TM1 - Aula 06 - Propriedades mecanicas dos metais

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Tecnologia dos Materiais 1
Propriedades Mecânicas dos Metais
Introdução
A determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas
é muito importante para a escolha do material para uma
determinada aplicação, bem como para o projeto e fabricação do
componente.
As propriedades mecânicas definem o comportamento do
material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão
relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir
estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de
forma incontrolável.
Principais Propriedades Mecânicas
• Resistência à tração;
• Elasticidade;
• Ductilidade;
• Fadiga;
• Dureza;
• Tenacidade,
• Etc.
Tipos de Solicitações 
Mecânicas (Tensões)
• Tração;
• Compressão;
• Flexão;
• Cisalhamento;
• Torção.
Determinação das Propriedades 
Mecânicas
• A determinação das propriedades mecânicas é feita através
de ensaios mecânicos.
• Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra
representativa do material) para o ensaio mecânico, já que
por razões técnicas e econômicas não é praticável realizar o
ensaio na própria peça, que seria o ideal.
• Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento de
confecção do corpo de prova nas medidas padronizadas para
garantir que os resultados sejam comparáveis.
Ensaio de Tração
• Fornece informações referentes a resistência e ductilidade do
material ensaiado;
• Consiste em aplicar uma força (carga) de intensidade
crescente, tracionando o material até sua ruptura.
– Norma ASTM E8/E8M;
– Norma NBR 6152 (metais);
Ensaio de Tração
Ensaio de Tração
• A tensão � é definida como:
� =
�
�
Onde � é a força (ou carga) aplicada ao material e
� é a área da sessão transversal à força.
• A deformação de engenharia � de uma barra de
comprimento inicial �� é definida como:
� =
�� − ��
��
=
Δ�
��
Onde �� é o comprimento da barra após o
carregamento.
Ensaio de Tração
• Unidade de tensão:
� � = �/�� = ��
Ou:
� � = ���/���
Ou:
� � = ��/���� = ���
145 ��� = 1 ��� = 10� ��
Comportamento dos Metais 
Submetidos à Tração
• Tipos de Deformação que ocorrem:
Deformação Elástica
Lei de Hooke
ONDE:
σ = Tensão ao qual o material é 
submetido.
E = Módulo de Elasticidade 
(Módulo de Young)
ε = Deformação específica
Te
n
sã
o
Deformação
Descarga
Carga
Coeficiente angular = 
módulo de elasticidade
Módulo de Elasticidade mede a resistência 
do material à deformação elástica.
Deformação Elástica
Deformação Elástica
• Como consequência do módulo de
elasticidade estar diretamente relacionado
com as forças interatômicas:
– Os materiais cerâmicos tem alto módulo de
elasticidade, enquanto os materiais poliméricos
tem baixo.
– Com o aumento da temperatura o módulo de
elasticidade diminui.
Propriedades Elásticas dos Materiais
Coeficiente de Poisson: 
– razão entre as deformações 
lateral e axial
Módulo de cisalhamento (G): 
Relação entre E e G:
τ = tensão de 
cisalhamento
γ = deformação 
de cisalhamento
Para a maioria dos metais � ≈ 0,4�
Deformação Plástica
• Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns
metais de natureza dúctil, como aços com baixo teor de
carbono.
• Caracteriza-se por um alongamento (relativamente
grande) que não depende linearmente da carga
aplicada.
• Após este ponto ocorre a deformação plástica (não-
reversível).
• A lei de Hooke não é mais válida !
Tensão Limite de Escoamento
• Tensão máxima que marca o
início da região plástica da
curva tensão x deformação;
• Representa uma medida da
resistência à deformação
plástica;
• traça-se uma reta paralela à
região linear da curva, a
partir da deformação 0,002;
• o ponto de interseção com a
curva será o valor da tensão
de escoamento.
