05 Propriedades Mecânicas dos Metais

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Prof. Me. Igor Limaigorblima@hotmail.com
Aprender como as propriedades mecânicas são
medidas e o que essas propriedades representam.
Conceito de tensão e deformação
Deformações elásticas e plásticas
Lei de Hooke e coeficiente de Poisson
Rigidez, resistência, dureza, ductilidade, tenacidade.
Ciência dos Materiais
Objetivo
Como os metais respondem a
solicitações mecânicas externas?
Que tipo de solicitações?
Ciência dos Materiais
Introdução
Ciência dos Materiais
Conceitos de Tensão e Deformação
Ciência dos Materiais
Tensão e Deformação de Engenharia
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= ∆&&!
Definição da tensão e deformação de engenharia para tração e compressão
Tensão de Engenharia Deformação de Engenharia
Ciência dos Materiais
Ensaios de Tração e Compressão
Ciência dos Materiais
Ensaios de Cisalhamento e de Torção
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Deformação Elástica
Comportamento Tensão-Deformação
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Lei de Hooke
Relação entre a tensão de engenharia e a deformação de 
engenharia para uma deformação elástica.
(tração e compressão)
Deformação Elástica
Comportamento Tensão-Deformação
Deformação Elástica
Comportamento Tensão-Deformação
Diagrama esquemático 
tensão-deformação 
mostrando a deformação 
elástica linear para ciclos 
de carga e descarga.
Deformação Elástica
Comportamento Tensão-Deformação
Diagrama esquemático tensão-
deformação mostrando um 
comportamento elástico não 
linear, e como os módulos 
secante e tangente são 
determinados.
Deformação Elástica
Relação da força em função da separação 
interatômica para átomos fraca e fortemente 
ligados. A magnitude do módulo de 
elasticidade é proporcional à inelinação de 
cada curva na separação interatômica de 
equilíbrio, r0.
Deformação Elástica
Gráfico do módulo 
de elasticidade em 
função da 
temperatura para 
tungstênio, aço e 
alumínio. 
Deformação Elástica
Anelasticidade
Na maioria dos materiais de engenharia 
existe uma componente da deformação 
elástica que é dependente do tempo.
Problema Exemplo
Cálculo do Alongamento (Elástico)
Uma peça de cobre originalmente com 305 mm de comprimento é 
puxada em tração com uma tensão de 276 Mpa. Se a deformação é 
inteiramente elástica, qual será o alongamento resultante?
! = #$ $ = ∆&&!
Deformação Plástica
Para a maioria dos materiais metálicos, a deformação elástica 
ocorre apenas até deformações de aproximadamente 0,005. 
Conforme o material é deformado além desse ponto, a tensão 
não é mais proporcional à deformação (Lei de Hooke deixa de 
ser válida), e ocorre uma deformação permanente, não 
recuperável, ou deformação plástica.
Sólidos cristalinos = Deformação por escorregamento
Sólidos não cristalinos = Deformação por escoamento viscoso
Deformação Plástica – Propriedades em Tração
O fenômeno do escoamento ocorre quando há uma 
deformação plástica.
Limite de proporcionalidade.
Escoamento e Limite de Escoamento
Limite de 
Escoamento
Bem Definido
Mal Definido
Comportamento tensão-deformação 
típico de um metal, mostrando as 
deformações elásticas e plásticas, o 
limite de proporcionalidade P e a 
tensão limite de escoamento !!, 
determinada usando o método da 
pré-deformação de 0,002.
Comportamento tensão-
deformação esquemático 
encontrado em alguns aços, 
que apresentam o fenômeno 
do limite de escoamento 
descontínuo.
Comportamento típico da 
curva tensão-deformação 
de engenharia até a fratura, 
ponto F. O Limite de 
Resistência à Tração LRT 
está indicado pelo ponto M. 
Os detalhes dentro dos 
círculos representam a 
geometria do corpo de 
provas deformado em 
vários pontos ao longo da 
curva.
Limite de Resistência à Tração
Ductilidade é uma medida do 
grau de deformação plástica 
que foi suportado até a 
fratura.
