Propriedade dos Materiais novo

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PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
PRINCIPAIS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
PROPRIEDADES FÍSICAS
Densidade
Calor específico
Coeficiente de expansão térmica.
Condutividade térmica e elétrica.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Tensão de escoamento, 
Resistência mecânica,
Ductilidade
Dureza
EXEMPLOS DE SELEÇÃO DE MATERIAIS
Chave de fenda típica
Haste e ponta de aço carbono
Alto módulo de elasticidade
Alta resistência plástica
Dureza
Alta tenacidade a fratura
Cabo da chave de fenda de PMMA (acrílico)
Alto coeficiente de atrito
Facilidade de fabricação
Aparência
Baixa densidade
Preço razoável
COMO DETERMINAR AS PROPRIEDADES
MECÂNICAS?
Através de ENSAIOS MECÂNICOS.
Utiliza-se CORPOS DE PROVA (amostra representativa do material).
Geralmente, usa-se NORMAS TÉCNICAS para o procedimento das medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis.
RESISTÊNCIA A TRAÇÃO
ENSAIO DE TRAÇÃO
É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de tração, gradativamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento. NBR-6152 para metais
Ensaio de tração – Corpo de prova
ENSAIO DE TRAÇÃO
Resistência à tração = Tensão (σ) x Deformação (ε)
Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a deformação (variação dimensional).
Tensão
Deformação
Força ou carga (kgf)
Área inicial da seção transversal (mm2)
Lo = Comprimento inicial
Lf = Comprimento final
ΔL = Lo - Lf
ENSAIO DE TRAÇÃO
COMPORTAMENTO DOS METAIS SUBMETIDOS À TRAÇÃO
Para a maioria dos metais que são submetidos a uma tensão de tração, a tensão e a deformação são proporcionais entre si, de acordo com a relação σ = E ε, ou seja: 
TENSÃO = Módulo de Elasticidade x Deformação.
Esta relação é conhecida por Lei de Hooke
Resistência à tração
Fratura
ENSAIO DE TRAÇÃO
MATERIAL DÚCTIL
MATERIAL FRÁGIL
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA E PLÁSTICA
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
Precede à deformação plástica
É reversível
Desaparece quando a tensão é removida
É praticamente proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke)
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade
É irreversível porque é resultado do deslocamento permanente dos átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida
MÓDULO DE ELASTICIDADE OU 
MÓDULO DE YOUNG (E)
E = σ/ε = kgf/mm2
É o quociente entre a Tensão Aplicada e a Deformação Elástica resultante.
Está relacionado com a rigidez do material ou à resistência à deformação elástica
Está relacionado diretamente com as forças das ligações interatômicas.
Módulo de elasticidade ou Módulo de Young (E)
MÓDULO DE ELASTICIDADE DE ALGUNS MATERIAIS
EXERCÍCIO
Uma peça de cobre com comprimento original de 305 mm é tracionada com uma tensão de 276 MPa. Se a deformação é completamente elástica, calcule o alongamento resultante. Considere Ecobre = 110 Gpa.
Lo = 305mm
σ = 276MPa
Ecobre = 110 Gpa
Δl = ?
EXERCÍCIO
σ = ϵ . E
σ = 
Temos então:
= 0,76522 ou 0,77mm
CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE MÓDULO DE ELASTICIDADE
Como consequência do módulo de elasticidade esta diretamente relacionado com as forças interatômicas:
Os materiais cerâmicos tem alto módulo de elasticidade, enquanto os materiais poliméricos tem baixo
TENSÃO DE ESCOAMENTO
σy = Tensão de Escoamento; corresponde a tensão máxima relacionada com o fenômeno de escoamento.
De acordo com a curva (a), onde não observa-se nitidamente o fenômeno de escoamento
Alguns aços e outros materiais exibem o comportamento da curva (b), ou seja, o limite de escoamento é bem definido (o material escoa deforma-se plasticamente sem praticamente aumento da tensão). 
TENSÃO DE ESCOAMENTO
(a)
(b)
Quando não observa-se 
nitidamente o fenômeno
de escoamento, a tensão de 
escoamento corresponde 
à tensão necessária para promover 
uma deformação permanente de 
0,2% ou outro valor especificado
OUTRAS INFORMAÇÕES QUE PODEM SER OBTIDAS DAS
CURVAS TENSÃO X DEFORMAÇÃO
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (Kgf/mm2)
Corresponde à tensão máxima aplicada ao material antes da ruptura
OUTRAS INFORMAÇÕES QUE PODEM SER OBTIDAS DAS
CURVAS TENSÃO X DEFORMAÇÃO
TENSÃO DE RUPTURA (Kgf/mm2)
Corresponde à tensão que promove a ruptura do material.