Elástico Plástico
σe
Te
n
sã
o
Deformação
Tensão Limite de Resistência
• É a tensão máxima que 
o material pode ser 
submetido;
• A partir deste ponto 
haverá queda na tensão 
e alta deformação até a 
fratura;
• Nesse ponto também 
inicia o fenômeno de 
estricção ou 
“empescoçamento” no 
corpo de prova de 
ensaio de tração.
Exemplo
• A partir da figura abaixo, determine
a) O módulo de elasticidade;
b) A tensão limite de escoamento à pré-
deformação de 0,002;
c) A carga máxima que pode ser suportada por um
corpo de prova cilíndrico com um diâmetro
original de 12,8mm;
d) A variação no comprimento de um corpo de
prova inicialmente com 250 mm que é
submetido a uma tensão de tração de 345 MPa.
Exemplo
Propriedades Plásticas dos Metais
• DUCTILIDADE:
– representa uma medida do grau de deformação
plástica que foi suportado até a fratura;
– a medida da ductilidade é dada pelo alongamento
percentual, ou redução de área percentual.
Onde:
lf = comprimento após a fratura;
l0 = comprimento original;
A0 = área original da seção reta;
Af = área da seção reta após fratura.
Comportamento dos Metais Sob Tração
• FRÁGIL:
– material que 
experimenta deformação 
plástica muito pequena 
antes da fratura;
– baixo AL% (menor que 
5%).
• DÚCTIL:
– material que passa por 
grande deformação 
plástica antes da fratura 
(apresenta estricção);
– alto AL%.
comportamento tensão-
deformação de 
engenharia para o ferro 
em três temperaturas 
diferentes
RESILIÊNCIA:
– capacidade de um material absorver energia
quando ele é deformado elasticamente e
depois, com o descarregamento, ter essa
energia recuperada.
– representa a energia de deformação por
unidade de volume exigida para tencionar um
material desde um estado de ausência de
carga até sua tensão limite de escoamento.
Área sob a curva
Onde:
σe = tensão limite de escoamento;
ϵe = deformação de escoamento;
E = módulo de elasticidade
J/m³
• TENACIDADE À FRATURA:
– representa uma medida da habilidade do material
em absorver energia até sua fratura;
– propriedade indicativa da resistência do material
quando este possui uma trinca;
– área sob a curva tensão-deformação.
Tensão Verdadeira e Deformação 
Verdadeira
• Por que a partir do
ponto M a tensão cai?
Seria pelo fato de que o
material torna-se mais
fraco?
– empescoçamento
diminui a capacidade do
material em suportar a
carga!
• A tensão teórica é
calculada a partir da
área original do corpo
de prova (antes de
qualquer deformação)
• TENSÃO VERDADEIRA:
– dada pela carga aplicada F dividida pela área da
seção reta instantânea (Ai) – formação do
pescoço.
• DEFORMAÇÃO VERDADEIRA:
Se não ocorrer alteração de volume, ou seja: Aili = A0l0
Apenas até o surgimento do pescoço!
• A região da curva tensão-deformação verdadeira
desde o início da deformação plástica até a
formação do pescoço é dada pela relação:
Exemplo
• Um corpo de provas cilíndrico feito em aço e com
diâmetro original de 12,8 mm é testado sob
tração até sua fratura, tendo sido determinado
que ele possui uma resistência à fratura, expressa
em tensão de engenharia, ��, de 460 MPa. Se o
diâmetro de sua seção transversal no momento
da fratura é de 10,7 mm, determine:
a) A ductilidade em termos da redução percentual
na área;
b) A tensão verdadeira na fratura.
Exemplo
• Calcule o coeficiente de encruamento n para
uma liga na qual uma tensão verdadeira de
415 MPa produz uma deformação verdadeira
de 0,10. Assuma um valor de 1035 MPa para
K.
Exemplo
Uma tensão de tração deve ser
aplicada ao longo do eixo do
comprimento de uma barra cilíndrica
de latão, com diâmetro de 10 ��.
Determine a magnitude da carga
necessária para produzir uma
variação de 2,5 × 10�� �� no
diâmetro, se a deformação for
somente elástica