Ductilidade
Representação esquemática do 
comportamento tensão deformação 
em tração para metais frágeis e 
dúcteis até a fratura
Ductilidade
Comportamento tensão-deformação de 
engenharia para o ferro em três temperaturas.
Ductilidade
Propriedades Mecânicas Típicas de Vários Metais e Ligas em um Estado Recozido
Resiliência é a capacidade de um material 
absorver energia quando ele é deformado 
elasticamente e, depois, com a remoção da 
carga, permitir a recuperação dessa energia.
Resiliência
Representação esquemática que mostra o módulo de 
resiliência (que corresponde à área sombreada) é 
determinado a partir do comportamento tensão-
deformação em tração de um material.
Tenacidade à fratura é a propriedade indicativa da resistência de um 
material à fratura quando uma trinca está presente. 
Apesar do material frágil ter maiores limite de escoamento e limite de 
resistência à tração, ele possui uma tenacidade menor que o material 
dúctil, como pode ser visto comparando as áreas ABC e AB´C´.
Tenacidade
Uma comparação entre os comportamentos tensão-deformação de 
engenharia e a tensão-deformação verdadeira típicos em tração.
O pescoço começa no ponto M na curva de engenharia, que 
corresponde ao ponto M’ na curva verdadeira. A curva tensão-
deformação verdadeira ”corrigida” leva em consideração o complexo 
estado de tensão na região do pescoço.
Tensão e Deformação Verdadeiras
Diagrama esquemático tensão-
deformação em tração mostrando os 
fenômenos de recuperação da 
deformação elástica e de 
encruamento. O limite de 
escoamento inicial é designado como 
!!!; !!"é o limite de escoamento após 
a liberação da carga no ponto D e a 
subsequente reaplicação da carga.
Recuperação Elástica Após Deformação Plástica
São realizados com maior frequência do que os outros ensaios:
1. São ensaios simples e baratos
• Nenhum corpo de prova precisa ser preparado e os equipamentos
de ensaio são relativamente baratos.
2. O ensaio é não destrutivo;
• O corpo de provas não é fraturado nem é excessivamente
deformado; uma pequena impressão é a única deformação.
3. Com frequência, outras propriedades mecânicas podem ser
estimadas a partir dos dados de dureza, tal como o limite
de resistência a tração.
Dureza
Escalas de Dureza 
• Mohs
• Rockwell
• Rockwell Superficial
• Brinell
• Knoop
• Vickers.
Dureza
Escalas de Dureza 
• Mohs
• Rockwell e Superficial
• Brinell
• Knoop e Vickers.
Dureza
Conversão de Dureza
Relações entre a dureza e o 
limite de resistência à tração 
para o aço, latão e ferro 
fundido. 
Correlação de Dureza 
e o Limite de 
Resistência à Tração
Tensão de Projeto e Tensão Admissível
Existirão sempre incertezas na caracterização das cargas aplicadas e
dos níveis de tensão associados a elas durante as condições de
serviço; de uma maneira geral, os cálculos das cargas são apenas
aproximados.
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Tensão de Projeto Tensão de Admissível
Variabilidade nas Propriedades
Cinco fatores que podem levar à dispersão nas propriedades
medidas para os materiais são os seguintes:
• Método de ensaio
• Variações no procedimento de fabricação dos corpos de prova
• Influências do operador
• Calibração do dispositivo de ensaio
• Não homogeneidade e/ou variações na composição de uma
amostra para outra.
Fatores de Projeto e Segurança
Como resultado das incertezas tanto nas propriedades
mecânicas quanto nas tensões que são aplicadas em serviço,
as tensões de projeto ou tensões admissíveis são
normalmente utilizadas para fins de projeto.
Problema Exemplo
Especificação do Diâmetro de Barras de Sustentação
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Um dispositivo para ensaio de tração deve ser construído, com capacidade
para suportar uma carga máxima de 220.000 N. O projeto pede duas barras de
sustentação cilíndricas, cada uma das quais deve suportar metade da carga
máxima. Além disso, devem ser usadas barras redondas de aço carbono
(1045), lixadas e polidas; o limite de escoamento e o limite de resistência à
tração mínimos para essa liga são de 310 Mpa e 565 Mpa, respectivamente.
Especifique um diâmetro apropriado para essas barras de sustentação.
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Dúvidas?