DocGo Net-Relatório - Ensaio de tração - Materiais e Suas Propriedades

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UNIVERSIDADE FEDERAL
DO ABC
Materiais e Suas Propriedades (BC1105) 
ENSAIOS MECÂNICOSENSAIOS MECÂNICOS
PARTE APARTE A – ENSAIOS DE TRAÇÃO E FLEXÃO ENSAIOS DE TRAÇÃO E FLEXÃO
Laboratório L505-1Laboratório L505-1 
1º Quadrimestre de 2015
Guilherme Naohiro Ito
Murilo Migliato
Murilo Turquiai Luca Blasio
Tainã Ubirajara Bisinella
11060912
11057513
11054411
11003713
 
1. INTRODUÇÃO1. INTRODUÇÃO
Para se aferir o comportamento de um determinado material é necessário
conhecer suas propriedades mecânicas. Uma forma de observar e determinar
tais propriedades, como constantes elásticas, resistência mecânica, ductilidade
é a partir de ensaios mecânicos. A maneira mais utilizada para realizar esses
ensaios é através da máquina universal de ensaios mecânicos, que realiza
testes como aplicação de força, tração ou compressão, a taxas controladas, de
forma que tal tensionamento pode ser feito ciclicamente ou continuamente.
Dois acessórios importantes utilizados em máquinas de ensaios mecânicossão as células de carga e o extensômetro, a primeira mede a variação de força
aplicada ao material, já a última, mede a deformação do material de acordo
com a tensão aplicada. Através destes acessórios e uma interface com um
software específico é possível plotar as curvas de tensão e deformação do
material testado. Neste experimento a máquina de ensaios utilizada foi Instron
3369, que é ideal para testes de compressão ou tensão abaixo de 50 kN [1], e
o software de interface Bluehill.
Para determinar as propriedades dos materias são realizados diferentes
métodos de ensaio. Para materiais com comportamento dúctil, como polímeros,
geralmente são realizados ensaios de tração, já materiais com comportamento
mecânico frágil, como cerâmicas, a resistência à fratura geralmente é
determinada em ensaios de flexão. Os testes variam em velocidade e
intensidade de carregamento no material.
Devem ser seguidos alguns padrões para assegurar a qualidade e
segurança dos testes, como formato e dimensão do corpo de prova, tensão
convencional de alongamento total, etc. Tais padrões são definidos por
normas, tais como a ABNT NBR ISO 6892-1:2013 Versão Corrigida:2015 [2].
2. OBJETIVOS2. OBJETIVOS
Os objetivos desta aula prática são:
i) Compreender o funcionamento de uma máquina universal de ensaios
Mecânicos;
ii) Compreender o ensaio de tração e analisar as curvas tensão-
deformação de uma amostra polimérica;
iii) Compreender o método de ensaio de flexão de amostras de
cerâmicas e determinar a resistência à fratura.
3. 3. PROCEDIMENTO PROCEDIMENTO EXPERIMENTALEXPERIMENTAL
Os ensaios foram realizados na máquina universal de ensaios mecânicos
INSTRON 3369, a coleta de dados se deu através do software Bluehill .
 
