 
ao ultrapassar o
plástica, o φ 
rapidamente 
ponto M e assim a carga
necessária para continuar a
deformação, diminui até a ruptura
final.
O limite de resistência à tração é a tensão no ponto máximo da curva tensão-
deformação. É a máxima tensão que pode ser sustentada por uma estrutura
que se encontra sob tração, ponto M. 14
Ductilidade
43
Definição: é uma medida da extensão da deformação que ocorre 
até a fratura
Ductilidade pode ser definida como:
➢Alongamento percentual %AL = 100 x (Lf - L0)/L0
• onde Lf é o alongamento do CP na fratura
• uma fração substancial da deformação se concentra na 
estricção, o que faz com que %AL dependa do comprimento do 
corpo de prova. Assim o valor de L0 deve ser citado.
➢Redução de área percentual %RA = 100 x(A0 -Af)/A0
• onde A0 e Af se referem à área da seção reta original e na 
fratura.
• Independente de A0 e L0 e em geral é  deAL%
Tenacidade em Tração
Material Dúctil
44
Material Frágil
➢Representa 
habilidade de
uma medida da 
um material em
absorver energia até a fratura;
➢Pode ser determinada a partir da
curva x. Ela é a área sobre a
curva;
➢Para que um material seja tenaz,
deve apresentar resistência e
ductilidade. Materiais dúcteis são
mais tenazes que os frágeis.
Resiliência
45
r
 e
U    d
0
Definição: Capacidade de um material
absorver energia sob tração quando ele é
deformado elasticamente e devolvê-la quando
relaxado (recuperar);
✓ O módulo de resiliência é dado pela área da
curva tensão-deformação até o escoamento
ou através da fórmula:
✓ Na região linear Ur =yy /2 =y(y /E)/2 =
2y /2E
Assim, materiais de alta resiliência possuem
alto limite de escoamento e baixo módulo de
materiais seriam ideaiselasticidade. Estes 
para uso em molas.
e
r

U   d 
0
Ensaio de Tração: Curva Tensão – Deformação
Convencional
■ Tensão Convencional, nominal 
ou de Engenharia
σC=tensão 
P=carga aplicada
O
C
A
P
 
S0=seção transversal original
■ Deformação Convencional, 
nominal ou de Engenharia
εC = deformação (adimensional - mm/mm) 
l0 = comprimento inicial de referência (mm) 
l = comprimento de referência para cada
carga (mm)
46
𝑒𝑐 =
𝑙 − 𝑙0
𝑙0
=
∆𝑙
𝑙0
Coeficiente de Poisson
É o coeficiente que mede a rigidez do material na direção
perpendicular à direção da carga de tração uniaxial aplicada.
No ensaio de tração é o quociente entre a deformação lateral (’) e a
deformação na direção da tensão aplicada ().



Propriedades Mecânicas da metais 
e ligas
48
Encruamento
➢ A partir da região de
escoamento, o material entra
no campo de deformações
permanentes, onde ocorre
endurecimento por trabalho a
frio (encruamento);
➢ Resulta em função da
interação entre discordâncias
e das suas interações com
obstáculos como solutos e
contornos de grãos. É
cada 
ocorra
preciso uma energia 
vez maior para que 
essa movimentação 27
➢ Região localizada em uma seção
reduzida em que grande parte da
deformação se concentra;
➢ Ocorre quando o aumento da
dureza por encruamento é menor
que a tensão aplicada e o material
sofre uma grande deformação.
