Propriedades Mecânicas dos Materiais

Prévia do material em texto

1 
 
 
1 
Universidade Federal de Itajubá 
Campus de Itabira 
Disciplina: EMEi10 – Materiais de Construção Mecânica III 
Prof. Moisés Luiz Parucker 
 
 
Aula 2– Propriedades Mecânicas 
Conteúdos da Aula/Objetivos 
2 
Unidade 2 – Comportamento mecânico e dinâmico dos materiais 
elásticos e viscoelásticos – propriedades mecânicas dos metais. 
 
Objetivos: 
 Introduzir os conceitos básicos associados com as propriedades 
mecânicas dos materiais; 
 
 Avaliar fatores que afetam as propriedades mecânicas dos materiais; 
 
 Rever alguns dos testes básicos utilizados para avaliar muitas destas 
propriedades. 
 
 É obrigação dos engenheiros 
compreender como as várias 
propriedades mecânicas são medidas 
e o que essas propriedades 
representam. 
 
 
 
 
 
Possibilitam o desenvolvimento de 
projetos e produtos capazes de atender 
a dadas exigências mecânicas e 
estruturais. 
Equipamento de dureza 
Rockwell. 
Resistência Dureza Ductilidade Rigidez 
• Muitos materiais quando em serviço estão sujeitos a forças ou 
cargas sendo necessário conhecer as características do material 
para o correto projeto evitando por exemplo fraturas ou 
deformação excessiva. 
•O comportamento mecânico de um material reflete a relação 
entre a sua resposta ou deformação a uma carga ou força 
aplicada. 
Importância tecnológica 
Aviões utilizam ligas de alumínio de alta 
resistência e materiais compósitos reforçados 
com fibras de carbono e kevlar. 
Os materiais utilizados na fabricação de acessórios esportivos precisam 
ser leves, rígidos, resistentes e tenazes. Os ensaios mecânicos permitem 
avaliar estas propriedades. 
• Os ensaios dos materiais – para avaliar as propriedades 
mecânicas – são executados e interpretados segundo normas 
padronizadas. 
Sociedade Americana para Ensaio e Materiais – ASTM (American 
Society for Testing and Materials) 
Annual Book of ASTM 
Standards 
• Tensão – Força ou carga por unidade de área de seção 
transversal na qual a carga ou força está agindo. 
 
• Deformação – Alongamento. Mudança na dimensão por 
unidade de comprimento. 
 
• Módulo de Young (E) – A inclinação da parte linear da 
curva tensão-deformação na região elástica. O mesmo que 
módulo de elasticidade – rigidez de um material. 
 
• Módulo de cisalhamento (G) – A inclinação da parte linear 
da curva tensão-deformação (de cisalhamento). 
As TENSÕES podem ser de TRAÇÃO, COMPRESSÃO, 
CISALHAMENTO ou TORÇÃO, FLEXÃO entre outras. 
Tração Compressão Cisalhamento Torção 
Note que a tensão e a pressão são grandezas fisicamente análogas, 
ambas tendo unidades de força dividida por área (SI: N/m2). 
As deformações podem ser ELÁSTICAS ou PLÁSTICAS. 
 
• As DEFORMAÇÕES ELÁSTICAS não são permanentes, isto 
é, são deformações que desaparecem quando a tensão 
aplicada é retirada. Dito de outra forma, as deformações 
elásticas são reversíveis. 
• As DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS são permanentes, isto é, 
permanecem após a tensão aplicada ser retirada. 
Deformações plásticas são irreversíveis, sendo 
acompanhadas por deslocamentos atômicos permanentes. 
 É um dos ensaios mais importantes e utilizados 
atualmente, tanto para a obtenção de informações 
básicas sobre a resistência de materiais, como um 
teste de controle de especificações. 
 Neste teste o CP (corpo de prova) é submetido a 
uma força trativa uniaxial continuamente 
crescente. 
http://www.youtube.com/watch?v=sKBOdB0x4gk&feature=related 
 Os CORPOS DE PROVA utilizados 
nos ensaios de tração podem 
ter diferentes formas e 
dimensões. 
 As medidas de TENSÃO são 
feitas com uma CÉLULA DE 
CARGA. 
 As medidas de DEFORMAÇÃO 
são feitas com um 
EXTENSÔMETRO ou 
diretamente sobre o corpo de 
prova. 
https://www.youtube.com/watch?v=ztJ4UkwNGpg 
Lei de Hooke: tensão é 
proporcional à deformação – 
região elástica 
Ductilidade: é uma medida da 
extensão da deformação que 
ocorre até a fratura. 
Curvas tensão-deformação esquemáticas obtidas durante 
ensaio de tração de diversos tipos de materiais. 
 Quando se deforma um metal 
em baixas temperaturas ( 
trabalho a frio) ele se torna 
mais duro e mais resistente ao 
mesmo tempo em que se torna 
menos dútil ou mais frágil. 
 
 O encruamento é explicado 
pela interação dos campos de 
deformação das discordâncias, 
que são aumentadas pela 
deformação, exigindo cada 
vez mais força para seguir 
deformando. 
Fig. Curva tensão-deformação com trabalho a frio 
Encruamento ou trabalho a frio: 
base para as técnicas de fabricação 
Todas estas propriedades são sensíveis a qualquer deformação anterior, 
presença de impurezas ou qualquer tratamento térmico que o metal tenha sofrido. 
O módulo de elasticidade é um parâmetro mecânico insensível a esses 
tratamentos. 
As primeiras medidas de dureza foram feitas comparando a capacidade 
dos diversos materiais de riscarem uns aos outros (Dureza Mohs) 
Dureza: resistência de um material à deformação (plástica e elástica) 
localizada 
http://www.youtube.com/watch?v=
8ADxiWn_UYc 
 Provoca-se uma flexão ao se aplicar um carregamento em 
três pontos, causando uma tensão trativa que surge no ponto 
central e inferior da amostra – a fratura tem inicio neste local. 
 
 Resistência à flexão: 
 
 
 Módulo de flexão: 
w 
http://www.youtube.com/watch?v=OyVhQV1QeAc&feature=related 
 Quando um material é submetido a um impacto súbito e intenso, com uma 
taxa de deformação elevada ele pode se comportar de um modo bem 
mais frágil que o observado nos ensaios de tração. 
 
 
Quando estirado bem lentamente as 
cadeias poliméricas terão tempo de 
deslizar umas sobre as outras e 
promover grandes deformações 
plásticas. 
Quando uma grande carga é aplicada 
em um curto intervalo de tempo esse 
material se comporta de forma frágil. 
O teste de impacto avalia a fragilidade de um material sob condições de 
altas taxas de deformação ~103 s-1. 
O teste de impacto avalia a fragilidade de um material sob 
condições de altas taxas de deformação ~103 s-1. 
Energia absorvida x temperatura (náilon) 
Um dos principais objetivos do ensaio 
de impacto é verificar se o material 
apresenta temperatura de transição 
dúctil – frágil com a alteração da 
temperatura. 
Fenômeno que pode ter contribuído 
para o naufrágio do Titanic. 
Temperatura de transição dúctil – frágil está relacionada com a temperatura de 
transição vítrea nos polímeros 
A alta temperatura de transição dos polímeros empregados nos anéis de 
vedação dos foguetes propulsores foi uma das causas do destraste do ônibus 
espacial Challenger. 
http://www.youtube.com/watch?v=j4JOjcDFtBE