Aula 8, 9 - Propriedades Mecanicas

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Curso de Engenharia Mecânica (UACSA)
Disciplina: Ciência e Processamento dos Materiais
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Aulas 8,9‐ Propriedades Mecânicas dos Materiais
Prof.: Marcos Ghislandi
(ghislandi@gmail.com)
(marcos.ghislandi@cetene.gov.br) 
Curso de Engenharia Mecânica (UACSA)
Disciplina: Ciência e Processamento dos Materiais
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Conteúdo Programático
Aula Tópicos 
1 Conceitos básicos em Engenharia de Materiais
2 Ligações Atômicas
3‐4 Estruturas Cristalinas de Metais e Cerâmicas
5 Estruturas de Polímeros
6 Imperfeições em Sólidos
7 Difusão em Sólidos
8‐9 Propriedades Mecânicas dos Materiais
Curso de Engenharia Mecânica (UACSA)
Disciplina: Ciência e Processamento dos Materiais
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Conteúdo Programático
Aula : Propriedades Mecânicas dos Materiais
1. Introdução e conceitos fundamentais
2. Ensaio de Tração: Tensão vs Deformação
3. Rigidez : Módulo Elástico
4. Resistência: Escoamento, Limite Máximo, Fratura
5. Ductilidade vs Fragilidade
6. Tenacidade / Resiliência
7. Propriedades das Cerâmicas e Polímeros
8. Exercício Proposto
4
Objetivos/Importância
 Definir o que são deformações e tensões em materiais;
 Elaborar ensaios, observar gráficos de tensão x deformação e 
obter várias propriedades mecânicas dos materiais;
 Entender os conceitos de resistência à tração, elasticidade, 
ductilidade, tenacidade e dureza, além de desenvolver um 
senso de perspectiva das magnitudes aceitáveis destas 
propriedades.
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
Engenheiros de materiais estão preocupados com a produção e fabricação de 
materiais para atender às exigências de serviço. Isso envolve, necessariamente, 
uma compreensão das relações entre microestrutura dos materiais e suas 
propriedades mecânicas. É imprescíndivel compreender como as várias 
propriedades mecânicas são medidas e o que elas representam.
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‐ Intensidade de ligações
‐ Natureza /
Arranjo átomos
‐ Defeitos 
PROPRIEDADES A NÍVEL ATÔMICO/MOLECULAR
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MEIOS DE APLICAÇÃO DE FORÇAS
Tração
TorçãoCisalhamento
Compressão
7
MEIOS DE APLICAÇÃO DE FORÇAS
8
ENSAIO DE TRAÇÃO
Corpos de prova – “Dog bone”
Máquina de Ensaios Universal
Extensômetro
9
ENSAIO DE TRAÇÃO: TENSÃO VS DEFORMAÇÃO (METAIS)
Deformação (%)  
Tensão (MPa) 
Linear/ Elástico
Deformação (ε) 
T
e
n
s
ã
o
 
(
σ
)
 
10
Lei de Hooke 
Proporcionalidade
LEI DE HOOKE – MÓDULO ELÁSTICO (YOUNG)
RIGIDEZ
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MÓDULO ELÁSTICO (YOUNG) ‐ MAGNITUDE
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MÓDULO ELASTICIDADE – LIGAÇÕES ATÔMICAS
13
MÓDULO ELÁSTICO (YOUNG) VS TEMPERATURA
14
PROPRIEDADES ELÁSTICAS ‐ COEFICIENTE DE POISSON 
Coeficiente Poison
15
COEFICIENTE DE POISSON ‐ ISOTROPIA 
Valores para alguns Metais e Cerâmicas
Polímeros (Anisotrópicos)
1616
Exercício proposto:
Um cilindro de latão com diâmetro de 10 mm é tracionado ao
longo do seu eixo. qual é a força necessária para causar uma
mudança de 2.5 µm no diâmetro, se a deformação for
puramente elástica? Dados       GPa
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
x = d/d0 = -2.5 x10-3mm / 10mm = -2.5 x10-4
z = - x/-2.5 x10-4 / 0.34 = 7.35 x10-4
 = E. z = 97x103 MPa x 7.35 x10-4 = 71,3 MPa 
F = A0 =  d02/4 = 71,3 x106 N/m2 x (10 x10-3m)2/4 = 5600 N
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
PROPRIEDADES
DE TRAÇÃO
(Metais)
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA – ESCOAMENTO
19
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA – LIMITE DE RESISTÊNCIA
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Deformação Engenharia 
Tensão Engenharia
TENSÃO DE ENGENHARIA VS TENSÃO VERDADEIRA
Tensão Verdadeira
Deformação Verdadeira 
Curva Engenharia
Curva Verdadeira
(< 5% Deformação)
Grau de deformação plástica 
(elongação)  até fratura
PROPRIEDADES – DUCTILIDADE/ FRAGILIDADE
T
e
n
s
ã
o
 
