Materiais de Engenharia
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da área da secção transversal do
corpo de prova após a ruptura.
Finalmente, é importante destacar que o ensaio de tração é realizado
com a temperatura constante e que a velocidade de deformação (velocidade
de afastamento das garras) é mantida aproximadamente constante. O ensaio
de tração pode ser realizado tanto em temperaturas muito baixas como em
altas temperaturas. Para a grande maioria das aplicações, o ensaio 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 \u2014 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 (\u201cmodulus of rupture\u201d). 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 \u2014 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
\u3c0 D (D \u2212 \u221a\uf8e5\uf8e5\uf8e5\uf8e5\uf8e5\uf8e5\uf8e5D2 \u2212 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 = \uf8eb\uf8ec\uf8ed
P
2
\uf8f6\uf8f7\uf8f8 a I =
bd 3
12
S = \u3c34 \u2212 PT. = MOR =
Mc
I =
3 Pa
bd 2
M = \uf8eb\uf8ec\uf8ed
L
2
\uf8f6\uf8f7\uf8f8
\uf8eb\uf8ec\uf8ed
P
2
\uf8f6\uf8f7\uf8f8 I =
bd 3
12
S = \u3c33 \u2212 PT. = MOR =
Mc
I =
3 PL
2 bd 2
Figura 14.7 \u2014 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
\uf8eb\uf8ec\uf8ed
136\u2283
2
\uf8f6\uf8f7\uf8f8
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, \u3c6 = 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 \u2014 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 \u201ccreep\u201d).
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