Relatório Ensaio de Tração

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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
Disciplina: Introdução à Ciência dos Materiais 
Turma A. 2/2019
Docente: Guilherme Ferreira
Alunos:
 Danielle Alves 17/0101819
Giovanna Lourenço 17/0143619 
Natasha Oliveira 18/0128540
Vinícius Tasso 15/0023308
 Ensaio de Tração 
1.Introdução
Muitos materiais quando em serviço,estão sujeitos a forças ou cargas.Em tais situações é necessário conhecer as características do material e projetar o elemento a partir dele,de modo que qualquer deformação resultante não seja excessiva e não haja fratura.Para isso,são realizados ensaios de Tração,que consiste em aplicar uma carga de tração,gradativamente ao longo do eixo maior do corpo de prova.Em um ensaio de tração,os corpos de prova devem seguir um padrão(de formas e dimensões para cada tipo de teste),pois os resultados têm de ser significativos.Suas dimensões devem ser adequadas à capacidade da máquina de ensaio.A norma que define formatos e dimensões no Brasil é a MB-4 da ABNT,nos EUA é a ASTM.Com isso as propriedades mecânicas desses materiais são obtidas por experimentos em laboratório que reproduz a condição do material em serviço,seguindo as normas da ASTM E 8 e 8M.Neste relatório será apresentado o gráfico de tensão-deformação do material que junto com os cálculos matemáticos serão determinadas as seguintes propriedades do corpo de prova: Módulo de elasticidade, Limite de escoamento, Limite de resistência à tração, Limite de ruptura, Resiliência e Tenacidade.
Módulo de elasticidade é uma propriedade específica de cada metal e corresponde à rigidez do mesmo. Quanto maior o módulo menor será a deformação elástica.
O Limite de escoamento corresponde a transição entre a deformação elástica e a plástica. Limite de resistência à tração corresponde a tensão máxima obtida durante o ensaio de tração. Limite de ruptura corresponde a na qual o material se rompe.Resiliência é a capacidade de suportar grandes cargas dentro da zona elástica. Tenacidade de um metal é a a sua habilidade de absorver energia na região plástica. Já o módulo de tenacidade é a quantidade de energia absorvida por unidade de volume até a fratura. 
2. Materiais e métodos
 Materiais:
Equipamento:Sistema universal de ensaios mecânicos servohidráulico,marca MTS,modelo 810 e capacidade para carga de 100kN.
Corpos de prova: 1 corpo de prova cilíndrico fabricado em aço SAE 1020 e 1 corpo de prova cilíndrico em aço SAE 1045.
Paquímetro:Marca Mitutoyo,analógico e comprimento de 150mm.
 Métodos:
O ensaio de tração consiste na aplicação de uma força de tração axial num corpo de prova padronizado,promovendo a deformação do material na direção do esforço, que tende a alongá-lo até fraturar.No caso,os corpos de prova foram o aço 1020 e o aço 1045. O comprimento e formato do corpo de prova, a velocidade de aplicação da carga e as imprecisões dos ensaios afetam os resultados obtidos. A forma e as dimensões do corpo de prova variam de acordo com a rigidez do material ensaiado, com a capacidade da máquina e com a geometria do produto de modo a garantir que ocorra a fratura na região útil do corpo de prova para validar o ensaio. O comprimento inicial do aço 1020 era de 38,1mm e seu diâmetro era 8,40mm já o do aço 1045 era de 41,68mm e seu diâmetro era de 8,20mm.
As propriedades mecânicas do material são medidas na parte útil do corpo de prova e as regiões extremas que são conhecidas como cabeça são fixadas nas garras da máquina.As garras garantem a fixação e o alinhamento axial dos corpos de prova, os sistemas de fixação mais comuns são cunha, flange ou rosca.Para traçar a curva tensão-deformação, a pressão aplicada foi de 9 MPa.A taxa de deslocamento foi de 1mm/min.O comprimento final do aço 1020 foi 42,50mm e seu diâmetro final 6,4mm e o comprimento e diâmetro final do aço 1045 foram 46,3mm 6,8mm respectivamente O controle dos parâmetros e os resultados do ensaio são realizados por um computador conectado à máquina.
Assim, em função do corpo de prova é possível retirar informações tanto do comportamento mecânico do material, quanto do processo de fabricação, como laminação, injeção, fundição ou de juntas soldadas.