Empescoçamento - Estricção
50
Tensão Verdadeira e Deformação 
Verdadeira
➢ Na curva tensão-deformação
convencional
máximo (ponto
após o ponto 
M), o material
aumenta em resistência devido
ao encruamento, mas a área da
seção reta está diminuindo
devido ao empescoçamento;
➢ Resulta em 
capacidade
uma redução na 
do corpo em
suportar carga;
➢ A tensão calculada nessa carga
é baseada na área da seção
original e não leva em conta o
pescoço. 30
Estricção ou 
empescoçamento
Tensão Verdadeira e Deformação 
Verdadeira
i
V
A
P
 
➢ A Tensão Verdadeira é definida
como sendo a carga P dividido
sobre a área instantânea, ou
seja, área do pescoço após o
limite de resistência à tração
➢ A Deformação Verdadeira é 
definida pela expressão
l0
52
V
  ln
li
Relações entre Tensões e 
Deformações Reais e Convencionais
■ Deformação ■ Tensão
l 
l0
 ln(1  eC ) r  ln
 1  eC
l 
l0 C
C
P P
S S0
S
l0S
 r C(1 eC )
 (1eC) r 
1 e
S  0
ln
S0  ln
l
 ln(1 e )
53
𝑒𝐶 =
𝑙 − 𝑙0
𝑙0
=
∆𝑙
𝑙0
=
𝑙
𝑙0
− 1
Efeito da temperatura
➢ A temperatura pode
influenciar 
significativamente as 
propriedades 
mecânicas levantadas 
pelo ensaio de tração
➢ Em geral, a resistência 
diminui e a ductilidade
aumenta 
aumento
conforme o
de
temperatura
54
Ensaio de Compressão
➢ O ensaio de compressão é a
aplicação de carga compressiva
uniaxial em um CP;
➢ A deformação linear obtida pela
medida da distância entre as placas
que comprimem o corpo versus a
carga de compressão consiste no
resultado do ensaio;
➢ As propriedades mecânicas obtidas
são as mesmas do ensaio de
tração.
55
Curva  x  - Compressão
56
Ensaio de Compressão
➢ Em função
submicroscópicas
de trincas 
os materiais
frágeis são geralmente fracos
em condições de tração, já que
as tensões de tração tendem a
propagar essas trincas
➢ Materiais frágeis como as
cerâmicas apresentam porém
alta resistência à compressão
57
Ensaio Compressão – Modos de Deformação
(a)Flambagem, quando L/D > 5
(b) Cisalhamento, quando L/D > 2,5
(c) Barril duplo, quando L/D > 2,0
(d)Barril , quando L/D > 2,0 e há 
fricção nas superfícies de contato
(e)Compressão homogênea, quando
L/D < 2,0 e não existe fricção nas
superfícies de contato
(f)Instabilidade compressiva devido ao 
amolecimento do material por efeito de
carga.
A flambagem, o cisalhamento e a instabilidade devem ser evitados
58
Ensaio de Compressão
Q Resultado do ensaio de
compressão aplicado em
um cilindro de cobre
59
Ensaio de compressão: Embarrilhamento
➢ Durante o ensaio de compressão,
as faces do corpo de prova que
estão em contato direto com as
placas sofrem uma resistência que
se opõe ao escoamento do
material devido às forças de atrito.
➢ Isto leva a um corpo de prova em
forma de barril (embarrilhamento)
tornando necessário a
determinação das tensões e
deformações verdadeiras;
60
atuam conjuntamente, tanto 
modo como nos valores
➢ Os fatores atrito e relação L/D
no 
da
deformação.
Tensões e Compressões Verdadeiras
➢ Tensão Verdadeira:
2
0 0
4.P.h
r  .D .h
 
➢ Deformação Verdadeira:
h
40
r
  ln
h0
Ensaio de Torção
➢ O Ensaio de torção
consiste na aplicação de
carga rotativa em um
corpo de prova geralmente
de geometria cilíndrica;
➢ Mede-se o
torção como
ângulo de 
função do
momento torsor aplicado;
➢ Muito utilizado na indústria
de componentes 
mecânicos como
de arranque,
motores 
turbinas
aeronáuticas, rotores de
máquinas pesadas, barras 
de torção, molas etc... 41
Ensaio de torção
As propriedades 
principais obtidas no 
ensaio de torção são:
de ruptura à
■ Módulo de elasticidade
■ Limite de escoamento à 
torção
e
■ Módulo 
torção
u
transversal
G 42
G= módulo de elasticidade transversal 
(ensaios de torção)
 = Tensão de cisalhamento
 = Deformação de cisalhamento
  G .
