Capitulo_05_propriedades_mecanicas

Prévia do material em texto

Propriedades 
mecânicas
Importância
• A Seleção de um material para determinada
aplicação depende das propriedades
mecânicas dos mesmos
2
• Um grande número de propriedades pode ser
derivado de um único tipo de análise, o teste
de tração
Tipos de solicitações
3
• Os ensaios mecânicos para obtenção das
propriedades são padronizados conforme
normas e requerimento dos materiais
– NBR 6132:2002 (Ensaio de tração em metais)
Ensaio de tração
2
o
o
o o
F N
A mm
l l l
l l
σ
ε
 =   
− ∆= =
4
• l = comprimento final do corpo de
prova
• lo = comprimento original
• Δl = Alongamento do corpo de
prova
• F é a força (carga) e Ao é a área
original de seção transversal
o o
Curva tensão-deformação
A curva tensão deformação pode
ser dividida em duas regiões:
5
– Região elástica
• A tensão é proporcional à deformação
• A deformação é reversível
• As ligações atômicas são alongadas, mas não se rompem
– Região plástica
• A tensão NÃO é proporcional à deformação
• A deformação é quase toda NÃO reversível
• As ligações atômicas são alongadas e se ROMPEM
Região elástica
•• EE = MóduloMódulo dede
elasticidadeelasticidade ou Módulo de
Lei de Hooke
Eσ ε=
6
•• EE = MóduloMódulo dede
elasticidadeelasticidade ou Módulo de
Young, representa a
rigidez do material a sofrer
deformação elástica
Coeficiente de Poisson
• O coeficiente de Poisson relaciona 
a deformação elástica 
longitudinal produzida por uma 
tensão de tração ou compressão 
com a deformação transversal
que ocorre simultaneamente:
7
que ocorre simultaneamente:
• Para materiais isotrópicos, vale a
expressão:
yx
z z
εευ
ε ε
= − = −
2 (1 )E G υ= +
Deformação plástica
Determinação a tensão de
escoamento pelo método de
0,2% (pré-deformação )
8
Aços
0,2% (pré-deformação )
Ligas metálicas
A maioria dos materiais metálicos
deformam-se elasticamente até
aproximadamente 0,005
Propriedades
• Tensão de escoamento ou Limite de escoamento
• Limite de Resistência à Tração – LRT
• Ductilidade
• Resiliência
9
• Resiliência
• Tenacidade
• Dureza
Escoamento e Limite de Escoamento
10
O valor da tensão de escoamento de um metal é uma medida de
sua resistência à deformaçãodeformação plásticaplástica
Liga metálica dúctil
Limite de Resistência à Tração – LRT
O Limite de Resistência
à Tração (LRT)
corresponde à tensãotensão
máximamáxima que uma
estrutura pode
11
estrutura pode
suportar sob tração
O LRT pode variar de
aproximadamente
5050MPaMPa para o alumínioalumínio
até 33..000000MPaMPa para açosaços
dede altaalta resistênciaresistência
Início da estricção ou
empescoçamento
e alongamento não uniforme
Ductilidade
A ductilidade é uma medida da
extensão da deformação que
ocorre até a fratura
Redução percentual de área
Onde Ao e Af são as áreas 
originais e na fratura
Ductilidade pode ser definida
como:
% 100o f
o
A A
RA x
A
− 
=  
 
12
originais e na fratura
como:
Alongamento percentual
Onde lf é o comprimento na
fratura e lo é o comprimento
original
% 100f o
o
l l
AL x
l
− 
=  
 
Resiliência
• A resiliência (módulo de resiliência (Ur)) é a capacidade de
um material em absorver energia quando é deformado
elasticamente e depois, com o descarregamento ter esta
energia recuperada
13
• Na tração é a área abaixo da curva σxε até o limite elástico
0
1 1
2 2
e
r
e
r e e e
U d
U
E
ε
σ ε
σσ ε σ
=
 = =  
 
∫
2
2
e
rU E
σ=
Considerando que a região elástica é linear, temos:
Resiliência
• Assim, materiais de alta
resiliência possuem um alto
limite de escoamento e baixo
módulo de elasticidade, são
14
limite de escoamento e baixo
módulo de elasticidade, são
ideais para uso em molasmolas
14
Tenacidade
• A tenacidade representa uma medida da habilidade do material
em absorverabsorver energiaenergia atéaté suasua rupturaruptura
• A tenacidade representa a área sob a curva tensão-deformação
até a ruptura do material
15
Para que um material seja tenaz, ele
deve exibir tanto resistênciaresistência quanto
ductilidadeductilidade
Com freqüência os dúcteis são mais
tenazes do que os frágeis
Propriedades mecânicas versus temperatura
módulo de 
elasticidade 
Limite de 
escoamento
16
Comportamento tensão-deformação de engenharia 
para o ferro em três temperaturas
escoamento
Limite de 
resistência à 
tração
DuctilidadeDuctilidade
No caso de aplicaçõesaplicações estruturaisestruturais
a tensãotensão dede engenhariaengenharia é
utilizada, pois o interesse está na
carga que pode ser aplicada ao
componente
Tensão verdadeira e deformação
verdadeira
17
componente
No processamentoprocessamento dodo materialmaterial, são aplicados esforços
superiores ao limite de escoamento, por isso é necessário o
uso da tensãotensão verdadeiraverdadeira e deformação verdadeira do
material
A tensão e deformação verdadeiras são definidadas como:
v
f
F
A
σ =
Tensão verdadeira e deformação
verdadeira
ln fv
o
l
l
ε =
18
Para metais e ligas, a região da curva tensão-deformação verdadeira desde o
início da deformação plástica até o ponto onde tem início o empescoçamento
pode ser aproximada pela relação:
Onde k e n são constantes, o qual depende a condição do material, n e com
frequencia denominado coeficientecoeficiente dede encruamentoencruamento
n
v vkσ ε=
o
Dureza
• A medida de durezadureza representa a resistência do
material à deformaçãodeformação plásticaplástica
19