3.1. Metodologia3.1. Metodologia
Ensaio de tração
i) Foram realizadas 3 medidas em diferentes pontos do corpo de prova;
ii) Fixou-se o corpo de prova nas garras do dispositivo mantendo
alinhado seu eixo longitudinal com a vertical;
iii) Configurou-se o ensaio através do software Bluehill , dando como
entrada a velocidade do ensaio e o comprimento do corpo de prova;
iv) O ensaio consistiu então na aplicação de tração até a fratura do
corpo de prova;v) Após o ensaio o corpo de prova teve suas duas partes unidas
cuidadosamente para que fossem medidas as variações em sua
dimensão.
Ensaio de flexão
i) Foram realizadas 3 medidas em diferentes pontos do corpo de prova;
ii) Apoiou-se o corpo de prova no dispositivo de teste de flexão,
aproximando o cutelo superior cuidadosamente do corpo de prova;
iii) Configurou-se o ensaio através do software Bluehill , dando como
entrada a velocidade do ensaio;
iv) O ensaio consistiu então na aplicação de tensão até a fratura do
corpo de prova.
3.2. 3.2. Ensaio Ensaio de de traçãotração
 Aço 1010
O ensaio de tração com o aço 1010 foi realizado por meio de um corpo de
prova cilíndrico com 8 mm de diâmetro e comprimento de área útil de 70 mm.
 A velocidade deste ensaio foi de 15 mm/min.
Polímero
O ensaio de tração com o material polimérico foi realizado com meio de um
corpo de prova em forma de gravata. Suas dimensões foram aferidas três
vezes com o intuito de diminuir os erros de medição. Abaixo, a Tabela 1
expressa os valores medidos com respectivas médias.
Tabela 1 - Tabela 1 - Dimensões do corpo de prova poliméricoDimensões do corpo de prova polimérico
Medida ComprimentoMedida Comprimento
(mm)(mm)
LarguraLargura
(mm)(mm)
EspessuraEspessura
(mm)(mm)
1 75,25 13,35 3,20
2 75,45 13,25 3,50
3 75,35 13,25 3,05
Valores Valores médios médios 75,35 75,35 13,28 13,28 3,253,25
 
 Apesar do comprimento médio do corpo de prova ser de 75,35 mm, o
comprimento útil da máquina universal de ensaios mecânicos era de 70,00 mm,
o qual corresponde a dimensão utilizada para análise.
 A velocidade deste ensaio foi de 50 mm/min.
Fig. 1 - Exemplo de corpo de prova do tipo gravata.
3.3. 3.3. Ensaio Ensaio de de flexãoflexão
Cerâmica
O ensaio de flexão foi do tipo de três pontos, realizado utilizando um corpo
de prova cerâmico retangular.
Realizaram-se três medidas do corpo de prova afim de diminuir o erro de
medição. A Tabela 2 demonstra os valores obtidos em cada medição com
respectivas médias.
Tabela 2 - Tabela 2 - Dimensões do corpo de prova cerâmicoDimensões do corpo de prova cerâmico
Medida ComprimentoMedida Comprimento
(mm)(mm)
LarguraLargura
(mm)(mm)
EspessuraEspessura
(mm)(mm)
1 74,65 23,25 8,50
2 74,80 21,05 8,50
3 74,75 23,55 8,50
Valores Valores médios médios 74,73 74,73 22,61 22,61 8,508,50
 A distância de separação dos pontos de apoio da máquina universal era de
30 mm. A velocidade utilizada no teste foi de 0,5 mm/min.
 
4. 4. ANÁLISE ANÁLISE DOS DOS DADOSDADOS
4.1. 4.1. Ensaio Ensaio de de traçãotração
 Aço 1010
i) Gráfico tensão versus deformação de engenharia
a)
Fig. 2: Curva tensão versus deformação do aço 1010.
b)
Fig. 3: Curva tensão versus deformação do aço 1010 com detalhe para a
região elástica.
00
100100
200200
300300
400400
500500
600600
0 0 110 0 220 0 330 0 440 0 5500
 T
 e
 n
 s ã
 o
 [ M
 P
 a
 ]
Deformação [%]Deformação [%]
CurvCurva de Enga de Engenharenharia -ia - MetMetalal
MetalMetal
00
5050
100100
150150
200200
250250
300300
350350
400400
450450
0 0 00,,5 5 1 1 11,,5 5 2 2 22,,5 5 3 3 33,,5 5 44
 T
 e
 n
 s ã
 o
 ( M
 P
 a
 )
Deformação [%]Deformação [%]
Curva de Curva de EngenharEngenharia -ia - Metal Metal (região (região elástica)elástica)
MetalMetal
 
ii) Determinação através das curvas
a) Módulo de Elasticidade
O Módulo de Elasticidade é dado por:
σ=E∗=E∗ε (1)
Onde, σ – Tensão; E - Módulo de elasticidade; ε – Deformação.
Rearranjando (1), temos:
EE == ∆∆
∆∆
 (2)
Substituindo em (2) com os valores obtidos através da região elástica,
temos:
EE ==
(,−,)(,−,)
(,−,)(,−,)
 (3)
Logo:
 == ,,    
b) Limite de proporcionalidade (limite elástico)
O limite de proporcionalidade obtido visualmente através do gráfico é:
 ≈≈    
c) Limite de escoamento
Limite de escoamento em deformação 0,1%
Para uma deformação permanente de 0,1% a deformação total deve
superar a deformação elástica esperada em 0,1% do comprimento útil do
corpo de prova.
  ≥≥


