Aula 5

MATERIAIS PARA INDSTRIA QUMICAPropriedades mecnicas dos metais

Aula 5 30/08/2011Aula 1 02/08/11

Propriedades mecnicas - metais

METAIS

Forte ligao com a engenharia

?Vivemos na era do METAL??????

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Por que estudar propriedades mecnicas dos METAIS ?Seleo de um material durvel para aplicaes estruturais sob diversas condies de servio Projeto de estruturas/componentes que utilizem materiais predeterminados, evitando o aparecimento de falhas

Fadiga em Fuselagem: aps 89.000 ciclos de decolagem/pouso: pressurizao/despressurizao

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Propriedades mecnicas Definem o comportamento do material quando sujeito esforos mecnicos (carga ou fora aplicada) relacionam com a capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforos aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolvel.

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Solicitaes mecnicas

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Canyon Bridge, Los Alamos, NM(photo courtesy P.M. Anderson)


Principais propriedades mecnicasResistncia trao Elasticidade Ductilidade Fadiga Dureza Tenacidade,....

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Como determinar as propriedades mecnicas?Feita atravs de ensaios mecnicos. Utiliza-se normalmente corpos de prova para o ensaio mecnico, no praticvel realizar o ensaio na prpria pea, que seria o ideal. Geralmente, usa-se normas tcnicas para o procedimento das medidas e confeco do corpo de prova para garantir que os resultados sejam comparveis.

ASTM (American Society for Testing and Materials) ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) Aula 1 02/08/11


Tenso x DeformaoQuanta deformao devo esperar dada uma certa carga?Ensaio tenso-deformao: - carga esttica/alterao lenta Temperatura ambiente.Tenso Carga mecnica agindo na rea sobre a qual a carga foi aplicada. Kgf/mm2 ou Pa [N/m2]

Deformao alterao de tamanho por unidade de comprimento.

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Tenso x DeformaoEnsaio de Trao Norma ASTM E8 e E8M

Typical tensile specimen

Adaptado da fig. 6.2, Callister 7e.

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Tenso x DeformaoEnsaio de Trao Tenso de Engenharia

=

=

Mpa (SI) 1MPa = 106 N/m2

rea inicial da seo reta transversal antes da trao Deformao de Engenharia

=Aula 1 02/08/11

=

l0 comprimento original li comprimento instantneo


Tenso x DeformaoEnsaio de Compresso(ASTM E9) Fora atuante de natureza compressiva(negativa). Corpo-de-prova se contrai ao longo da direo da tenso

http://www.revistatechne.com.br/edicoes/113/imprime31818.asp

Menos comum usado quando o material frgil sob trao.

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Tenso x DeformaoEnsaio de Cisalhamento e toro(ASTM E143)

Ensaio de cisalhamento Deformao

= tan Aula 1 02/08/11

Ensaio de Toro Tenso de cisalhamento T Deformao ngulo de toro ()


Comportamento dos metais quando submetidos traoLei de HooKe

=

Mdulo de elasticidade/Young [Gpa]

DEFORMAO ELSTICA - proporcional tenso aplicada (obedece a lei de Hooke). Precede deformao plstica reversvel Mdulo de Young relacionado com a rigidez/resistncia deformao elstica. Tenso Desaparece quando a tenso removida

Inclinao = E

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Deformao


Comportamento dos metais quando submetidos trao

O mdulo um importante parmetro de projeto usado para calcular deflexes elsticas. Aula 1 02/08/11



Deformao Elstica (no-linear)Materiais que apresentam poro elstica no linear Mdulo tangencial

Mdulo secante

Exemplos: ferro fundido cinzento Aula 1 02/08/11



Deformao Elstica

Mdulo de elasticidade em funo da Temperatura Aula 1 02/08/11



Deformao ElsticaExerccios 1- Uma barra de alumnio com 125 mm de comprimento e que possui uma seo transversal quadrada com 16,5 mm de aresta tracionada com uma carga de 66.700 N e apresenta um alongamento 0,43 mm. Assumindo que a deformao seja inteiramente elstica, calcule o mdulo de elasticidade do alumnio. 2- Um pedao de cobre com um comprimento original de 205 mm tracionado com uma tenso de 379 MPa. Considerando que deformao do cobre foi inteiramente elstica, qual ser alongamento resultante? Dados: Mdulo de elasticidade do cobre 110 GPa. a o

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Deformao Plstica Propriedades de TraoMetais deformao elstica at deformaes () de 0,005. Alm desse ponto tenso no mais proporcional deformao. (lei de Hooke no mais vlida). Deformao plstica permanente no recuperada com a retirada da carga. provocada por tenses que ultrapassam o limite de elasticidade.

