Propriedades Mecânicas dos Materiais

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 1º Lista de exercícios: estrutura e propriedade dos materiais.
1 Compare e contraste: resistência, ductilidade e tenacidade.
Resistência é maxiama energia de deformação que uma barra pode absorver sem sofrer deformações permanentes;
Tenacidade é a capacidade de o material absorver energia devido à deformação ate à ruptura é uma propriedade desejável para casos de peças sujeitas a choques e impactos como engrenagens e correntes, por exemplo;
ductilidade é a característica que nos mostra que quanto mais dúctil o material maior sua deformação de ruptura isso significa que um material mais dúctil pode ser trefilado com mais facilidade.
2 Porque o limite de escoamento é comumente definido para 0,2% de deformação permanente?
O escoamento é caracterizado por uma deformação permanentemente (plástica) que aumenta sem que haja um aumento progressivo da carga (durante o escoamento a carga oscila entre valores muito próximos uns dos outros). Para materiais que não apresentam nitidamente um escoamento, define-se o limite de escoamento (σn) como a tensão corresponde a n de deformação permanente. Diversos materiais não apresentam, e mesmo nas ligas que isso ocorre não pode ser observado, na maioria dos casos porque acontece muito rápido e não possível detectá-lo. Por essas razões, foram convencionadosalguns valores para determinar esse limite. O valor convencionado (n) corresponde a um valor percentual:
n= 0,2% para metais e ligas metálicas em geral;
n=0,1% para aços ou ligas ferrosas ou mais duras;
n=0,01 para aços mola.
3 Os termos “limite elástico e limite de escoamento” são às vezes usados como sinônimos. Por que razão isto não é sempre rigorosamente válido?
O limite elástico é a tensão máxima que um material elástico pode suportar sem sofrer deformações permanentes. O que significa que se quando a carga aplicada é aliviada a peça retorna a sua forma original. Se por acaso aplicar uma carga superior a este limite a peça entra na em deformação permanente e não retorna a sua forma original quando são retiradas as cargas então se pode afirmar que se o material for submetido a cargas inferiores ao seu limite sua deformação(se ocorrer)é temporária conforme a lei de Hooke;
 tensão de escoamento é o limite de cargas que a peça suporta ainda no regime elástico se ainda ocorrer aumento de carga o material não retorna a sua forma original portando deixa de obedecer à lei de Hooke.
4 Defina e exemplifique fórmulas e unidades para as seguintes propriedades mecânicas dos materiais: Tensão, deformação relativa, módulo de elasticidade, resistência ao escoamento, resistência mecânica, ductilidade,alongamento, redução de área, tenacidade, dureza, resistência ao impacto, dobramento.
Tensão: é a grandeza física que corresponde à força por unidade de área. A tensão é obtida dividindo o valor de uma força axial pela área da secção transversal em que ela é aplicada.
 (T=tensão; F= força; A=área da secção).
Durante algum tempo a unidade de medida usada era foi mm2 ou em p.s.i(libra por polegada quadrada). Com a adoção do sistema internacional (SI), essas unidades foram substituídas pelo pascal(PA).Um múltiplo dessa unidade o megapascal(Mpa), vem sendo usado por um numero crescente de países inclusive o Brasil.O megapascal corresponde a força de 1N aplicada perpendicularmente a uma superfície de área de 1 mm2,portanto 1Mpa vale aproximadamente 0,1mm2.
Ex: Uma barra de seção circular com 50 mm de diâmetro é tracionada por uma carga normal de 36 kN. Determine a tensão normal atuante na barra.
F= 36 KN=36000N
Ø= 50 mm=→R=25 mm Calculando a área da secção circular:
A=π r2=3,14(25)2=1963,5mm2
 → T= →T=18,33 Mpa
Deformação relativa: A deformação relativa, em qualquer ramo da ciência que lida com materiais e seu comportamento, é a expressão geométrica de deformação causada pela ação da tensão em um corpo físico. A deformação relativa é calculada em princípio assumindo-se uma mudança entreos dois estados do corpo: o estado inicial e o estado final. Então, a diferença de posição de dois pontos neste corpo nesses dois estados exprime o valor numérico da deformação. Tensão relativa, portanto, se expressa como uma mudança de tamanho ou forma. Se a deformação relativa é igual em todas as partes do corpo, é chamada de deformação homogênea; de outra forma, seria uma deformação heterogênea ou não homogênea.
Módulo de elasticidade: Na fase elástica, se dividirmos a tensão pela deformação em qualquer ponto iremos obter sempre um valor constante. Este valor constante é chamado de módulo de elasticidade ,a expressão matemática dessa relação é: , onde E é a constante que representa módulo de elasticidade .O modulo de elasticidade é a medida da rigidez do material.Quanto maior dor o modulo,menor será a deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão e mais rígido será o material.Esta propriedade é muito importante na seleção de matérias para a fabricação de molas.
Resistência ao escoamento:
Resistência mecânica: no campo da mecânica dos sólidos é entendida como a força resultante da aplicação de uma força sobre um material. É a deformação do material que gera a força resultante, na medida direta de seu módulo de elasticidade. Na engenharia, a resistência mecânica de uma estrutura éa sua capacidade de suportar as solicitações externas sem que estas venham a lhe causar deformações plásticas.
