Relatorio_Ensaio de Traçao 2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ - UNIFEI
INSTITUTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Davi Treméa Mendes – 2021000427
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Turma 04
RELATÓRIO DE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS EXPERIMENTAL
Ensaio de Tração
Itajubá
2021
1 INTRODUÇÃO
 Este trabalho apresenta um estudo de análise do ensaio de tração para o Aço 1020 realizado no Laboratório de Ensaios Destrutivos e não Destrutivos (LEN) da Universidade Federal de Itajubá. 
O ensaio de tração consiste na aplicação de uma carga longitudinal a um corpo de prova. A essa força externa denomina-se força de tração, que provoca no material o seu alongamento. 
A análise do ensaio de tração permite determinar a resistência de um material, que depende da sua capacidade de suportar uma carga axial sem grandes deformações ou fratura. Trata-se de uma propriedade intrínseca do material que é determinado a partir deste método experimental. Dessa forma, Hibbeler atesta que: 
O ensaio de tração é usado primariamente para determinar a relação entre a tensão normal média e a deformação normal média em muitos materiais usados na engenharia, como metais, cerâmicas, polímeros e compósitos. (HIBBELER, 2012, p. 57) 
Esta relação entre tensão normal média e a deformação normal fica evidente com a análise do diagrama de tensão-deformação dos materiais. Neste contexto, para o método experimental descrito neste trabalho utilizou-se o aço 1020, que apresenta o diagrama da figura 1. 
Figura 1 – Diagrama de tensão-deformação convencional e real para o aço comum
Fonte: Usp
Pelo diagrama pode-se observar que na região de comportamento elástico o material é linearmente elástico, ou seja, a tensão é proporcional à deformação. Essa condição é representada pela Lei de Hooke: 
Nesta expressão o 퐸 representa o módulo de Young que trata-se de uma propriedade mecânica intrínseca dos materiais que apresentam comportamento elástico indicando, portanto, sua rigidez. 
Ainda dentro da região elástica observa-se o limite de proporcionalidade, o qual representa a tendência da reta em se encurvar e achatar, no entanto, o material ainda apresenta comportamento elástico. Este que cessa, após seu limite de elasticidade. 
Dentro do limite de elasticidade, qualquer tensão aplicada acima deste ponto causará o colapso do material, e este se deformará plasticamente. Neste contexto, inicia-se no diagrama, a região de escoamento em que a tensão aplicada é denominada tensão de escoamento. Este comportamento, a nível microestrutural, representa o deslocamento das discordâncias. Sendo assim, o material se reorganiza micro estruturalmente, até que as discordâncias em movimento se deparam com os contornos de grão (regiões de alta energia), e o material se torna mecanicamente mais resistente. 
Esse aumento na resistência mecânica do material é representado no diagrama pela região de endurecimento por deformação, que atinge seu valor máximo no limite de resistência. Dessa forma, qualquer tensão aplicada acima do limite de resistência tende a diminuir a área da seção transversal em uma região localizada do corpo de prova. Para tanto, Hibbeler afirma: 
Esse fenômeno é causado por planos deslizantes formados no interior do material, e as deformações reais produzidas são causadas por tensão de cisalhamento [...]. Como resultado, tende a formar-se uma constrição ou “estricção”, gradativa nessa região, à medida que o corpo de prova se alonga cada vez mais. (HIBBELER, 2012, p. 59)] 
Sendo assim, o material resiste cada vez menos à essa tensão aplicada e o material se rompe na tensão de ruptura. 
Dessa forma, a aplicação destes conhecimentos para a análise do ensaio de tração realizado neste trabalho, teve como principais objetivos a determinação da resistência à tração para o aço 1020 e a comparação do resultado com a literatura técnica, além da análise de Resiliência, Tenacidade, Alongamento (A%) e a Estricção (S%) do material e o desenvolvimento gráfico das curvas de Tensão x Deformação com os valores obtido no ensaio.
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Este ensaio foi realizado no Laboratório de Ensaios Destrutivos e não Destrutivos (LEN) da Universidade Federal de Itajubá dispondo dos materiais, equipamentos e metodologia aqui apresentadas.
2.1 MATERIAIS
Para a realização do ensaio de tração foram utilizados os seguintes materiais:
- Corpo de prova – Aço 1020;
2.2 EQUIPAMENTOS
· Paquímetro Digimess
Precisão: 0,02 
· Máquina Universal de Ensaio:
 Modelo: DL 3000
 Fabricante: EMIC
 Máximo de carga: 30 
Velocidade da máquina: 5 
Calibrada recentemente no ano de 2015. Sendo assim, está dentro do prazo de manutenção estabelecido pelo fabricante.
- 	Extensômetro mecânico:
Modelo: - 
Fabricante: EMIC
Dispositivo que fornece o comprimento padrão definido pela distância que separa os dois pontos de referência previamente colocados no corpo de prova.
· Software Tesc:
É utilizado para conduzir ensaios de maneira eficiente. O nome Tesc é uma abreviatura de “Test Script”, uma poderosa linguagem de scripst, através de qual pode-se definir todo o procedimento de ensaio, desde os detalhes da sequência de aplicação de cargas até a análise dos resultados e emissão do relatório.
· Computador
2.3 METODOLOGIA
A melhor maneira para se determinar as propriedades mecânicas de um metal por tração é ensaiar um corpo de prova retirado da peça. Segunda a ABNT (Associação de Normas Técnicas), os ensaios são normalizados pelo método MB-4, onde são indicadas as formas e dimensões dos corpos de prova para cada situação. No caso, do ensaio de tração com o aço 1020, foi utilizado um corpo de prova de seção retangular, conforme figura abaixo. 
Figura 2 - Corpo de prova para ensaio de tração. 
Fonte: Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos, Sérgio Augusto de Souza.
A parte útil de um corpo de prova é a região onde são feitas as medidas das propriedades mecânicas do metal e a cabeça do corpo de prova é a parte destinada apenas à fixação na máquina de ensaio. 
A utilização de corpos de prova normalizados é importante por vários motivos a saber:
1) Facilidade de adaptação na máquina de ensaio e de execução do ensaio;
2) Permite sempre a ruptura do material;
3) Permite o fácil cálculo das propriedades mecânicas;
4) Permite comparação dos alongamentos e estricções que são propriedades dependentes da forma dos corpos de prova ensaiados;
5) Ausência de irregularidades nos corpos de prova que poderiam afetar os resultados, caso fosse feito em corpo de prova não padronizado. 
Após a escolha do corpo de prova realizou-se a medição do comprimento e largura do mesmo com o auxílio do paquímetro Digimess. Em seguida, marcações foram feitas no corpo de prova para determinar seu deslocamento através do extensômetro mecânico e logo após, acoplou-se o corpo de prova diretamente nas garras da máquina (garra superior/ garra inferior) com a finalidade de garantir a boa fixação do corpo de prova, ligou-se a máquina, com a velocidade de 5 mm/min para a realização do ensaio.
Finalizou-se com a obtenção dos dados referentes à força aplicada e a deformação do corpo de prova com o computador conectado ao programa Tesc por meio da Máquina de Ensaios Mecânicos.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os dados de acordo com as medições do corpo de prova foram efetuados conforme a tabela abaixo: 
Tabela 1 – Medições do corpo de prova.
	
