DPS 1079 - 7 Propriedades mecânicas dos materiais

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Fundamentos dos materiais de construção
7 – Propriedades mecânicas dos materiais
Universidade Federal de Santa Maria – UFSM
Departamento de Engenharia de Produção e Sistemas
Curso de Engenharia de Produção
ROTEIRO DA AULA
• Introdução.
• Ensaio de tração.
• Conceitos da região de comportamento elástico.
• Conceitos da região de comportamento plástico.
• Dureza.
• Conceitos de tensão e deformação.
OBJETIVOS DO TÓPICO 7
• Entender o conceito de tensão.
• Identificar a diferença entre deformação plástica e elástica.
• Determinar as propriedades dos materiais a partir da curva s vs.e.
• Entender o conceito de dureza.
• Identificar os ensaios empregados na determinação da dureza.
INTRODUÇÃO
Fonte: https://www.tjdft.jus.br/institucional/imprensa/noticias/2015/abril/fabricante-e-condenado-a-indenizar-cliente-que-sofreu-acidente-por-
defeito-do-veiculo-novo
Caso prático 
problemática 
na indústria 
https://www.tjdft.jus.br/institucional/imprensa/noticias/2015/abril/fabricante-e-condenado-a-indenizar-cliente-que-sofreu-acidente-por-defeito-do-veiculo-novo
CONCEITOS DE TENSÃO E 
DEFORMAÇÃO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 8.
CONCEITOS DE TENSÃO E 
DEFORMAÇÃO
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 130. 
Compressão
Tração
Cisalhamento
CONCEITOS DE TENSÃO E 
DEFORMAÇÃO
• Estados de tensão:
o
s =
F
A
ss
 Tração → cabo.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 132. 
CONCEITOS DE TENSÃO E 
DEFORMAÇÃO
• Estados de tensão:
 Torção → cisalhamento.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 132. 
o
t =
Fs
A
M
M Ao
2R
Fs
Ac
CONCEITOS DE TENSÃO E 
DEFORMAÇÃO
• Estados de tensão:
 Compressão.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 132. 
o
s =
F
A
A
CONCEITOS DE TENSÃO E 
DEFORMAÇÃO
• Estados de tensão:
 Tração biaxial.  Compressão Hidrostática.
sz > 0
s
q > 0
s < 0h
ENSAIO DE TRAÇÃO
Taxa de deformação constante
Medida da carga
Medida da deformação
Geralmente destrutivo
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 131. 
ENSAIO DE TRAÇÃO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 71.
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 7.
ENSAIO DE TRAÇÃO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 7, 8, 9 e 10.
ENSAIO DE TRAÇÃO
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
1. Inicial 2. Baixa carga 3. Descarregamento
F
d
Esticamento 
das ligações
Rotorna para
condição inicial
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 7, 10 e 11.
• A lei de Hooke (Thomas Young, 1807):
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 11.
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
• Módulo de Elasticidade (ou módulo de Young – E):
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 12.
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
• Módulo de Elasticidade (ou módulo de Young – E):
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 135. 
Comportamento verificado 
nos Ferros Fundidos, 
Concreto e Polímeros
• Módulo de Elasticidade (ou módulo de Young – E):
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 136. 
• Efeito da temperatura sobre o Módulo de Elasticidade:
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 16 e 17.
• Anisotropia do módulo de elasticidade:
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 19.
Tensão de cisalhamento (F paralelo a A0)
Deformação é a tangente do angulo 
• Módulo de elasticidade transversal (G):
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 134 e 136. 
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 17 e 18.
• Coeficiente de Poisson (v) (Siméon Denis Poisson, 1781):
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
• Módulo de resiliência (Ur):
Módulo de resiliência
(Energia por volume J/m3)
Se linear
Importante para molas
área
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 145. 
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 20 e 21.
• Limite de proporcionalidade (sp) e Limite de escoamento (se):
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO ELÁSTICO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 29.