(
M
P
a
)
Deformação
Recuperação Elástica
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PROPRIEDADES – TENACIDADE/ RESILIÊNCIA
23
TABELA PROPRIEDADES MECÂNICAS METAIS
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EXEMPLO DA INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NAS PROPRIEDADES
2525
MÓDULO ESPECÍFICO ‐ COMPARAÇÃO 
26
RESISTÊNCIA ESPECÍFICA ‐ COMPARAÇÃO 
27
• Modulo Elastico (Young) • Limite Resistencia Tração
• Ductilidade• Tenacidade
MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO – AULA 10
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
Comportamento
Mecânico
(Cerâmicas)
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TENSÃO VS DEFORMAÇÃO ‐ CERÂMICAS
‐ Dificil preparar amostras
‐ Dificil prender sem fraturá‐las
‐ Deformação apenas  ~ 0.1%
ENSAIO FLEXÃO 
3 PONTOS
Resistência à flexão
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ENSAIO DE FLEXÃO ‐ CERÂMICAS
Sem deformação 
Plástica
Valores de 
Tensão Máxima 
e Módulo E elevados
Influência do Volume do 
corpo  sob tensão 
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INFLUÊNCIA DA POROSIDADE‐ CERÂMICAS
32
INFLUÊNCIA DA POROSIDADE‐ CERÂMICAS
33
TABELA PROPRIEDADES MECÂNICAS CERÂMICAS
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
Comportamento
Mecânico
(Polímeros)
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TENSÃO VS DEFORMAÇÃO ‐ POLÍMEROS
Deformação 
T
e
n
s
ã
o
 
(
M
P
a
)
Plástico
Elastômero
Frágil
Limite de resistência
à tração
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Deformação
T
e
n
s
ã
o
Limite de resistência à tração
Limite de escoamento
TENSÃO VS DEFORMAÇÃO ‐ POLÍMEROS
T
e
n
s
ã
o
 
Deformação
Níveis de Tensões menores que metais
‐ Propagação Pescoço (≠ Metais)
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ESCOAMENTO VISCOSO‐ SÓLIDOS AMORFOS
MacromoléculaSubstância 
Atômica
Estiramento
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TENSÃO VS DEFORMAÇÃO ‐ TEMPERATURA
‐ Sensíveis: Temperatura, Umidade, Taxa de deformação
T
e
n
s
ã
o
 
(
M
P
a
)
Deformação
PMMA
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TENSÃO VS DEFORMAÇÃO ‐ GRAU DE CRISTALINIDADE 
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Resina epóxi
TENSÃO VS DEFORMAÇÃO ‐ VELOCIDADE DE ENSAIO
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ELASTICIDADE ‐ ABSORÇÃO DE UMIDADE‐ POLÍMEROS
NÁILON 6,6
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TABELA PROPRIEDADES MECÂNICAS POLÍMEROS
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DEFORMAÇÃO VISCOELÁSTICA ‐ POLÍMEROS
44
RELAXAÇÃO VISCOELÁSTICA ‐ POLÍMEROS
45
Semi-cristalino
ligação cruzada
amorfo
RELAXAÇÃO VISCOELÁSTICA – POLÍMEROS (PE)
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
Comportamento
Mecânico
(Compósitos)
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TENSÃO VS DEFORMAÇÃO – COMPÓSITOS
Regra das misturas
Aspectos:
Reforço Fibra
Adesão Fibra‐Matriz
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
DUREZA
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50
51
52
53
54
55
56
57
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RESUMO DUREZA – BRINNEL, ROCKWELL, VICKERS
Brinnel 
Vickers