Ductilidade: é a propriedade física dos materiais de suportar a deformação plástica de cargas sem romper ou fraturar. O material dúctil é aquele que se deforma sob uma tensão o ouro,cobre e alumínio são materiais dúcteis,o oposto de dúctil é frágil quando o material, quando o material se rompe sem sofrer grandes deformações.
Alongamento: Representa o aumento percentual do comprimento da área da peça sob tração no momento da ruptura o modulo de elasticidade é medido pela razão entre a tensão e a deformação dentro do limite de elástico em q a deformação é totalmente reversível e proporcional a tensão. A formula usada para obter esse valor percentual é: , onde A=percentual de alongamento;Lf=comprimento final e L0=comprimento inicial
Ex: Uma barra de aço foi submetida a um teste de alongamento e tinha como comprimento inicial 200 mm e ao final do teste estava com 230 mm qual foi o percentual de alongamento?
Resp: → →A= 0,15x100%= 15%
Redução de área ou estricção: é a redução percentual da área transversal do corpo de prova. Após a ruptura do corpo de prova,a estricção é calculada da seguinte maneira:
, onde S0 e Sf são respectivamente a área inicial e área final da secção transversalda parte útil do corpo de prova. No corpo de prova mede-se a secção circular duas vezes perpendiculares entre si e depois determina-se o diâmetro médio o valor obtido é usado para calcular a secção transversal após a ruptura do corpo de prova,calcula-se da seguinte maneira:
; .
Ex: Calcular a estricção de um corpo de prova cilíndrico no qual área inicial=20 e diâmetro médio= 10.
 S=314
 S=78,5
 = 0,75= 75%
Tenacidade: é a medida da capacidade de um material tem em absorver energia ate sua fratura e pode ser qualificada a partir dos resultados de um teste de tensão de tração e deformação.
Dureza: é a resistência à penetração ou risco. Um pequeno penetrador é forçado contra a superfície de uma material a ser testado sob condições controladas de carga e taxa de aplicação,faz-se a medida da profundidade ou do tamanho da penetração,quanto mais macio for o material maior será sua penetração.A escala de dureza pode ser dada em varias unidades dependendo de como é feito o teste as mais usadas são:Dureza Rockwell;Dureza Brinell;Microdureza Knoop e Vickes.
Resistência ao Impacto: Os materiais dúcteis em condições especiais, podem sofrer ruptura sem deformação plástica. Esse comportamento frágil é analisado no ensaio de impacto.
São três fatores que contribuem para a
ocorrência defraturas do tipo frágil em materiais dúcteis:
Alta velocidade da aplicação de carga (carga aplicada por impacto); Baixa Temperatura; Presença de entalhe (Diminuição localizada na secção transversal de um corpo).
Para ocorrer fratura frágil, estes fatores devem estar presentes individualmente ou em conjunto.
Ensaio de dobramento: O ensaio de dobramento é um ensaio qualitativo simples e barato que pode ser usado para avaliar a ductilidade de um material. É frequentemente usado para controle de qualidade de juntas com solda de topo. Tanto o equipamento como os corpos de prova são bastante simples, possibilitando a condução do teste no ambiente de fábrica. Basicamente, o teste consiste em apoiar o corpo em dois pontos afastados de uma distância conhecida e aplicar no ponto médio desta distância uma carga vertical. Esta forma de dobramento é também denominada flexão de três pontos. A carga é transmitida através de um cutelo e causa a deformação por efeito de flexão, até que seja atingido um ângulo especificado, denominado ângulo de dobramento. A deformação é permanente. A parte externa do corpo de prova (região tracionada) fica severamente deformada plasticamente.
Outra forma de teste consiste em fixar uma das extremidades do corpo de prova, aplicando a carga na outra extremidade ou em outro ponto docorpo, utilizando sistemas móveis com cutelos e roletes.
O parâmetro mais importante deste ensaio é o ângulo de dobramento, que pode ser de 90°, 120° ou 180°, dependendo dos requisitos do teste. O corpo de prova deverá ser deformado até atingir o ângulo desejado. Quanto maior o ângulo, mais severo o ensaio. No caso de corpos de prova soldados é usual determinar o alongamento percentual da região soldada.
5 Uma barra de aço de 12,7 mm de diâmetro suporta uma carga de 7000 Kg) e por essa razão uma força de 68.600N)
a- Qual a tensão atual na barra?
A=π r2 →π (6.35)2=126,6 mm2
 → →T= 541,8 Mpa
b- Se o modulo de elasticidade vale 205000 Mpa, quanto será deformada para tal carregamento?
→ 205000= →ε= = 2,53x10-3
Bibliografia: Apostila de metalúrgica físico química
 (professor Nasareno das neves)Fatec-Sp
http://www.mspc.eng.br/matr/resmat0140.shtml
http://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/7505-ensaio-de-dobramento-avalia-ductilidade
http://www.guiametal.com.br/uploads/pdf/apostila-ciencia-tecnologia-dos-materiais.pdf
http://kaiohdutra.files.wordpress.com/2010/10/aula-6-propriedades-mecanicas-dos-materiais.pdf
http://www.marcoscassiano.com/eng/images/stories/LIVROS_ARQUIVOS/tecnicos/resistencia/Senai_Resistencia_dos_Materiais.pdf