Materiais de Engenharia
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Materiais de Engenharia


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lado, os grãos da fase \u3b3 são isolados uns
dos outros, como no caso das microestruturas do tipo dispersão. Finalmente,
como no caso das microestruturas do tipo esqueleto, a fase \u3b3 encontra-se
sempre nos contornos de grão da fase \u3b1 (matriz).
Microestruturas contendo dispersão de partículas
Os materiais contendo dispersão de partículas são muito freqüentes. A
determinação da fração volumétrica de partículas é relativamente simples e já
foi descrita neste capítulo. Por outro lado, a determinação do tamanho médio
das partículas é um dos problemas mais complexos de estereologia quantitati-
va. Uma das maneiras de se tratar o problema é fazendo-se hipóteses simpli-
ficadoras (geralmente muito fortes) sobre a forma e a distribuição das partí-
culas. Por exemplo, para uma distribuição ao acaso de esferas (todas) de
mesmo raio (r) valem as seguintes relações:
CLASSIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO... 233
r =
2 NL
\u3c0 NA
=
3 VV
4 NL
NV =
\u3c0 (NA)2
4 NL
VV =
8 (NL)2
3 \u3c0 NA
Para as mesmas hipóteses, o espaçamento médio entre partículas (\u3bb) e a
distância média centro a centro (\u3c3) são dados pelas relações:
\u3c3 =
1
NL
\u3bb =
1 \u2212 VV
NL
Comentários finais
As microestruturas reais são freqüentemente combinações dos protóti-
pos discutidos neste capítulo. Além disto, os materiais comerciais apresentam
também com relativa freqüência mais de duas fases. Nestes casos, podem
ocorrer combinações entre os diversos protótipos e as diversas fases. Por
exemplo, em uma microestrutura duplex, dentro de uma das fases pode ocor-
rer uma dispersão de partículas de uma terceira fase. Não é raro que materiais
comerciais apresentem microestruturas orientadas e não totalmente homogê-
neas. Geralmente, isto está relacionado com o processamento dos materiais e
é praticamente inevitável, o que torna a quantificação da microestrutura ainda
mais difícil.
Exercícios
1. Determine a fração volumétrica da \u201cfase\u201d com morfologia quadrada que
aparece na micrografia esquemática da figura 13.3.
234 CAPÍTULO 13
2. Determine a fração volumétrica da \u201cfase\u201d com morfologia arredondada
que aparece na micrografia esquemática da figura 13.2.
3. Suponha que a micrografia abaixo foi obtida com aumento de 450 vezes.
Determine o diâmetro médio de grão e o respectivo número ASTM.
4. Suponha que a micrografia da figura 13.2 foi obtida com aumento de 1000
vezes. Estime o diâmetro médio das partículas, o número de partículas por
unidade de volume e o espaçamento médio entre elas.
5. Suponha que na micrografia da figura 13.2 a matriz é policristalina. Calcu-
le o tamanho de grão para o qual tem-se aproximadamente uma partícula
contida em cada grão.
6. Como você determinaria a fração volumétrica de fase cristalina em um
termoplástico parcialmente cristalino ?
7. Como você determinaria a fração volumétrica de poros em uma porcelana?
Bibliografia consultada
F.B.PICKERING; The basis of quantitative metallography, Institute of Metallurgical
Technicians, Monograph No 1, London, 1975.
E. E. UNDERWOOD; Quantitative stereology, Addison-Wesley, Nova York, 1970.
S. A. SALTYKOV; Stereometrische Metallographie, VEB-Deutscher-Verlag für
Grundstoffindustrie, Leipzig, 1974.
ANGELO FERNANDO PADILHA e FRANCISCO AMBROZIO FILHO; Técnicas
de análise microestrutural, Capítulo 5 : Fundamentos de metalografia quantita-
tiva, Editora Hemus, São Paulo, 1985.
ERHARD HORNBOGEN; On the microstructure of alloys, Acta Metallurgica, vol.
32, pag. 615-627, 1984.
CLASSIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO... 235
Principais Ensaios Mecânicos
Neste capítulo serão apresentados os principais ensaios mecânicos utili-
zados na determinação das propriedades mecânicas dos materiais. Os seguin-
tes ensaios serão descritos brevemente: ensaio de tração, ensaio de flexão,
ensaios de dureza, ensaio de impacto, ensaio de fluência e ensaio de fadiga. É
importante destacar que todos esses ensaios são normalizados e que antes de
realizá-los o engenheiro deverá consultar as respectivas normas.