++ 00,,11 (4)
O que ocorre em:
 = = 33995,5,9973732 2  
O que corresponde a: 
  = = ,,   %% 
 
Limite de escoamento em deformação 0,2%
Para uma deformação permanente de 0,2% a deformação total deve
superar a deformação elástica esperada em 0,2% do comprimento útil do
corpo de prova.
  ≥≥


++ 00,,22 (5)
O que ocorre em:
 = = 33998,8,4433337 7  
O que corresponde a:
  = = ,,   %% 
d) Limite de Resistência
Corresponde a maior tensão suportada registrada:
 == ,,    
e) Tensão de Ruptura
Corresponde a tensão aplicada no momento de ruptura:
 == ,,   
f) Deformação (alongamento) uniforme
Toda deformação até o limite de resistência:
 == ,, %% 
g) Deformação (alongamento) total
Toda deformação até o rompimento:
 = = ,, %% 
iii) Redução em Área
Diâmetro inicial = 8mm Diâmetro final = 4,60 mm
 Área inicial = 56,549 mm² Área final = 16,619 mm²
 
áá == 11 


 (6) 
Logo:
áá == ,, %% 
iv) Curva Real de tensão versus deformação
Fig. 4: Curvas real de tensão versus deformação do aço 1010.
Fig. 5: Curvas real e de engenharia de tensão versus deformação do aço
1010.
00
50005000
1000010000
1500015000
2000020000
0 0 00,,5 5 1 1 11,,5 5 2 2 22,,5 5 3 3 33,,5 5 44
 T
 e
 n
 s ã
 o
 ( M
 P
 a
 )
Deformação [%]Deformação [%]
CurvCurva Ra Real eal -- MetMetalal
RealReal
00
50005000
1000010000
1500015000
2000020000
0 0 110 0 220 0 330 0 440 0 5500
 T
 e
 n
 s ã
 o
 [ M
 P
 a
 ]
Deformação [%]Deformação [%]
CurvCurva de Enga de Engenharenharia -ia - MetMetalal
RealReal
EngenhariaEngenharia
 
v) Aspecto da fratura
 A Fig. 4 mostra que houve uma redução na tensão antes da fratura. Isso
se deve à ocorrência de estricção (ou criação de pescoço), o que
caracteriza uma fratura dúctil.
Polímero
i) Gráfico tensão versus deformação de engenharia
c)
Fig. 6: Curva tensão versus deformação de engenharia do polímero.
d)
Fig. 7: Curva tensão versus deformação de engenharia do polímero com
detalhe para a região elástica.
 
h) Determinação através das curvas
ii) Módulo de Elasticidade
O Módulo de Elasticidade é dado por:
σ=E∗=E∗ε (1)
Onde, σ – Tensão; E - Módulo de elasticidade; ε – Deformação.
Rearranjando (1), temos:
EE ==
∆∆
∆∆
 (2)
Substituindo em (2) com os valores obtidos através da região elástica,
temos:
EE ==
(,−,)(,−,)
(,−,)(,−,)
 (3)
Logo:
íí == ,,    
iii) Limite de proporcionalidade (limite elástico)
O limite de proporcionalidade obtido visualmente através do gráfico é:
íí ≈≈    
iv) Limite de escoamento
Limite de escoamento em deformação 0,1%
Para uma deformação permanente de 0,1% a deformação total deve
superar a deformação elástica esperada em 0,1% do comprimento útil do
corpo de prova.
  ≥≥


++ 00,,11 (4)
O que ocorre em:
 