Dimensão
	Corpo de prova – Antes do ensaio
	Largura
	3,26 mm
	Comprimento
	12,70 mm
Após realizar o ensaio de tração, fez-se os seguintes cálculos abaixo:
- Tensão: 
 
Em que: 
 = Tensão ()
 = Carga aplicada 
 = Seção transversal original 
- Deformação: 
 
Em que:
 = Deformação 
 = comprimento inicial de referência ()
 = comprimento de referência para cada carga ()
- Módulo de Elasticidade 
 
Em que:
 = Tensão ()
 = Módulo de elasticidade ou Young ()
 = Deformação 
- Resiliência:
Em que:
 = Módulo de resiliência 
 = Tensão de escoamento ()
= Módulo de elasticidade ou Young ()
- Tenacidade: 
 
Em que:
 = Módulo de tenacidade 
 = Tensão de escoamento ()
 = Tensão de ruptura ()
 = Deformação específica (mm/mm)
- Alongamento:Em que:
= Alongamento total ()
 = distância inicial marcada no corpo de prova antes do ensaio 
 = distância final após a ruptura do corpo de prova 
- Estricção:
Em que:
 = Estricção ()
 = Secção transversal inicial do corpo de prova 
 = Secção transversal final do corpo de prova 
Ao realizar a comparação com a literatura, nota-se que ocorre uma diferença entre os resultados com os do experimento realizado, pode ser visto na tabela a seguir:
Tabela 2 – Comparação das propriedades mecânicas com a literatura. 
	