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Deformao Plstica Propriedades de TraoTenso limite de escoamento (l)Elstico plstico

(pr-deformao)

Ponto de escoamento afastamento inicial da linearidade na curva tensodeformao. (limite de proporcionalidade)Tenso

Deformao

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Deformao Plstica Propriedades de TraoFenmeno do pico de escoamento descontnuoTransio elastoplstica bem definidaLimite de escoamento superior

Tenso

Limite de escoamento inferior

Tenso limite de escoamento Tenso mdia associada ao limite de escoamento inferior.Deformao

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Propriedades de TraoLimite de Resistncia traoLRT

Tenso

Deformao empescoamento Aula 1 02/08/11


Propriedades de TraoFratura

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Propriedades de Trao DuctilidadeRepresenta uma medida do grau de deformao plstica suportado at a fratura.

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Propriedades de Trao DuctilidadeDuctilidade em termos de alongamento percentual

Corresponde ao alongamento total do material, na fratura, devido deformao plstica.% AL = Lf

L Lo

o

x 100

lf - comprimento no momento da fratura lo - comprimento til original (deve ser especificado)

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Propriedades de Trao DuctilidadeExpressa como estrico (reduo percentual da rea) Corresponde reduo na rea da seo reta do corpo, imediatamente antes da ruptura Os materiais dcteis sofrem grande reduo na rea da seo reta antes da ruptura.%RA = A o - Af x 100 Ao %RA

Geralmente %AL

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Propriedades de Trao Ductilidade - ImportnciaIndica o grau ao qual uma estrutura ir se deformar plasticamente antes de fraturar. Especifica o grau de deformao permitido durante operaes de conformao.Comportamento tenso-deformao do ferro em diferentes temperaturas

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EXERCICIO Uma barra de liga de alumnio com 12,827 mm de dimetro e um comprimento inicial de 50,8 mm foi submetida a um ensaio de trao. Aps a fratura o comprimento final foi de 55,753 mm e o dimetro final de 10,109 mm na superfcie fraturada. Calcule a ductilidade do corpo-de-prova em termos da reduo percentual na rea.

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Propriedades de Trao ResilinciaCorresponde capacidade do material de absorver energia quando este deformado elasticamente, e com a remoo da carga, permitir a recuperao dessa energia. A propriedade associada dada pelo mdulo de resilincia (Ur) energia de deformao por unidade de volume necessria para submeter um material tenso, desde um estado de ausncia de carga at o ponto de escoamento.

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Propriedades de Trao ResilinciaLimite de escoamento

Ur = d com limites de 0 a yNa regio linear:

Ur =yy /2 =y(y /E)/2 = y2/2E Unidade [J/m3]Materiais resilientes so aqueles que tm alto limite de escoamento e baixo mdulo de elasticidade (como os materiais utilizados para molas).

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Propriedades de Trao TenacidadeCorresponde capacidade do material de absorver energia at sua ruptura. Em situao esttica ensaio de tenso-deformao

Tenacidade

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Principais propriedades mecnicas de um esnaio de TraoTenso 1- mdulo de elasticidade (E). 2- Tenso limite de escoamento 3- Limite de resistncia trao 4- Ductlidade 5- Tenacidade

Deformao

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Propriedades mecnicas - metais Dados tenso-deformao em trao para vrios metais hipotticos.Limite de escoamento (MPa)

Material

Limite de Resistncia trao (MPa)340 120 550 850

Deformao na fratura

Resistncia fratura (MPa)

Mdulo de elasticidade (GPa)

A B C D E

310 100 415 700

0,23 0,40 0,15 0,14

265 105 500 720 650

210 150 310 210 350

Fratura antes do escoamento

a) Qual ir apresentar a maior reduo percentual em rea? Por qu? b) Qual o mais resistente? Por qu? c) Qual o mais rgido? Por qu? Aula 1 02/08/11

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