Materiais de Engenharia
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Materiais de Engenharia

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é realizado
na temperatura ambiente.

Ensaio de flexão

Para os materiais frágeis, como os materiais cerâmicos, a determinação
das propriedades mecânicas por meio do ensaio de tração é muito difícil
experimentalmente.

Figura 14.5 — Alguns parâmetros importantes definidos com auxílio da
curva tensão versus deformação de engenharia (segundo G.E. Dieter).

PRINCIPAIS ENSAIOS MECÂNICOS 241

No caso de materiais frágeis, o ensaio mais utilizado é o ensaio de
flexão. A figura 14.6 apresenta as duas modalidades mais utilizadas de ensaio
de flexão, em comparação com o ensaio de tração.

A resistência à flexão é definida como a tensão máxima de tração na
ruptura e é denominada freqüentemente como módulo de ruptura, designado
na literatura em inglês como MOR (“modulus of rupture”). A resistência à
flexão é calculada com auxílio de fórmulas, que podem ser encontradas em
textos de resistência dos materiais. A figura 14.7 apresenta as fórmulas para
corpos de prova de secção retangular.

Ensaios de dureza

O ensaio de dureza é provavelmente o ensaio mecânico mais freqüente-
mente utilizado, tanto em empresas como em universidades e centros de
pesquisas.

Existem mais de uma dezena de ensaios de dureza. Estes ensaios podem
ser classificados, conforme a maneira com que o ensaio é realizado, em três

Figura 14.6 — Comparação entre os ensaios: a) flexão em três pontos;
b) flexão em quatro pontos e c) ensaio de tração (segundo D.W. Richerson).
A área hachurada representa a distribuição de tensões de tração ao longo

do comprimento do corpo de prova.

242 CAPÍTULO 14

tipos: por penetração; por choque e por risco. À propósito, a escala de dureza
mais antiga é a escala Mohs, introduzida em 1822, e é baseada na capacidade
de um material riscar o outro. Em seguida serão apresentadas brevemente três
ensaios de dureza: dureza Brinell, dureza Vickers e dureza Rockwell.

A escala Brinell foi proposta em 1900 por J.A. Brinell. O ensaio consis-
te em comprimir lentamente uma esfera de aço, de diâmetro D, sobre uma
superfície plana por meio da aplicação de uma carga P. A compressão da
esfera na superfície do material causa uma impressão permanente. Esta im-
pressão tem a geometria de uma calota esférica, de diâmetro d. A dureza
Brinell (HB) é calculada pelo quociente da carga pela área de contacto:

HB =
2 P

π D (D − √D2 − d2)
A dureza Brinell tem unidade de tensão (pressão) e é normalmente dada

em kg/mm2 .
A escala Vickers foi proposta em 1925 por Smith e Sandland. O nome

Vickers é originário da empresa que fabricava as primeiras máquinas deste
tipo de ensaio. Neste caso, o penetrador é uma pirâmide de diamante de base
quadrada e com ângulo de 136° entre as faces opostas. A impressão, quando
vista ao microscópio óptico, tem a geometria de um losango retangular de

M = 
P
2
 a I =

bd 3

12

S = σ4 − PT. = MOR =
Mc
I =

3 Pa
bd 2

M = 
L
2


P
2
 I =

bd 3

12

S = σ3 − PT. = MOR =
Mc
I =

3 PL
2 bd 2

Figura 14.7 — Fórmulas para o cálculo do módulo de ruptura no
ensaio de flexão em: a) três pontos e

b) em quatro pontos (segundo D.W.Richerson).

PRINCIPAIS ENSAIOS MECÂNICOS 243

diagonal l. A dureza Vickers (HV) é dada pelo quociente da carga P pela área
de contato:

HV = 2 P
sen


136⊃

2


l2
=

1,8544 P
l2

A dureza Vickers também tem unidade de tensão e é normalmente dada
em kg/mm2 .

A escala Rockwell foi introduzida em 1922 por Rockwell. Este ensaio
utiliza a profundidade de penetração, sob ação de uma carga constante, como
medida de dureza. O ensaio é muito rápido, pois o resultado é lido auto-
maticamente. Os penetradores são do tipo esférico (esfera de aço temperado)
ou cônico (diamante com 120° de conicidade). Ao contrário das escalas
Brinell e Vickers, a dureza Rockwell não tem unidade. Existem vários tipos
de dureza Rockwell. Os mais utilizados são: Rockwell B (penetrador esféri-
co, φ = 1,59 mm, carga 100 kg) e Rockwell C (penetrador de diamante, carga
150 kg).

