3 PROPRIEDADES MEC NICAS DOS METAIS 1 Eleani

3 -PROPRIEDADES MEC NICAS DOS METAIS 1

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS PROPRIEDADES MEC NICAS POR QUÊ ESTUDAR? n A determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas é muito importante para a escolha do material para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e fabricação do componente. n As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma 2 incontrolável.

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Principais propriedades mecânicas n Resistência à tração Elasticidade Ductilidade Fluência Fadiga Dureza n Tenacidade, . . n n n Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti -las 3

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS TIPOS DE TENSÕES QUE UMA ESTRUTURA ESTA SUJEITA Tração n Compressão n Cisalhamento n Torção n 4

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Como determinar as propriedades mecânicas? n n n A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios mecânicos. Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra representativa do material) para o ensaio mecânico, já que por razões técnicas e econômicas não é praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal. Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis. 5

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS NORMAS TÉCNICAS As normas técnicas mais comuns são elaboradas pelas: n ASTM (American Society for Testing and Materials) n ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) 6

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS TESTES MAIS COMUNS PARA SE DETERMINAR AS PROPRIEDADES MEC NICAS DOS METAIS n n n n Resistência à tração (+ comum, determina a elongação) Resistência à compressão Resistência à torção Resistência ao choque Resistência ao desgaste Resistência à fadiga Dureza Etc. . . 7

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS CLASSIFICAÇÃO DOS Ensaios Mecânicos Fonte: Carlos Alexandre dos Santos-Pucrs 8

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS RESISTÊNCIA À TRAÇÃO n n É medida submetendo -se o material à uma carga ou força de tração, paulatinamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento NBR-6152 para metais 9

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS ESQUEMA DE MÁQUINA PARA ENSAIO DE TRAÇÃO PARTES BÁSICAS n n n Sistema de aplicação de carga dispositivo para prender o corpo de prova Sensores que permitam medir a tensão aplicada e a deformação promovida (extensiômetro) 10

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS RESITÊNCIA À TRAÇÃO TENSÃO ( ) X Deformação ( ) = F/Ao Kgf/cm 2 ou Kgf/mm 2 ou N/ mm 2 Área inicial da seção reta transversal Força ou carga Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a deformação (variação dimensional). A deformação pode ser expressa: • O número de milímetrosa de deformação por milímetros de comprimento • O comprimento deformado como uma percentagem do comprimento original Deformação( )= lf-lo/lo= l/lo lo= comprimento inicial lf= comprimento final 11

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Comportamento dos metais quando submetidos à tração Resistência à tração Dentro de certos limites, a deformação é proporcional à tensão (a lei de Hooke é obedecida) Lei de Hooke: =E 12

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS A deformação pode ser: Elástica n Plástica n 13

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Deformação Elástica e Plástica DEFORMAÇÃO ELÁSTICA n n Prescede à deformação plástica É reversível Desaparece quando a tensão é removida É praticamente proporcional à tensão aplicada (obedece a lei DEFORMAÇÃO PLÁSTICA n n 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 de Hooke) Elástica Plástica 14

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Módulo de de elasticidade ou Young E= / =Kgf/mm 2 • É o quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica resultante. • Está relacionado com a rigidez do material ou à resist. à deformação elástica • Está relacionado diretamente com as forças das ligações interatômicas P A lei de Hooke só é válida até este ponto Tg = E Lei de Hooke: = E 15

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Módulo de Elasticidade para alguns metais Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão 16

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Comportamento não-linear n Alguns metais como ferro fundido cinzento, concreto e muitos polímeros apresentam um comportamento não linear na parte elástica da curva tensão x deformação 17

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Considerações gerais sobre módulo de elasticidade Como consequência do módulo de elasticidade estar diretamente relacionado com as forças interatômicas: n Os materiais cerâmicos tem alto módulo de elasticidade, enquanto os materiais poliméricos tem baixo n Com o aumento da temperatura o módulo de elasticidade diminui 18

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Anisotropia no Módulo de Elasticidade • em material monocristalino o módulo de elasticidade depende da direção de aplicação da tensão nos eixos cristalográficos, pois a interação atômica varia com a direção. • Neste caso especifica-se as constantes elásticas 19

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS O COEFICIENTE DE POISSON PARA ELONGAÇÃO OU COMPRESSÃO • Qualquer elongação ou compressão de uma estrutura cristalina em uma direção, causada por uma força uniaxial, produz um ajustamento nas dimensões perpendiculares à direção da força z x 20

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS O COEFICIENTE DE POISSON PARA TENSÕES DE CISALHAMENTO • Tensões de cisalhamento produzem deslocamento de um plano de átomos em relação ao plano adjacente Módulo de Cisalhamento ou de rigidez • A deformação elástica de cisalhamento é dada ( ): = tg Como para metais ~0, 3 21 G~0, 4 E