 = = ,,    
O que corresponde a: 
  = = ,,   %% 
Limite de escoamento em deformação 0,2%
Para uma deformação permanente de 0,2% a deformação total deve
superar a deformação elástica esperada em 0,2% do comprimento útil do
corpo de prova.
  ≥≥


++ 00,,22 (5)
O que ocorre em:
 = = 3300,,995553538 8  
O que corresponde a:
  = = ,,   %% 
v) Limite de Resistência
Corresponde a maior tensão suportada registrada:
íí = = ,,    
vi) Tensão de Ruptura
Corresponde a tensão aplicada no momento de ruptura:
íí == ,,    
vii) Deformação (alongamento) uniforme
Toda deformação até o limite de resistência:
íí == ,, %% 
viii) Deformação (alongamento) total
 
Toda deformação até o rompimento:
íí = = ,, %% 
ix) Redução em Área
Espessura inicial = 3,25 mm Espessura final = 2,71 mm
Largura inicial = 13,28 mm Largura final = 9,47 mm
 Área inicial = 43,16 mm² Área final = 25,66 mm²
áá == 11 


 (6) 
Logo:
áá == ,, %% 
 x) Curva Real de tensão versus deformação
Fig. 8: Curvas real de tensão versus deformação do polímero.
 
Fig. 9: Curvas real e de engenharia de tensão versus deformação do
polímero.
4.2. 4.2. Ensaio Ensaio de de flexãoflexão
Cerâmica
 A Cerâmica, diferente do metal e do polímero, não é um material dúctil, ou
seja, não possui uma região plástica, é por esse motivo que é feito o ensaio de
flexão. Durante a realização dos ensaios, a peça de cerâmica foi danificada
entre o ensaio 1 e o ensaio 2, por isso podemos ver que a curva real 2 e de
engenharia 2 não serve de análise.
i) Resistência à flexão
 ==
..
.².²
 (7)
Onde F é a força de fratura, L é a distância entre os pontos do suporte, b a
largura do corpo de prova, e d sua espessura.
Substituindo com os valores da dimensão do corpo de prova:
 ==
33 ∗∗ 11115544,,22 ∗∗ 00,,0033
22 ∗∗ 00,,0022226611 ∗∗ 00,,00008855²²
 
   == ,, 


 
ii) Gráfico tensão versus flexão
 
Fig.10: Curva tensão versus deformação de engenharia da cerâmica. 
Figura 11 - Curva tensão versus deformação real da cerâmica.
Figura 12 - Curva tensão versus deformação real e de engenharia da cerâmica.
iii) Aspecto da fratura
 A fratura do corpo de prova cerâmico é uma fratura “frágil” e ocorre com
baixa absorção de energia (normalmente à temperatura ambiente a maioria dos
materiais cerâmicos sofre fratura antes do surgimento de uma deformação
plástica). Lembrando que a fratura ocorre no ponto de maior tensão como no
 
corpo de prova polimérico e diferente do corpo de prova metálico, onde a
tensão diminui antes da fratura.
5. CONCLUSÃO5. CONCLUSÃO
 A determinação das propriedades mecânicas através de ensaios mecânicos
é muito importante para a escolha do material para uma determinada
aplicação. Estas propriedades definem o comportamento do material quando
sujeito a esforços mecânicos, relacionando assim à capacidade do material de
resistir ou transmitir estes esforços aplicados, fazendo assim considerações
importantes para um projeto e fabricação de determinado componente.
 
6. REFERÊNCIAS6. REFERÊNCIAS
[1] Página na internet empresa INSTROM. Disponível em:
<http://www.instron.com.br/wa/home/default_br.aspx>.
[2] Catálogo ABNT, Normas. Código - ABNT NBR ISO 6892-1:2013 Versão
Corrigida:2015. Disponível em: <http://www.instron.com.br/wa/product/3300-
Dual-Column-Testing-Systems.aspx>. 
[3] CALLISTER, W. D. Jr, Ciência e Engenharia de Materiais: uma
introdução; Editora LTC, 7ª. Edição 2008.
[4] SCODELER, D. E, Materiais e suas propriedades, slides da disciplina.
Disponível em: < https://sites.google.com/site/matprop20151/materiais-e-
suas-propriedades>.