Ensaio de tração
O ensaio de tração é um dos ensaios mais utilizados na determinação das
propriedades mecânicas da maioria dos materiais. No ensaio de tração, um
corpo de prova com formas e dimensões padronizadas (vide figura 14.1) é
submetido à uma força de tração uniaxial que tende a esticá-lo ou alongá-lo.
A cabeça do corpo de prova é fixada nas garras de uma máquina de
ensaio que aplica esforços crescentes na sua direção axial. Durante o ensaio,
são medidas a força e a deformação correspondente. Em geral, o ensaio é
realizado até a ruptura do corpo de prova. A figura 14.2 apresenta uma
máquina de ensaio de tração esquemática. A figura 14.3 apresenta uma curva
força versus alongamento típica de um metal dúctil. A curva da figura 14.3 é
dependente das dimensões do corpo de prova. Para tornar os resultados do
ensaio independentes das dimensões do corpo de prova, entre outras razões, é
conveniente transformar a curva força versus alongamento obtida do registro
da máquina em uma curva tensão de engenharia versus alongamento de
engenharia.
14
237
A tensão de engenharia, \u3c3, é definida como:
\u3c3 =
F
A0
onde
F é a força em cada ponto e
A0 é a área inicial da secção transversal do corpo de prova.
O alongamento de engenharia, \u3b5, é definido como:
\u3b5 =
\u2206 l
l0
=
l \u2212 l0
l0
onde
l0 é o comprimento inicial do corpo de prova e
l é o comprimento do corpo de prova durante o ensaio.
A tensão de engenharia não leva em conta a redução da secção reta do
corpo de prova durante o ensaio. A forma da curva tensão de engenharia
versus deformação de engenharia tem a mesma forma da curva força versus
alongamento. O ponto de máximo nos dois casos está associado com o início
da deformação localizada (não uniforme), denominada estricção.
Figura 14.1 \u2014 Tipos mais usados de corpos de prova para
ensaio de tração (segundo S.A. de Souza).
238 CAPÍTULO 14
A tensão real, \u3c3r , é definida como:
\u3c3r =
F
A
onde
A é a área da secção reta do corpo de prova em cada instante.
Pode-se definir também uma deformação real, \u3b5r , como:
Figura 14.2 \u2014 Máquina de ensaio de tração
esquemática (segundo M.A. Meyers e K.K. Chawla).
Figura 14.3 \u2014 Curva força versus alongamento (\u2206l) esquemática.
PRINCIPAIS ENSAIOS MECÂNICOS 239
\u3b5r = \u222b dlll0
l
= ln \uf8eb\uf8ec\uf8ed
l
l0
\uf8f6\uf8f7\uf8f8
Supondo-se que a deformação ao longo do corpo de prova seja unifor-
me e admitindo-se volume constante pode-se demonstrar que:
\u3b5r = ln (1 + \u3b5) ; \u3c3r = \u3c3 (1 + \u3b5)
Para o regime elástico, a coincidência das duas curvas é quase comple-
ta, pois as deformações são pequenas (menores que 0,5%). À medida que
aumenta a deformação plástica, as diferenças entre a curva de engenharia e a
curva real se acentuam, conforme ilustra a figura 14.4.
Embora a curva real seja mais precisa, a curva de engenharia é a mais
utilizada. Com auxílio da curva de engenharia (vide figura 14.5) pode-se
definir vários parâmetros importantes:
\u2022 Limite de escoamento. É a tensão que separa o comportamento elástico
do plástico. Como, em alguns casos, é difícil determinar-se a tensão
máxima para a qual não há deformação residual plástica, define-se o
limite de escoamento para uma deformação permanente de 0,2%.
\u2022 Limite de resistência. É a tensão (de engenharia) máxima que o corpo
de prova resiste. A partir desta tensão, as tensões (de engenharia) caem,
devido à estricção do corpo de prova.
\u2022 Tensão de ruptura. É a tensão (de engenharia) na qual ocorre ruptura.
Figura 14.4 \u2014 Comparação entre as curvas tensão versus
deformação de engenharia e real (segundo G.E. Dieter).
240 CAPÍTULO 14
\u2022 Alongamento uniforme. É o alongamento (de engenharia) que ocorre
até o início da estricção. Corresponde à deformação plástica que ocorre
uniformemente no corpo de prova.
\u2022 Alongamento total. É o alongamento (de engenharia) que ocorre até a
ruptura do corpo de prova.
\u2022 Estricção. É a diminuição porcentual