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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
Professor: Anael Krelling
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
σesc
σrup
σ
ε
σmax
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
Força
Área inicial da seção transversal
Variação de comprimento
Comprimento inicial
Kgf/mm2
N/mm2
MPa
% ?
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
COMPORTAMENTO DOS METAIS QUANDO SUBMETIDOS A TRAÇÃO
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
EXEMPLO
Um corpo de prova de cobre (E=110 GPa) com comprimento
inicial de 305mm é submetido a um ensaio de tração com uma tensão de
276 MPa. Considerando que a deformação é completamente elástica, qual
será o alongamento (Δl) do corpo de prova?
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
MÓDULO DE ELASTICIDADE LONGITUDINAL
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
• 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
•A lei de Hooke só é válida para o regime elástico!
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MÓDULO DE ELASTICIDADE
[E]
GPa 106 Psi
Magnésio 45 6.5
AlumÍnio 69 10
Latão 97 14
Titânio 107 15.5
Cobre 110 16
Níquel 204 30
Aço 207 30
Tungstênio 407 59
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
COEFICIENTE DE POISSON
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EXEMPLO
Uma tensão de tração é aplicada no sentido longitudinal de um
corpo de prova cilíndrico de latão (ν=0,34 e E=97GPa) que possui
diâmetro inicial de 10mm. Determine a magnitude da força requerida para
produzir uma variação no diâmetro (Δd) de 2,5.10-3 mm sabendo que a
deformação é completamente elástica.
Solução no quadro!
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DUCTILIDADE
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DUCTILIDADE X TEMPERATURA
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RESILIÊNCIA
É a capacidade de um material absorver energia quando
deformado elasticamente e libera-la quando descarregada.
É a área sob a curva de tensão - deformação calculada da origem
até o limite de proporcionalidade, na pratica substitui o σprop para σesc
Ur= esc2/2E
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TENACIDADE
É a energia total necessária para ocorrer a fratura do corpo de
prova, ou seja é a capacidade do material absorver energia devido à
deformação até a ruptura
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ESTUDO DA DEFORMAÇÃO
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
•Ocorre antes da deformação plástica;
•É reversível;
•O material volta ao seu estado inicial quando há remoção da tensão;
•Obedece à Lei de Hooke.
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
•É provocada por tensões maiores que a tensão de escoamento;
•É irreversível porque é resultado do deslocamento dos átomos e,
portanto, não desaparece quando a tensão é retirada.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
MICROESTRUTURALMENTE
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DISCORDÂNCIAS E DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
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Densidades de Discordâncias Típicas
Materiais solidificados lentamente = discord./mm2 Materiais deformados= discord./mm2 Materiais deformados e tratados termicamente= discord./mm2
310
109 1010
65 1010 32
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
• Discordâncias existem em materiais cristalinos.
• Materiais cerâmicos apresentam estruturas cristalinas mais complexas e ligações
mais direcionais (discordâncias imóveis)
• A movimentação de discordâncias é o principal fator envolvido na deformação
plástica de metais e ligas
• A mobilidade de discordâncias pode ser alterada por diversos fatores (composição,
processamento…) (manipulação das propriedades mecânicas do material)
•Nos materiais cristalinos o principal mecanismo de deformação plástica geralmente
consiste no escorregamento de planos atômicos através da movimentação de
discordâncias.
• Já nos materiais amorfos consiste no escoamento viscoso.
•A movimentação das discordâncias se dá preferencialmente através de planos
específicos e, dentro desses planos, em direções específicas, ambos com a maior
densidade atômica de um dado reticulado cristalino.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
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ENSAIOS DE DUREZA
•Ensaio mais rápido – não há necessidade de preparação de amostras com
formato padrão;
•Equipamento menos sofisticado (em termos, valia antigamente);
•Qualquer tipo de material sólido;
•Peças grandes ou pequenas;
•Teste não destrutivo – as amostras não são fraturadas nem deformadas
extensivamente, deformação é localizada.
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CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS TESTES DE DUREZA
•Uso de ponta rígida;
•Penetração normal na amostra;
•Deformação plástica da amostra sob teste.
MEDIDA DA DUREZA
•Avaliação da deformação plástica deixada na penetração.
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DUREZA SEGUNDO CALLISTER, 1995
•Dureza é uma medida da resistência do material à deformação plástica
localizada;
•Medidas de dureza são somente relativas e muito cuidado deve ser tomado para
comparar medidas realizadas por diferentes técnicas.
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TIPOS DE TESTES DE DUREZA
•Mohs
•Brinell
•Rockwell
•Vickers
•Shore
•Knoop
•Nanoindentação
•Indentação instrumentada
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DUREZA MOHS
•1822;
•O que risca o que!
•Minerais – do talco ao diamante.
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DUREZA BRINELL
O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera
de aço temperado, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida e limpa de um
metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota
esférica de diâmetro d.
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•John August Brinell (1849 – 1925) – Sueco
•Penetradores esféricos;
•Cargas elevadas;
•Medida óptica da deformação deixada pelo penetrador;
•Uso generalizado em instalações metalúrgicas como controle
de qualidade.
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EXEMPLO
Uma amostra foi submetida a um ensaio de dureza Brinell no qual se usou
uma esfera de 2,5mm de diâmetro e aplicou-se uma carga de 187,5 kgf. As medidas
dos diâmetros de impressão foram de 1mm. Qual a dureza do material ensaiado?
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Tensão Máxima X HB
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http://www.cimm.com.br/portal/conteudo/noticias/imagem/Flash/brine33.swf
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DUREZA ROCKWELL
É hoje o processo de dureza mais utilizado no mundo inteiro devido à
rapidez e facilidade de execução.