No caso dos materiais poliméricos, a escala Shore de dureza é muito
utilizada. A dureza Shore é um tipo de ensaio dinâmico por choque que
produz uma impressão na peça ou corpo de prova por meio de um penetrador.
A escala Shore também é utilizada em materiais metálicos.

Finalmente, deve-se mencionar que os ensaios de dureza são geralmente
realizados na temperatura ambiente. Para materiais cerâmicos, o ensaio de
dureza realizado em temperaturas elevadas é bastante comum.

Ensaio de impacto

Os tipos mais comuns de ensaio de impacto são: ensaio Charpy, ensaio
Izod e ensaio de tração sob impacto. O mais utilizado deles é o ensaio
Charpy. A figura 14.8 mostra o pêndulo de ensaios e os corpos de prova
utilizados.

No ensaio Charpy, o corpo de prova é biapoiado horizontalmente e
recebe o impacto de um pêndulo de peso especificado. O corpo de prova
sofre uma flexão sob impacto e fratura com uma alta taxa de deformação
(aproximadamente 103 s-1). Na região próxima ao entalhe, aparece um estado
triaxial de tensões. Este estado triaxial de tensões e a alta taxa de carrega-
mento propiciam uma tendência para ocorrência de fratura frágil. A forma

244 CAPÍTULO 14

mais frágil de fratura em materiais é a clivagem. Na clivagem, a propagação
da trinca ocorre praticamente sem deformação plástica e a separação ocorre
ao longo de planos cristalinos pelo rompimento das ligações químicas. A
tendência à clivagem e à fratura frágil de um modo geral aumentam com o
aumento da velocidade de deformação e com o abaixamento da temperatura
de ensaio.

Os resultados do ensaio de impacto são geralmente apresentados como
a energia absorvida no processo de fratura do corpo de prova. A energia
absorvida no processo de fratura varia muito com a temperatura de ensaio.
Por esta razão são realizados ensaios em várias temperaturas.

Figura 14.8 — Ensaio de impacto: a) corpo de prova utilizado nos ensaios
Charpy e Izod; b) pêndulo de ensaio (segundo W.D. Callister, Jr.).

PRINCIPAIS ENSAIOS MECÂNICOS 245

Ensaio de fluência

Quando um corpo de prova ou componente é submetido a um carrega-
mento constante em alta temperatura ele deforma-se plasticamente em cente-
nas ou milhares de horas, mesmo que a carga seja menor que o limite de
escoamento do material nesta temperatura. Este fenômeno chama-se fluência
(em inglês “creep”).

O ensaio de fluência é realizado em temperaturas altas (e constante) e
com uma tensão aplicada constante. Como a secção do corpo de prova dimi-
nui durante o ensaio, dificultando a manutenção de uma tensão constante, é
mais comum realizar-se o ensaio com carga constante. No ensaio de fluência,
mede-se o alongamento do corpo de prova em função do tempo.

A fluência torna-se um fenômeno de importância na faixa de temperatu-
ras entre 0,4 Tf e o ponto de fusão, onde Tf é a temperatura de fusão em K.
Nesta faixa de temperaturas, a difusão é significativa. A difusão, conforme já
foi visto, é um fenômeno termicamente ativado e apresenta uma dependência
exponencial com a temperatura. Abaixo de 0,4 Tf , o coeficiente de difusão é
tão baixo que qualquer mecanismo de deformação plástica por fluência é tão
lento que pode ser desprezado.

A temperatura crítica para que a fluência comece a ser significativa
varia de material para material. Por exemplo, enquanto o chumbo apresenta
deformação por fluência na temperatura ambiente, para o ferro ela só se torna
importante acima de cerca de 600°C.

Ensaio de fadiga

A falha por fadiga ocorre quando um material é submetido a carrega-
mento cíclico. Em geral, quanto maior for o limite de resistência (determina-
do com auxílio de um ensaio de tração) do material maior será sua resistência
à fadiga. Por outro lado, quando um corpo de prova ou componente é subme-
tido a esforços dinâmicos, repetidos ou flutuantes, o mesmo pode romper-se
com uma carga muito inferior ao limite de resistência do material. A falha
por fadiga geralmente ocorre de forma repentina e catastrófica. Pontes, aero-
naves e numerosos componentes de máquinas estão sujeitos à falha por fadi-
ga. O termo fadiga é utilizado porque