Relação entre G ,  e E
43
➢Para materiais isotrópicos,
o módulo de elasticidade
está relacionado com o
coeficiente de Poisson
e com o Módulo de
Cisalhamento
Relação entre G e E:
E  2G(1 )
Valores de E, G e coeficiente de Poisson
44
Normalmente  varia entre 0,25 a 0,35
Ensaio de Flexão
➢O Ensaio de flexão consiste
na aplicação de uma
carga crescente em
determinados pontos de
uma barra
➢ Mede-se o valor da carga
versus a deformação
máxima
➢ Existem dois tipos
principais de Ensaios:
Ensaio de flexão em três
pontos e Ensaio de flexão
em quatro pontos 45
3 pontos
4 pontos
Ensaio de Flexão
As principais propriedades
obtidas em um Ensaio de
Flexão são:
➢ Módulo de ruptura na flexão
➢ Módulo de elasticidade
➢ Módulo de resiliência
➢ Módulo de tenacidade
■ É um ensaio muito utilizado 
em cerâmicas, polímeros e
metais 
dados
duros, pois fornece 
de deformação
quando sujeitos a cargas de 
flexão 46
Ensaio de Fluência
materiais devido 
átomos, movimento
à difusão dos
de
escorregamento ediscordâncias, 
recristalização.
➢ Fenômeno ocorre em T>0,4Tf
(acima de 0,4 da temp. fusão).
47
Definição Fluência: fenômeno de deformação plástica acumulada com
o tempo que um sólido apresenta, sob o efeito constante da tensão e
temperatura.
➢ O ensaio de fluência consiste na
aplicação de uma carga constante
em um material durante um período
de tempo, em temperaturas
elevadas;
➢ Essas condições são favoráveis a
mudanças de comportamento dos
Ensaio de Fluência
➢ No ensaio de fluência pode-
se obter apenas o tempo de
ruptura total (ensaio de
ruptura por fluência).
➢ Normalmente no ensaio de
fluência são medidas as
deformações que ocorrem
no CP em função do tempo
(ensaio de fluência).
➢ Entre os materiais
ensaiados em fluência pode-
se citar os empregadosem
instalações de
petroquímicas, 
nucleares,
refinarias 
usinas 
indústria
aeroespacial, turbinas,
forno craqueamento etc.. 48
Ensaio de Fluência
O ensaio de fluência pode ser dividido 
em três estágios:
■ Primário: decréscimo contínuo da taxa
de fluência (d/dt) em função do
aumento de resistência devido ao
encruamento
■ Secundário: taxa de fluência
constante, função do equilíbrio entre
encruamento e recuperação (devido
temp.). O parâmetro mais importante
(taxa mínima de fluência) consiste
na inclinação da curva nesse estágio
fluência devido a estricção do
culminando na ruptura devido
■ Terciário: aceleração da taxa de
CP
à
formação e propagação de trincas 49
Ensaio de Fadiga
■ Os materiais metálicos, quando submetidos
cíclicos rompem-se a tensões inferiores
a esforços 
àquelas
determinadas nos ensaios de tração e compressão. A 
ruptura que ocorre é denominada ruptura por fadiga
■ O ensaio de fadiga consiste na aplicação de carga cíclica 
em corpo de prova padronizado
50
Tensões Cíclicas
■ Ciclo de tensões aleatórias.