Neste método, a carga do ensaio é aplicada em etapas, ou seja, primeiro
se aplica uma pré-carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o
material ensaiado, e depois aplica-se a carga do ensaio propriamente dita.
A leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado
à máquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada à
faixa de dureza do material.
Os penetradores utilizados na máquina de ensaio de dureza Rockwell
são do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou cônico (cone de diamante com
120º de conicidade).
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DESCRIÇÃO DO PROCESSO
•Aproximar a superfície do corpo de prova do penetrador;
•Submeter o corpo de prova a uma pré-carga;
•Aplicar a carga maior até o ponteiro parar;
•Retirar a carga maior e fazer a leitura do valor indicado no mostrador, na escala
apropriada.
Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma pré-carga de 10
kgf e a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf.
Nos ensaios de dureza Rockwell superficial a pré-carga é de 3 kgf e a
carga maior pode ser de 15, 30 ou 45 kgf.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
http://www.cimm.com.br/portal/conteudo/noticias/imagem/Flash/rock11.swf
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
DUREZA VICKERS
Este método leva em conta a relação ideal entre o diâmetro da esfera do
penetrador Brinell e o diâmetro da calota esférica obtida, e vai além porque utiliza
outro tipo de penetrador, que possibilita medir qualquer valor de dureza, incluindo
desde os materiais mais duros até os mais moles.
A dureza Vickers se baseia na resistência que o material oferece à
penetração de uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo entre faces
de 136º, sob uma determinada carga.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
Força [Kgf]
Área de impressão
Diagonal média de impressão [mm]
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
EXEMPLO
Encontrar o valor de dureza Vickers de um material que apresentou
0,24mm e 0,26mm de medida de diagonal da impressão, após aplicação de uma
força de 10 kgf.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
Neste método, ao contrário do que ocorre no Brinell, as cargas podem ser de
qualquer valor, pois as impressões são sempre proporcionais à carga, para um
mesmo material. Deste modo, o valor de dureza será o mesmo, independentemente
da carga utilizada.
Por uma questão de padronização, as cargas recomendadas são: 1, 2, 3, 4,
5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 kgf.
Para aplicações específicas, voltadas principalmente para superfícies
tratadas (carbonetação, têmpera) ou para a determinação de dureza de
microconstituintes individuais de uma microestrutura, utiliza-se o ensaio de
microdureza Vickers.
A microdureza Vickers envolve o mesmo procedimento prático que o ensaio
Vickers, só que utiliza cargas menores que 1 kgf. A carga pode ter valores tão
pequenos como 10 gf.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
http://www.cimm.com.br/portal/noticia/material_didatico/6559
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
QUALIDADE DO PENETRADOR
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
DUREZA KNOOP
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•Penetração menor;
•Materiais frágeis;
•Medidas de anisotropia.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
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REBOTE - ESCLEROSCÓPIO
http://www.cimm.com.br/portal/noticia/material_didatico/6562
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•O peso do martelo é de aproximadamente 2,5 gf e cai de uma altura aproximada
de 25cm (10”) sobre a superfície do material a testar.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
http://www.cimm.com.br/portal/noticia/material_didatico/6563
DUREZA SHORE
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•O durômetro é uma evolução do antigo escleroscópio, no qual o princípio de
medição de queda de peso foi substituído por um sistema de medição por mola.
•O durômetro é um instrumento popular para medir a dureza de indentação de
borrachas, plásticos e materiais com comportamento similar. Os tipos mais comuns
de instrumentos são o Modelo A para materiais mais moles e o modelo D para
materiais mais duros.
•A operação do instrumento é bastante simples. O material é submetido a uma
pressão definida aplicada através de uma mola calibrada que atua sobre o
indentador, que pode ser esférico ou cônico. Um dispositivo de indicação fornece a
profundidade de indentação. O valor da dureza é dado pela profundidade da
penetração no material sob teste. Por causa da resiliência de algumas borrachas e
plásticos, a leitura da dureza pode mudar ao longo do tempo, por isso o tempo de
indentação às vezes acompanha o valor medido da dureza.
•As escalas Shore A e Shore D são indicadas para a medição de dureza de
borrachas/elastômeros e usadas também para plásticos “moles” como poliolefinas,
fluoropolímeros e vinis. A escala A é usada para borrachas “moles” enquanto que a
escala D é usada para borrachas mais “duras”.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
•O Durômetro Shore A é específico para medição da dureza relativa em borrachas e
plásticos moles. Se o indentador penetra completamente no material, a leitura obtida
é zero. Se não ocorrer penetração, a leitura é 100. As leituras são adimensionais.
•As diferentes escalas Shore A,B,C,D,DO,M,O,OO,OOO,OOO-S e R foram criadas
utilizando 7 formas diferentes de indentadores, 5 diferentes molas, 2 diferentes
extensões do indentador e duas diferentes especificações dos suportes. As escalas A
e D são as mais utilizadas. A escala M usa uma mola de pouca força e foi
desenvolvida para permitir o teste de pequenas peças como anéis O que não podem
ser testados na escala A normal. Como os materiais respondem de forma diferente
às diferentes escalas, não há correlação entre escalas.
•Os resultados obtidos deste teste são medidas úteis da resistência relativa à
indentação para várias gamas de polímeros. Entretanto, o teste de dureza Shore não
serve para prever outras propriedades como resistência, abrasão ou desgaste, e não
deve ser usado sozinho para especificação de projeto de produto.
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