Propriedades Mecnicas dos Materiais Formas de carregamento externo

Propriedades Mecânicas dos Materiais • Formas de carregamento externo: Compressão Torção Tração Cisalhamento

Propriedades Mecânicas dos Materiais • Teste de tração: Célula de carga Extensômetro Detalhe do início da estricção do material Corpo de prova Gráfico de x do material ensaiado

Propriedades Mecânicas dos Materiais • Gráfico de tensão vs. deformação ( x ): Fratura

Propriedades Mecânicas dos Materiais Comportamento x : elástica plástica • Deformação elástica: é reversível, ou seja, quando a carga é retirada, o material volta às suas dimensões originais; ü átomos se movem, mas não ocupam novas posições na rede cristalina; tensão • ü numa curva de x , a região elástica é a parte linear inicial do gráfico. • Deformação plástica: é irreversível, ou seja, quando a carga é retirada, o material não recupera suas dimensões originais; ü átomos se deslocam para novas posições em relação uns aos outros. deformação

Propriedades Mecânicas dos Materiais Comportamento x - Deformação Elástica: Ø Em um teste de tração, se a deformação observada no material for do tipo elástica, então a relação entre a tensão e a deformação é dada pela lei de Hook: Ø = E. ; E é o módulo de Young, ou módulo de elasticidade, e tem as mesmas unidades , N/m 2. Descarga tensão • Coeficiente angular = E Carga deformação de

Propriedades Mecânicas dos Materiais Para alguns materiais, a porção inicial da curva tensão vs. deformação não é linear, sendo necessário o uso de outros métodos para a determinação do seu módulo de elasticidade. • Aneslaticidade: Para a maioria dos materiais de engenharia, existirá uma componente de deformação elástica que é dependente do tempo; Ø A deformação elástica continuará após a aplicação da tensão e alívio da carga, passará um intervalo de tempo finito até que o material recupere sua forma original.

Propriedades Mecânicas dos Materiais Módulo de elasticidade: fatores influentes: ü força das ligações atômicas: Ligação forte Alto E separação Baixo E força • Ligação fraca E ≈ (d. F/dr) r 0 = separação interatômica de equilíbrio

Propriedades Mecânicas dos Materiais • Módulo de elasticidade: fatores influentes ü temperatura.

Propriedades Mecânicas dos Materiais • Coeficiente de Poisson ( ): definido como sendo a razão entre as deformações lateral e axial. O coeficiente de Poisson pode ser usado para estabelecer uma relação entre o módulo de elasticidade e o módulo de cisalhamento de um material.

Propriedades Mecânicas dos Materiais

Propriedades Mecânicas dos Materiais • Módulos de elasticidade, de cisalhamento e coeficientes de Poisson para várias ligas metálicas à temperatura ambiente.

Propriedades Mecânicas dos Materiais Deformação Plástica: ü tensão e deformação não são proporcionais; ü a deformação não é reversível; ü a deformação ocorre pela quebra e rearranjo das ligações atômicas (em materiais cristalinos, pelo movimento das discordâncias). estricção fratura Deformação plástica uniforme Deformação elástica Corpo de prova padrão •

Propriedades Mecânicas dos Materiais tensão Tipos de material e as curvas de x tensão • deformação

Propriedades Mecânicas dos Materiais Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento: ü o escoamento indica o início da deformação plástica do material. tensão elástica plástica tensão • Limite superior de escoamento Limite inferior de escoamento deformação

Propriedades Mecânicas dos Materiais Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento elástica plástica Ø y é determinado pelo método de pré -deformação específica, geralmente de 0, 002; ou seja, é a tensão capaz de causar uma deformação permanente de 0, 2% no material; tensão • Ø O ponto de escoamento (P), também chamado limite de proporcionalidade corresponde à posição na curva onde a condição de linearidade termina, ou seja, onde a lei de Hook deixa de valer. deformação