Em geral são possíveis três
modalidades diferentes de tensão
oscilante-tempo:
■ Ciclo de tensões alternadas:
dependência regular e senoidal
em relação ao tempo, alternando
entre uma tensão máxima de
tração e uma tensão mínima de
compressão de igual magnitude;
■ Ciclo de tensões repetidas:
valores máximos e mínimos são
assimétricos e relação ao nível 0
de tensão;
51
Curva σ-N ou Curva de Wöhler
➢ Em geral, a curva σ-N de materiais
ferrosos (+ Ti) apresenta um limite de
resistência à fadiga. Para valores
abaixo desse limite o CP nunca irá 
sofrer ruptura por fadiga
caracterizada pela resistência
➢ Para ligas não ferrosas a fadiga é
à
fadiga, tensão na qual ocorre ruptura
por fadiga após um número de ciclos
específicos(106 a 108)
➢ Vida à fadiga consiste no número de
ciclos que causará a ruptura em
determinado nível de tensão
➢ Em função do número de ciclos para
haver ruptura o ensaio pode ser de
baixo ciclo (104) ou de alto ciclo
(acima desse limite)
73
Curva σ-N ou Curva de Wöhler
■ Resultado de ensaio de fadiga para diferentes materiais
74
➢ Limite de resistência à fadiga (Rf): em certos materiais (aços, titânio,...)
abaixo de um determinado limite de tensão abaixo do qual o material nunca
sofrerá ruptura por fadiga.
➢ Resistência à fadiga (f): em alguns materiais a tensão na qual ocorrerá a
falha decresce continuamente com o número de ciclos (ligas não ferrosas: Al,
Mg, Cu,...). Nesse caso a fadiga é caracterizada por resistência à fadiga
Para os aços o limite de resistência à fadiga (Rf) está entre 35-65% do limite de
resistência à tração.
Diferença entre Limite à Fadiga e Resistência a Fadiga
54
Nucleação da Trinca
■ A ruptura do material por fadiga ocorre devido à formação e
propagação de trincas;
■ As trincas se iniciam principalmente em defeitos de
superfície,entalhes, inclusões, contornos de grãos, defeitos
de solidificação, pontos de corrosão e pontos que sofrem
deformação localizada.
55
Propagação de Trincas
➢ A concentração de
tensão(tração)na ponta
da trinca favorece o
deslizamento de
planos em 45o (A,B e
C)
➢ Em resposta à
deformação plástica, a
ponta da trinca torna-
se curva (embota).
➢ Na recuperação da
tensão (ou tensão de
compressão) a ponta é
comprimida, formando
novamente uma ponta
aguda e o processo
volta a se repetir em
cada ciclo 56
Características Macroscópicas
Nucleação
Propagação 
instável
Características macroscópicas gerais de uma fratura por fadig5a7.
57
Modo Macroscópico de Propagação de 
Trinca por Fadiga
A superfície de uma fratura por fadiga apresenta duas regiões 
distintas:
➢Região de propagação estável da trinca (aspecto polido, devido ao atrito das faces da 
trinca com possíveis marcas de progressão da trinca;
➢Corresponde à área de fratura final não tendo ação do atrito (grosseiro, irregular,
texturizado) – fratura frágil ou dúctil
Ni
Np
Nff
58
Bibliografia
59
de Materiais – uma Introdução, Willian D.Q Ciência e Engenharia
Callister, Jr. LTC 5. edição.
Materials, 4th edQ The Science and Engineering of 
Donald R. Askeland – Pradeep P. Phulé.
Q Dieter, G.E. Metalurgia Mecânica 2.ed. Rio de Janeiro: GuanabaraDois, 
1981.
Q Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos, Fundamentos teóricos e 
práticos. 5º. Edição. Sérgio Augusto de Souza
Q AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM E8M-
01A (2001). Standard test methods of tension testing of metallic materials. 
Metric. Philadelphia.
Q AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM E9-
89a00 (2000). Standard Test Methods of Compression Testing of Metallic 
Materials at Room Temperature
OBRIGADO PELA
ATENÇÃO !!!
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