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Módulo de Cisalhamento n É conhecido também como módulo de elasticidade transversal. 22

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Forças de compressão, cisalhamento e torção n O comportamento elástico também é observado quando forças compressivas, tensões de cisalhamento ou de torção são impostas ao material 23

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS O FENÔMENO DE ESCOAMENTO Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns metais de natureza dúctil, como aços baixo teor de carbono. n Caracteriza-se por um grande alongamento sem acréscimo de carga. n 24

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Outras informações que podem ser obtidas curvas tensãoxdeformação Tensão de escoamento Escoamento y= tensão de escoamento (corresponde a tensão máxima relacionada com o fenômeno de escoamento) • De acordo com a curva “a”, onde não observase 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). Neste caso, geralmente a tensão de escoamento corresponde à tensão máxima verificada durante a fase de escoamento Não ocorre escoamento propriamente dito 25

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Limite de Escoamento 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 (obtido pelo método gráfico indicado na fig. Ao lado) Fonte figura: Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Ciência dos Materiais 26 e Metalurgia da PUC-Rio

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Limite de Escoamento 27

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Outras informações que podem ser obtidas curvas tensãoxdeformação Resistência à Tração (Kgf/mm 2) n Corresponde à tensão máxima aplicada ao material antes da ruptura n É calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo material pela área de seção reta inicial 28

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Outras informações que podem ser obtidas curvas tensãoxdeformação Tensão de Ruptura (Kgf/mm 2) n n 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 reta para um material dúctil reduz-se antes da ruptura 29

Outras informações que podem ser obtidas curvas tensãoxdeformação Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Ductilidade em termos de alongamento n. Corresponde ao alongamento total do material devido à deformação plástica %alongamento= (lf-lo/lo)x 100 onde lo e lf correspondem ao comprimento inicial e final (após a ruptura), respectivamente ductilidade 30

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Ductilidade expressa como alongamento n n Como a deformação final é localizada, o valor da elongação só tem significado se indicado o comprimento de medida Ex: Alongamento: 30% em 50 mm 31

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Ductilidade expressa como estricção Corresponde à redução na área da seção reta do corpo, imediatamente antes da ruptura n Os materiais dúcteis sofrem grande redução na área da seção reta antes da ruptura Estricção= área inicial-área final área inicial n 32

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Outras informações que podem ser obtidas curvas tensãoxdeformação Resiliência n n Corresponde à capacidade do material de absorver energia quando este é deformado elasticamente A propriedade associada é dada pelo módulo de resiliência (Ur) esc Ur= esc 2/2 E n Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite de elasticidade e baixo módulo de elasticidade (como os materiais utilizados para molas) 33

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Outras informações que podem ser obtidas curvas tensãoxdeformação Tenacidade n Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura tenacidade 34

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Módulo de tenacidade Materiais dúcteis n U t= esc + LRT . f em N. m/m 3 2 35

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Módulo de tenacidade Materiais frágeis n Ut= 2/3 . LRT. f em N. m/m 3 36

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Algumas propriedades mecânicas para alguns metais 37

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS VARIAÇÃO DA PROPRIEDADES MEC NICAS COM A TEMPERATURA 38

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS TENSÃO E DEFORMAÇÃO REAIS OU VERDADEIRAS • A curva de tensão x deformação convencional, estudada anteriormente, não apresenta uma informação real das características tensão e deformação porque se baseia somente nas característicasdimensionais originais do corpo de prova ou amostra e que na verdade são continuamente alteradas durante o ensaio. 39

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS TENSÃO E DEFORMAÇÃO REAIS TENSÃO REAL ( r) n r = F/Ai onde Ai é a área da seção transversal instantânea (m 2) DEFORMAÇÃO REAL ( r) n n d r = dl/l r = ln li/lo Se não há variação de volume Ai. li = Ao. lo n r = ln Ai/Ao 40

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS RELAÇÕES ENTRE TENSÕES E DEFORMAÇÕES VERDADEIRAS E CONVENCIONAIS RELAÇÃO ENTRE TENSÃO REAL E CONVENCIONAL n r RELAÇÃO ENTRE DEFORMAÇÃO REAL E CONVENCIONAL = (1+ ) n r = ln (1+ ) Estas equações são válidas para situações até a formação do pescoço 41

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS TENSÃO CORRETA PARA A REGIÃO DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA n r = k r n K e n são constantes que dependem do material e dependem do tratamento dado ao mesmo, ou seja, se foram tratados termicamente ou encruados correta A tensão correta de ruptura é devido a outros componentes de tensões presentes, além da tensão axial 42

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Ken K= coeficiente de resistência (quantifica o nível de resistência que o material pode suportar) n n= coeficiente de encruamento (representa a capacidade com que o material distribui a deformação) n 43

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS K e na para alguns materiais 44

Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS Determinação de K e n n Log r =log k+ n log r extrapolando Para r= 1 r =k K r Inclinação= n 1 r 45

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