O limite de ruptura é geralmente inferior ao limite de resistência em virtude de que a área da seção para um material dúctil reduz-se antes da ruptura.
Outras informações que podem ser obtidas das
curvas tensão x deformação
DUCTIBILIDADE - Corresponde ao alongamento total do material devido à deformação plástica
OUTRAS INFORMAÇÕES QUE PODEM SER OBTIDAS DAS
CURVAS TENSÃO X DEFORMAÇÃO
RESILIÊNCIA - Capacidade de um material absorver energia quando ele é deformado elasticamente e depois com o descarregamento ter essa energia recuperada
OUTRAS INFORMAÇÕES QUE PODEM SER OBTIDAS DAS
CURVAS TENSÃO X DEFORMAÇÃO
TENACIDADE - Capacidade que o material possui de absorver energia até atingir a sua fratura. É o oposto do material frágil, onde se tem a fratura com pequena absorção de energia.
RESISTÊNCIA AO IMPACTO
Resistência ao Impacto
A capacidade de um material de absorver energia do impacto está ligada à sua tenacidade, que por sua vez está relacionada com a sua resistência e ductilidade
O ensaio de resistência ao impacto dá informações da capacidade do material absorver e dissipar essa energia
Como resultado obtém-se a energia absorvida pelo material até sua fratura, caracterizando assim o comportamento dúctil-frágil
Resistência ao Impacto
TÉCNICAS DE ENSAIO DE IMPACTO
Técnica CHARPY e IZOD;
Diferença principal, é a maneira que os corpos de prova estão sustentados na máquina e a aplicação da força; 
Ambos os corpos de prova são padronizados e providos de um entalhe para localizar a ruptura.
Os corpos de prova são especificados pela norma americana E-23 da ASTM(17);
PROCEDIMENTOS
O pêndulo é elevado a uma certa altura de onde é solto, ao se chocar com o corpo de prova ele segue até uma altura final.
O mostrador da máquina simplesmente registra a diferença entre a altura inicial e a altura final, após o rompimento do corpo de prova,
Esta diferença de altura é convertida em unidades de energia
Quanto menor for a altura final, mais energia foi absorvida pelo corpo de prova evidenciando seu caráter mais dúctil.
Divisão dos corpos de prova com relação ao seu formato
Curva resposta do ensaio de impacto
O ensaio de impacto caracteriza os materiais quanto à transição do comportamento dúctil para frágil em função da temperatura
FLUÊNCIA
Fluência
Quando um metal é solicitado por uma carga, sofre uma deformação elástica. 
Com a aplicação de uma carga constante, a deformação plástica progride lentamente com o tempo (fluência) até haver um estrangulamento e ruptura do material
Velocidade de fluência aumenta com a temperatura 
Esta propriedade é importante especialmente na escolha de materiais para operar a altas temperaturas
Fluência
É definida como a deformação permanente, dependente do tempo e da temperatura, quando o material é submetido à uma carga constante
Este fator muitas vezes limita o tempo de vida de um determinado componente ou estrutura
Este fenômeno é observado em todos os materiais, e torna-se importante à altas temperaturas
Fluência
FATORES QUE AFETAM A FLUÊNCIA
Temperatura
Modulo de elasticidade
Tamanho de grão
EM GERAL:
Quanto maior o ponto de fusão, maior o módulo de elasticidade e maior é a resistência à fluência.
Quanto maior o tamanho de grão maior é a resistência. À fluência.
Ensaio de fluência
É executado pela aplicação de uma carga constante a um corpo de prova de mesma geometria dos utilizados no ensaio de tração, a uma temperatura elevada e constante
O tempo de aplicação de carga é estabelecido em função da vida útil esperada do componente
Mede-se as deformações ocorridas em função do tempo (ε x t)
Curva ε x t
DUREZA
DEFINIÇÃO DE DUREZA
É a medida da resistência de um material a uma deformação plástica localizada (por exemplo, uma pequena impressão ou um risco)
Ou ainda, resistência à penetração de um material duro em outro.
MÉTODOS x MATERIALDureza	Materiais
	BRINELL	Metais
	ROCKWELL	Metais
	MEYER	Metais
	VICKERS	Metais, Cerâmicas
	KNOOP	Metais, Cerâmicas
	SHORE	Polímeros, Elastômeros, Borrachas
	BARCOL	Alumínio, Borrachas, Couro, Resinas
	IRHD	Borrachas
MÉTODO BRINELL (HB)
A dureza por penetração proposta por J.A. Brinell em 1900, denominada Dureza Brinell e simbolizada por HB, é o tipo de dureza mais usado até os dias de hoje na engenharia
Ensaio consiste em comprimir uma esfera de aço duro (diâmetro D) contra a superfície plana e limpa de um metal com uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d.