Propriedades Mecânicas dos Materiais Propriedades de tração: Ductilidade ü é o grau de deformação plástica suportado até a fratura do material; ü pode ser medida pelo alongamento percentual ou pela redução de área percentual. frágil dúctil Alongamento percentual: AL % = [(lf – l 0)/l 0]/x 100 tensão • Redução de área percentual RA % = [(A 0 – Af)/A 0]/x 100 deformação

Fratura Frágil x Fratura Dúctil ü Material dúctil: altas deformação plástica e estocagem de energia antes da fratura; ü Material frágil: baixas deformação plástica e estocagem de energia antes da fratura;

Ø Etapas da fratura: ü formação de uma trinca; ü propagação de uma trinca. Os materiais podem fraturar de 2 modos: dúctil e frágil. A diferença se baseia na quantidade de deformação plástica que o material sofre antes de fraturar. ü (a) fratura altamente dúctil: material sofre longa estricção, a partir de uma determinada tensão, até um único ponto no momento da fratura; ü (b) fratura moderamente dúctil: material fratura após sofrer alguma deformação plástica; ü (a) fratura frágil: material fratura sem que ocorra nenhuma deformação plástica;

Fratura dúctil: a) início do empescoçamento; b) formação de pequenas cavidades; c) coalescimento de cavidades para formar uma trinca; d) propagação da trinca; e) Fratura por cisalhamento em um ângulo de 45° com relação à direção da carga aplicada. Na fratura dúctil a trinca é estável e só aumenta de tamanho se a carga aplicada sobre o material for aumentada.

Fratura frágil: a) não há deformação plástica apreciável; b) trincas se propagam rapidamente; c) trincas se propagam aproximadamente perpendicularmente à direção da carga aplicada; d) propagação da trinca ocorre comumente por clivagem: quebra de ligações atômicas ao longo de planos cristalográficos específicos; Na fratura frágil a trinca é instável e se propaga rapidamente mesmo sem aumento da carga aplicada.

Propriedades Mecânicas dos Materiais 103 psi Propriedades mecânicas típicas de vários metais e ligas em um estado recozido. MPa • deformação Comportamento x do ferro com a temperatura.

Propriedades Mecânicas dos Materiais • Propriedades de tração: Resiliência: ü capacidade de um material estocar energia quando deformado elasticamente e depois de aliviada a carga, ter essa energia recuperada. ü o módulo de resiliência Ur representa a energia de deformação por volume necessária para tensionar um material de um estado sem carregamento até a sua tensão limite de escoamento. Na região elástica linear: ou

Propriedades Mecânicas dos Materiais • Deformação plástica: Tenacidade: ü representa uma medida da capacidade de um material absorver energia até a sua fratura; ü equivale a área sob a curva x até o ponto de fratura. O diagrama x de engenharia Tensão de fratura No diagrama de engenharia clássico de tensão vs. deformação, teremos: 1 - módulo de elasticidade; 2 – tensão de escoamento; tensão • 3 – limite de resistência à tração; 4 – ductilidade: 100 x fratura 5 – tenacidade: deformação d

Propriedades Mecânicas dos Materiais Diagrama real vs. Diagrama de engenharia fratura Tensão real • Diagrama real x : v = F/Ai Tensão (psi) x 103 • v = ln (li/l 0) Tensão de engenharia • Se Vi = V 0 : v = (1+ ) fratura v = ln (1+ ) Onde os índices: i = instantâneo 0 = inicial Deformação (mm/mm) x 10 -2

Propriedades Mecânicas dos Materiais Tensão e deformação reais: – para alguns metais e ligas, a relação entre a tensão verdadeira e a deformação verdadeira, até o ponto de estricção, pode ser aproximadamente dada pela relação: verdadeira corrigida tensão • engenharia deformação v = K. vn K e n são constantes que dependem da condição do material e são tabelados.

Propriedades Mecânicas dos Materiais Recuperação elástica durante uma deformação plástica Diagrama esquemático x em tração, mostrando os fenômenos de recuperação da deformação elástica e encruamento. O limite de escoamento inicial é designado por y 0; y 1 é o limite de elasticidade após a liberação da carga no ponto D e depois sob reaplicação da carga. descarga tensão • Reaplicação da carga Recuperação da deformação elástica deformação