• Anelasticidade:
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
1. Inicial 2. Baixa carga 3. Descarregamento
planos 
mantêm-se 
deformados
F
dElástica + Plástica
Esticamento 
das ligações
e deslizamento
dos planos
dPlástica
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 29.
• Conceitos da região de deslizamento de discordâncias (sc ≈ se ≈sp):
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 133. 
 A tensão dependendo do plano de interesse:
• Conceitos da região de deslizamento de discordâncias (sc ≈ se ≈sp):
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 3 0 .
Fenômeno do limite de 
escoamento descontínuo
• Conceitos da região de deslizamento de discordâncias (sc ≈ se ≈sp):
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 3 3 .
• Conceitos da região de encruamento uniforme (se < sc ≤su):
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 141. 
Atenção - Para projeto 
usar limite de escoamento
• Conceitos da região de encruamento uniforme (se < sc ≤su):
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
• Ductilidade.
Dúctil: deforma muito
Frágil: deforma pouco (<5%)
Depende do comprimento inicial
(estricção)
Independe do comprimento inicial e 
de A0
Ductilidade é importante para:
1 – limite de deformação (antes da fratura).
2 – processo de fabricação (como posso fabricar o componente).
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch,D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 143. 
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
• Ductilidade.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 144. 
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
• Efeito da temperatura sobre a ductilidade.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 144. 
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
• Módulo de tenacidade (Ut):
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 144 e 145. 
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 43.
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
• Módulo de tenacidade (Ut):
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
Tensão verdadeira
Deformação verdadeira
Se
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 146 e 141. 
• Curva tensão vs. deformação verdadeira:
n = expoente de encruamento
Do inicio da deformação plástica até o inicio da estricção
K = coeficiente de resistência
• Fratura nos materiais:
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 47 e 48.
Formação dos dimples
• Fratura nos materiais:
CONCEITOS DA REGIÃO DE 
COMPORTAMENTO PLÁSTICO
Fonte: Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012, pág. 48 e 49.
DUREZA
Dureza Mohs
 Mais usado  Simples.
 Diversas escalas.
 Diferença de profundidade.
 Cuidados (bordas(3D), chapa fina
(10X), identação próxima(3D)).
Carga: 15 – 45 kg
60 –150 kg
Fonte: Souza, S.A. Ensaios mecânicos de materiais metálicos. 5ª ed. São Paulo: Editora Blücher, 2014, Pág. 117. 
DUREZA
• Ensaio de dureza Rockwell:
 Penetrador esférico (10 mm).
 Carga de 500 a 3000 Kg.
 Medida do diâmetro da penetração.
 Mesmos problemas (bordas, chapa
fina, indentação próxima).
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 150. 
DUREZA
• Ensaio de dureza Brinell:
 Pirâmide de diamante.
 Carga de 1 a 2000 g (bem menor que os demais).
 Medida das diagonais da impressão.
 Preparação da amostra.
 Microdureza.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 152. 
DUREZA
• Ensaio de dureza Vickers e Knoop:
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 151. 
DUREZA
DUREZA
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 153. 
 Representam resistência a deformação.
 Depende do material.
• Dureza x limite de resistência:
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 154. 
DUREZA
O QUE É IMPORTANTE 
LEMBRAR?
• Conceito de tensão.
• Diferença entre deformação plástica e elástica.
• Propriedades dos materiais a partir da curva s vs.e.
• Conceito de dureza.
• Ensaios empregados na determinação da dureza.
REFERÊNCIAS 
► Capítulo 6 – Propriedades mecânicas dos materiais.
→ Páginas: 128 – 157.
• CALISTER, W.D.; RETHWISCH, D.G. Ciência e
engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed.
São Paulo: Editora LTC, 2012.
► Capítulo 1 – Ensaio de tração.
→ Páginas: 6 – 75.
• Garcia, A.; Spim, J.A.; Santos, C.A. Ensaios dos
Materiais, 2ª ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2012.
► Capítulo 4 – Ensaio de dureza.
→ Páginas: 115 – 149.