Propriedades Mecnicas dos Materiais Introduo Conceitos de tenso

Propriedades Mecânicas dos Materiais

ü Introdução ü Conceitos de tensão deformação ü Deformação elástica ü Deformação plástica

Por que estudar as propriedades mecânicas dos materiais? Necessário para o projeto de estruturas/componentes de materiais predeterminados

A queda de um guindaste de 500 toneladas matou dois operários na obra do estádio do Corinthians, que pretende sediar a abertura da Copa do Mundo, no dia 27 de novembro de 2013. Segundo noticiários, o acidente, que matou Fábio Luiz Pereira (42) e Ronaldo Oliveira dos Santos (44), ocorreu durante o intervalo do almoço; se assim não o fosse, a tragédia, lamentavelmente, poderia ser ainda maior.

Cae puente en Belo Horizonte

Como verificamos as propriedades mecânicas dos materiais?

Tração Quais são os fatores considerados durante o ensaio? Natureza da carga aplicada Duração da aplicação Condições ambientais Tempo de aplicação Como fazer o ensaio?

As normas técnicas mais comuns são elaboradas pelas: • ASTM (American Society for Testing and Materials) • ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)

TIPOS DE TENSÕES QUE UMA ESTRUTURA ESTA SUJEITA

TESTES MAIS COMUNS PARA SE DETERMINAR AS PROPRIEDADES MEC NICAS DOS METAIS • Resistência à tração (+ comum, determina a elongação) • Resistência à compressão • Resistência à torção • Resistência ao choque • Resistência ao desgaste • Resistência à fadiga • Dureza • Etc. . .

CLASSIFICAÇÃO DOS Ensaios Mecânicos

Conceitos de tensão e deformação Se uma carga é estática ou se ela se altera de uma maneira relativamente lenta ao longo do tempo e é aplicada uniformemente sobre uma seção reta ou superfície de um membro, o comportamento mecânico pode ser verificado mediante um ensaio de tensão-deformação.

Ensaio de tração 'Normas ASTM E 8 e E 8 M. "Standard Test Methods for Tension Tesiing of Meiallic Materials" (Métodos Padrões de Ensaio para Testes de Tração em Materiais Metálicos).

O resultado de um ensaio de tração é dado em carga ou força em função do alongamento Tensão de engenharia = F/Ao Kgf/cm 2 ou Kgf/mm 2 ou N/ mm 2 Deformação de engenharia Deformação( )= lf-lo/lo= l/lo = tensão (MPa, Kgf/cm 2, Kgf/mm 2, N/ mm 2) = deformação F = força (carga) aplicada (N ou lbf) l 0 = comprimento inicial da amostra A 0 = área da seção reta transversal (cm 2, mm 2) li = comprimento instantâneo

I I II II

Deformação elástica Lei de Hooke = tensão E = módulo de elasticidade (módulo de Young) (Gpa o psi) = deformação Modulo de elasticidade = Resistência do material à deformação elástica.

Resumindo DEFORMAÇÃO ELÁSTICA • • Prescede à deformação plástica É reversível Desaparece quando a tensão é removida É praticamente proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke)

Existem alguns materiais (por exemplo o ferro fundido cinzento, o concreto e muitos polímeros para os quais essa porção elástica inicial da curva tensãodeformação não é linear

Modulo de elasticidade = Resistência do material à deformação elástica.

Deformação elástica Lei de Hooke = tensão E = módulo de elasticidade (módulo de Young) (Gpa o psi) = deformação Modulo de elasticidade = Resistência do material à deformação elástica.

Deformação plástica O Escoamento é definido como o nível de tensão onde a deformação plástica tem inicio. limite de escoamento: Resistência de um metal à deformação plástica. I I II II

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA fenômeno do pico de escoamento descontínuo

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA • • 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

Escoamento e limite de escoamento Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns metais de natureza dúctil, como aços com baixo teor de carbono. Caracteriza-se por um grande alongamento sem acréscimo de carga. Após o ponto de escoamento ocorre a deformação plástica (não-reversível). A lei de Hooke não é mais válida ! Em nível atômico, a deformação Plástica é causada pelo “deslizamento”, onde ligações atômicas são quebradas pelo movimento de deslocamento, e novas ligações são formadas.

RECUPERAÇÃO ELÁSTICA DURANTE UMA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

Propriedades elásticas dos materiais Ao se aplicar uma força axial de tração em um corpo deformável esse corpo se alonga e ao mesmo tempo se contrai lateralmente

Limite de “Resistência à Tração” O “Limite de Resistência à Tração” - LRT, corresponde à tensão máxima (ponto M) aplicada ao material antes da ruptura. (se esta tensão for mantida ocorrerá a fratura do material)

DUCTILIDADE Representa uma medida do grau de deformação plástica que o material suportou quando de sua fratura, ou seja, corresponde ao alongamento total do material devido à deformação plástica.

Materiais frágeis: são considerados, de maneira aproximada, como sendo aqueles que possuem uma deformação de fratura que é inferior a 0, 5%.

comportamento tensão-deformação do ferro variando em função da temperatura

Resiliência É a capacidade de um material absorver energia quando este é deformado elasticamente e depois, com o descarregamento, ter essa energia recuperada.