Através da medição da força e do alongamento a cada instante do ensaio construiremos um gráfico tensão-deformação, a interpretação correta desse gráfico fornece importantes propriedades mecânicas do material. Entre essas propriedades, vale ressaltar o módulo elástico, alongamento, tensão de escoamento, limite de resistência à tração e tensão de ruptura, além de possibilitar a comparação entre ductilidade e fragilidade entre os materiais.
3.Resultados 
Foram feitos experimentos com cada amostra(corpo de prova) aqui já citadas. 
A primeira foi a de aço SAE 1020, com os resultados obtidos de tração e deformação foi feito o gráfico curva tensão-deformação de engenharia junto com a curva tensão- deformação verdadeira. 
Para descobrir o Módulo de Elasticidade é possível fazer uma aproximação ao traçar uma linha reta que passa pelos primeiro pontos da curva onde a deformação ainda é elástica. Seu Módulo é de 1.7464e+03 GPa. 
Já para calcular o Limite de escoamento é necessário plotar no gráfico uma reta com o coeficiente elástico calculado deslocado de 0.2% no eixo da deformação. 
Com isso o valor do Limite de escoamento é σl= 573,1 MPa. Sendo que o valor para o mesmo aço na literatura é de 350 MPa. O Limite de resistência a tração assume o maior valor da tensão no gráfico:
 
O valor do LRT é de 596,4 MPa, diferente do encontrado na literatura para o mesmo material de 420 MPa. 
Para calcular limite de ruptura usa-se análise gráfica e o valor de Tensão na hora do rompimento com seu resultado já mostrado em gráfico. 
Resiliência é calculada pela integral do ponto 0 até de limite de escoamento, foi usado o método numérico dos trapézios para a integral limitada. Sua resiliência é de 203,04 Pa. 
A Tenacidade é calculada pela integral do ponto 0 até o ponto em que o material sofre a ruptura. Seu valor é de 1.9393e+03. Com a redução percentual da área de 41, 95% junto com seu Alongamento Percentual de 11, 54%.
3.1 Resultados
Neste tópico serão apresentadas os resultados obtidos para o experimento com o corpo de prova n°2, aço SAE 1045.
Gráfico das curvas de Tensão-deformação de engenharia e Verdadeira:
Para descobrir o Módulo de Elasticidade é possível fazer uma aproximação ao traçar uma linha reta que passa pelos primeiro pontos da curva onde a deformação ainda é elástica, seu valor é de 2.0141e+03 GPa:
Para calcular o Limite de escoamento é necessário plotar no gráfico uma reta com o coeficiente elástico calculado deslocado de 0.2% no eixo da deformação:
Seu valor para o experimento foi de σl= 876,3 MPa, já na literatura é de 450 MPa.
O Limite de resistência a tração assume o maior valor de tensão no gráfico, assim apresentado em seguida:
Na literatura seu valor é de 585 MPa, o valor encontrado foi de 948,5 MPa.
 Para calcular Limite de ruptura usa-se análise gráfica e o valor de Tensão na hora do rompimento, o valor mostrado no gráfico:
Sua Resiliência e Tenacidade se dá assim como explicado no corpo de prova n°1, com isso, o valor encontrado foi de 347,35 Pa e 2.2172e+03, respectivamente. Sua redução percentual da área foi de 31, 23% e alongamento percentual de 11,08%. 
4. Conclusão
Para os materiais estudados no ensaio de tração há diferenças de ductilidade e dos valores para cada propriedade mecânica pois o aço SAE 1020 por possuir 0,20% de carbono e o aço SAE 1045 ter aproximadamente 0,45% de carbono, logo o primeiro é o mais dúctil, ou seja, mais resistente à ruptura. O fato de a Curva tensão-deformação de engenharia ser diferente da Curva tensão-deformação verdadeira dos dois materiais se dá porque na curva de engenharia é mostrado que há a diminuição na tensão necessária para continuar a deformação após o ponto máximo, isso indica que o metal está se tornando menos resistente, sendo assim diminuindo a necessidade de tensão, porém, na realidade ele está aumentando. Assim na curva verdadeira é mostrado seu valor de traçãopara cada área da seção transversal instantânea do material. Entretanto, nas propriedades mecânicas houve algumas discrepâncias entre os valores da literatura e dos valores obtidos no ensaio, isso acontece devido à incertezas na caracteristicas da magnitude das cargas aplicadas e ao material do experimento sofrerem variabilidade devido a sua fabricação.