Método Brinell (HB)
O diâmetro do penetrador de aço endurecido (ou carbeto de tungstênio) é de 10,00mm;
As cargas variam entre 500 e 3000Kg
Durante o ensaio a carga é mantida constante por um tempo específico (entre 10 e 30s)
Brinell padrão:
Carga=3000Kg e D=10mm
Método Brinell (HB)
Dureza Brinell – Representada pelas letras HB (hardness Brinell).
F = Carga aplicada
D = diâmetro da esfera de aço
d = diâmetro da calota esférica
Método Brinell (HB)
Assim, a dureza é expressa em unidades de Kgf/mm2 (1Kgf/mm210N/mm210MPa).
Contudo, usa-se somente o número e HB. 
Ex.: 100HB.
Os cálculos são dispensados no dia a dia, através do uso de uma tabela, onde estão dispostos os valores de d e da dureza HB.
Método Brinell (HB)
Método de ensaio:
Aplica-se a carga por um tempo padrão de 30 segundos e o diâmetro da impressão é medido por um microscópio. 
Deve-se fazer duas leituras de (d) perpendiculares entre si e a superfície deve ser relativamente lisa e limpa. 
A carga deve ser tal que 0,25<d<0,5 do D. Impressão ideal se d=0,375D.
Na prática, deve se usar o Fator de Carga = 
Método Brinell (HB)
Método de ensaio:
O fatores de carga para alguns materiais de engenharia estão apresentados na Tabela
Método Brinell (HB)
Vantagens do Método Brinell:
Adequado para materiais compostos por mais de uma fase (valores de dureza discrepantes), como os ferros fundidos.
Baixo custo de equipamento
Possibilidade de se estimar a resistência à tração a partir da dureza aplicando a seguinte equação:
Desvantagens do método Brinell:
Só é possível medir a dureza de materiais de média dureza, isto é, até no máximo 500HB, caso contrário a esfera pode sofrer deformação plástica.
Exige um acabamento superficial mínimo.
Não se presta para materiais que sofreram algum tipo de tratamento de superfície.
MÉTODO ROCKWELL (HR)
1922  Rockwell  ensaio de dureza com pré-carga.
Dureza Rockwell  a mais utilizada no mundo, pelas seguintes razões:
Possibilidade de avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais macios até os mais duros. 
Rapidez
Facilidade de execução
Isenção de erros humanos
Pequeno tamanho de impressão
Penetrador utilizados  esférico (aço com elevada dureza) ou cônico (com e de diamante com 120o de conicidade).
Leitura do valor de dureza Rockwell  diretamente em um registrador.
Método Rockwell (HR)
Método Rockwell (HR)
Método Rockwell (HR)
O valor indicado na escala do mostrador corresponde à profundidade alcançada pelo penetrador, desta forma:
Uma impressão profunda corresponde a um valor baixo na escala
Uma impressão rasa corresponde a um valor alto na escala.
A dureza Rockwell é dependente da carga e do penetrador, assim é necessário especificar a combinação que é usada. Isto é feito com uma letra indicativa. 
A pré-carga é de 10Kgf e as cargas possíveis são de 60, 100 e 150Kgf.
Diferentes escalas de dureza Rockwell
Penetrador cônico  leitura na escala externa (preta).
Penetrador esférico  leitura na escala interna (vermelha).
DUREZA VICKERS
Se baseia na resistência à penetração de uma pirâmide de base quadrada e ângulo entre faces de 136o sob uma determinada carga.
Tempo de aplicação de carga de 30 segundos.
HV  Kgf/mm2
Assim, pode-se também estimar a resistência à tração do material, usando-se a mesma relação apresentada na dureza Brinell.
Cargas  podem ser de qualquer valor. Valor de dureza é independente da carga usada.
Cargas de 1 a 120Kg são usadas, sendo que a carga ideal é função da dureza do material.
Dureza Vickers
Calculo da Dureza Vickers
A dureza Vickers é o quociente da força de ensaio “Q” pela área “A” da diagonal "d“ produzida, conforme a expressão:
Onde:
HV = Dureza Vickers
Q = Força de Ensaio (N)
d = Média aritmética do comprimento
Dureza Vickers
Vantagens:
Escala contínua de dureza
Impressões de dureza extremamente pequenas
Deformação nula do indentador
Aplicação para qualquer espessura
Relação com a resistência à tração
Desvantagens
Necessidade de preparação cuidadosa da superfície
Processo lento
Sujeito a erros do operador
FIM
(
)
2
2
2
d
D
D
D
F
HB
-
-
=
p
2
D
F