Propriedade Mecânica
	
Ensaio Realizado
	Comparação com a literatura
	Tensão
	353,29 MPa
	420 MPa ou 60900 psi
	Deformação
	0,366 (mm/mm)
	
	Módulo de elasticidade
	3,8032 GPa
	205 GPa ou 29700 ksi
	Tensão de escoamento
	300 MPa
	350 MPa ou 50800 psi
	Resiliência
	11,74 J/m3
	
	Tenacidade
	119,55 N*mm/mm3
	
	Alongamento
	33,6 %
	15% (com base de medida de 50 mm)
	Estricção
	48,1%
	
Dessa forma, sabe-se que um dos fatores que mais interferem nos resultados do ensaio de tração é a temperatura/umidade do ar, isto faz com que o material sofra contração/dilatação e os valores podem alterar.
No entanto, o principal motivo que ocorreu nesse experimento para a variação dos resultados foi a quantidade de corpos utilizada, além de não se fazer uma quantidade grande de marcações como parâmetro para medida inicial e posterior (no caso da medida sem o extensômetro). Neste contexto, obtiveram-se em alguns cálculos variância em comparação com a literatura técnica. Nesse caso o ideal seria fazer uma amostragem de por exemplo: três corpos de provas e avaliar a média destes.
Por fim, ao avaliar as superfícies dos corpos de prova foi possível observar que após o experimento obteve-se uma área de estricção (empescoçamento) na amostra além de um aumento da distância entre as marcações proveniente da deformação plástica que o material sofreu
A seguir os gráficos de Tensão X Deformação do aço 1020 no ensaio de tração:
 Através do gráfico, foi possível analisar o comportamento do material além de fornecer alguns dados para cálculo de algumas propriedades que foram feitos acima. É válido ressaltar que o gráfico acima corresponde ao gráfico Tensão x Deformação de engenharia, e não o real, enquanto o de engenharia considera a área inicial sempre, o real leva em conta a área instantânea. É possível converter os valores de tensão e deformação do gráfico de engenharia para o real da seguinte forma:
Ereal = ln(1+ Eeng) Tr = Teng (1+ Eeng)
Realizando os cálculos encontramos os seguintes valores:
Ereal = 0,290 (mm/mm) Trult = 483,14 MPa
Além disso valores como o de LRT( Limite Resistência a Tração) e a tensão de ruptura que foram encontrados no software que registrou o experimento são relevantes para análise:
LRT = 353,29 MPa Trup = 258,69 MPa
Por fim, entender que há uma diferença na deformação apresentada pelo extensômetro e aquela feita de forma manual com o paquímetro devido ao erro que pode ocorrer devido ao manuseio do equipamento além do erro de medida natural que tem nos equipamentos de medição, além de ter sido feito apenas 2 marcações para medição o que não é o mais adequado para a precisão experimental.
Por fim, é importante esclarecer que mesmo entre os aços 1020 há uma oscilação nas propriedades de acordo com as concentrações de: carbono, manganês, fósforo, enxofre e ferro. Portanto, caso não se tenha uma análise minuciosa da microestrutura e das porcentagens químicas ainda é possível que haja erros mesmo com a quantidade correta de corpos de provas e erros sendo levados em conta no processo experimental.
CONCLUSÃO
Pode-se concluir por meio desse tipo de ensaio que praticamente as deformações promovidas no material são distribuídas por igual em todo o seu corpo, até ser atingida uma carga máxima próxima do final do ensaio. Dessa forma, o ensaio de tração permite medir satisfatoriamente a resistência do material, possibilitando o conhecimento sobre suas propriedades mecânicas, visto que para a aplicabilidade do material nas vastas áreas, é necessário saber informações sobre o mesmo. 
Sendo um dos ensaios mais empregados atualmente na indústria, a precisão de um ensaio de tração depende, evidentemente, da precisão dos aparelhos de medida que se dispõe, além de atentar-se as padronizações do corpo de prova segundo as normas técnicas e condições climáticas. Com pequenas deformações, pode-se conseguir uma precisão maior na avaliação da tensão do material, e assim conseguir resultados mais confiáveis. Na utilização mecânica e outras áreas da engenharia, é fundamental a importância desse ensaio mecânico para o planejamento e execução adequado de um projeto.
Com isso, o objetivo de determinar a resistência a tração para aço 1020 ensaiado e comparar com a literatura técnica, além de análise e cálculo de suas propriedades mecânicas de acordo com o gráfico de Tensão X Deformação foi atendido.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
DE SOUZA, Sérgio Augusto. Ensaios mecânicos de materiais metálicos. Edgard Blucher, 1979.
Manual de Aços - GERDAU Aços Finos Piratini
https://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariamecanica/maprotec/catalogo_acos_gerdau.pdf