Dessa forma, os materiais resilientes são aqueles que possuem limites de escoamento elevados e módulos de elasticidade pequenos

Tenasidade Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura. Para pequenas taxas de deformação, a tenacidade é determinada pela área da curva de tensão-deformação (teste de tração) Para condições de carregamento dinâmicas (elevada taxa de deformação), a tenacidade à fratura é uma propriedade indicativa da resistência do material à fratura quando este possui uma trinca. Para que um material seja tenaz, ele deve apresentar tanto resistência como ductilidade. Os materiais dúcteis são normalmente mais tenazes que os frágeis;

TENASIDADE

A haste de alumínio mostrada na figura (a) tem seção transversal circular e está submetida a uma carga axial de 10 k. N. Se uma parte do diagrama tensão-deformação do material é mostrado na figura (b), determinar o alongamento aproximado da haste quando a carga é aplicada. Suponha que Eal = 70 GPa.

A partir do comportamento tensão-deformação em tração para um corpo de proba de latão determine: a) O modulo de elasticidade. b) A tensão limite de escoamento. c) A carga máxima que pode ser suportada por um corpo de proba cilíndrico que possui um diâmetro original de 12, 8 mm d) Variação no comprimento de um corpo de prova que tenha originalmente 250 mm de comprimento e que esteja submetido a uma tensão de tração de 345 MPa

Propriedades Mecânicas Vs Temperatura A temperatura é uma variável que influencia as propriedades mecânicas dos materiais. O aumento da temperatura provoca: -- Módulo de Elasticidade (Parametro mecânico insensível ) ê Limite de escoamento ê Tensão máxima de tração ductibilidade Comportamento tensão deformação para o ferro em três temperaturas.

TENSÃO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRAS • No cálculo da tensão de deformação ( = F/A 0) não é levado em consideração a variação da área da seção reta (A 0). TENSÃO VERDADEIRA: v = F/Ai DEFORMAÇÃO VEDADEIRA: v = ln (li/l 0) Onde: Ai = é a área da seção transversal instantânea (m 2) li = comprimento instantâneo l 0 = comprimento inicial *Se não há variação de volume Ai. li = A 0. l 0 * v = ln (Ai/A 0)

TENSÃO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRAS RELAÇÃO ENTRE TENSÃO VERDADEIRA E CONVENCIONAL: v = (1+ ) RELAÇÃO ENTRE DEFORMAÇÃO VERDADEIRA E CONVENCIONAL: v = ln (1+ ) As equações acima são válidas apenas para situações até a formação do pescoço. A partir deste ponto, a tensão e deformação verdadeiras devem ser computadas partir de medições de carga (força), da área da seção reta e do comprimento útil reais.

TENSÃO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRAS • Durante a formação do pescoço existe um estado de “tensão complexo” na região do pescoço, devido a existência de componentes de tensão além da tensão axial. • Deste modo a curva de tensão correta (axial) x deformação deve ser corrigida pela expressão: v = k. vn K (coefic. de resistência) e n (coefic. de encruamento) são constantes que dependem do material e do tratamento (térmico ou por encruamento) dado ao material. correta

Ken • K= coeficiente de resistência (quantifica o nível de resistência que o material pode suportar) • n= coeficiente de encruamento (representa a capacidade com que o material distribui a deformação)

K e na para alguns materiais

Um corpo de prova cilíndrico, de aço, com diâmetro original de 12, 8 mm (0, 505 pol. ) é testado sob tração até a sua fratura, sendo determinado que ele possui uma resistência à fratura oy, expressa em tensão de engenharia de 460 MPa (67. 000 psi). Se o seu diâmetro da seção reta no momento da fratura é de 10, 7 mm (0, 422 pol. ), determine: • (a) A ductilidade em termos da redução de área percentual. • (b) A tensão verdadeira no momento da fratura.

ü Um corpo de prova cilíndrico, de aço, com diâmetro original de 12, 8 mm (0, 505 pol. ) é testado sob tração até a sua fratura, sendo determinado que ele possui uma resistência à fratura σf, expressa em tensão de engenharia de 460 MPa (67. 000 psi). Se o seu diâmetro da seção reta no momento da fratura é de 10, 7 mm (0, 422 pol. ), determine: (a) A ductilidade em termos da redução de área percentual. (b) A tensão verdadeira no momento da fratura üCalcule o expoente de encruamento n na para uma liga cuja tensão verdadeira de 415 MPa (60. 000 psi) produz umade formação verdadeira de 0, 10; suponha um valor de 1035 MPa (150. 000 psi) para K.

Propriedades Mecânicas

Dureza – Representa a resistência de um material a uma deformação plástica localizada (penetração, risco); – Para medir dureza um pequeno penetrador é forçado contra a superfície do material a ser testado, sob condições controladas de carga e taxa de aplicação. Faz-se então a medida da profundidade ou do tamanho da impressão que por sua vez é relacionada a um índice de dureza: quanto mais macio o material, maior e mais profunda é a impressão e menor é o índice de dureza; – Ao contrário de outras propriedades como limite de escoamento, de resistência, tenacidade e outras a dureza não é uma grandeza absoluta => depende da técnica (máquina, carga, tipo de penetrador) => cuidado deve ser tomado ao se comparar durezas obtidas por técnicas diferentes

Nota: a espessura da peça tem que ser maior a 17 vezes d

LIMITAÇÃO DO MÉTODO BRINELL • Não pode ser utilizado para peças muito finas e não é aplicável à materiais muito duros, como aço duro temperado, metal duro e outros de dureza idêntica ou superior à das esferas penetradoras

Ensaios de dureza Correlação entre dureza e limite de resistência à tração – Tanto a dureza quanto o limite de resistência à tração são medidas de resistência do material à deformação plástica. Sendo assim, eles são praticamente proporcionais para alguns metais como ferro fundido, aço e latão; – Como regra geral para a maioria dos aços, a HB e o limite de resistência à tração estão relacionados de acordo com as expressões:

Dureza Vickers