Universidade de Caxias do Sul

Centro de Cincias Exatas e Tecnologia

Curso de Engenharia MecnicaProfessor Gilmar TonietoEnsaio de Trao com Extensmetro Ao SAE 4140Trabalho de Ensaio de TraoLaboratrio de Materiais e Metalografia MAM0417 Caxias do Sul

14 de Setembro de 2011NDICE

1. Objetivo Geral ..................................................................................................032. Introduo..........................................................................................................04

3. Reviso Bibliogrfica ........................................................................................05

4. Propriedades Mecnicas do SAE 4140 ............................................................07

4.1 Caractersticas Mecnica......................................................................07

4.2 Composio Qumica............................................................................075. Normas Adotadas .............................................................................................096. Material Utilizado...............................................................................................107. Descrio do Ensaio..........................................................................................118. Clculos, Grficos e Resultados Obtidos..........................................................12

8.1 Clculos................................................................................................12

8.1.1 rea do Corpo de Prova (Seo)............................................12

8.1.2. Tenso....................................................................................128.1.3. Comprimento Inicial do Corpo de Prova (Lo).........................128.1.4. Alongamento..........................................................................128.1.5. Deformao ().......................................................................138.1.6. rea da Seo Final (Sf)........................................................138.1.7. Estrico.................................................................................138.2 Dados coletados...................................................................................148.3 Dados calculados..................................................................................158.4 Anlise do grfico e equao da reta...................................................16

Grfico Tenso x Deformao .......................................................16

Grfico Tenso x Deformao corrigida ........................................189. Comparao com outro corpo de prova do material SAE 4140 ......................19

9.1 Anlise dos valores obtidos .................................................................20

10. Concluso........................................................................................................2111. Bibliografia.......................................................................................................221. OBJETIVO GERAL

Determinar atravs do Ensaio de Trao com Extensmetro o Mdulo de Elasticidade e a Tenso de Escoamento do Ao SAE 4140, seguindo a norma NBR 6892.

2. INTRODUO

Neste trabalho, ser apresentado detalhadamente a realizao do ensaio de trao, bem como os equipamentos necessrios para a realizao do mesmo, juntamente da interpretao dos dados por ele fornecidos.

Tambm sero relacionadas as caractersticas mecnicas do material SAE 4140 e o seu comportamento durante o ensaio de trao.

Ser construdo tambm uma comparao entre os valores reais de mdulo de elasticidade e a tenso de escoamento obtidos no ensaio com os valores encontrados de outra fonte da bibliografia.3. REVISO BIBLIOGRFICA

O ensaio de trao consiste em submeter o material a um esforo que tende a along-lo at a ruptura. Os esforos ou cargas so medidos na prpria mquina de ensaio.

No ensaio de trao o corpo deformado por alongamento, at o momento em que se rompe, com a diminuio da estrico do corpo de prova.

A estrico determina a ductilidade do material. Quanto maior for porcentagem de estrico, mais dctil ser o material.

H dois tipos de deformao, que se sucedem quando o material submetido a uma fora de trao: a elstica e a plstica:

Deformao elstica: no permanente. Uma vez cessados os esforos, o material volta sua forma original.

Deformao plstica: permanente. Uma vez cessados os esforos, o material recupera a deformao elstica, mas fica com uma deformao residual plstica, no voltando mais sua forma original.

Quando um corpo de prova submetido a um ensaio de trao, a mquina de ensaio fornece um grfico que mostra as relaes entre a fora aplicada e as deformaes ocorridas durante o ensaio, conhecido por diagrama tenso - deformao.

Analisando o diagrama tenso - deformao podemos identificar:

- O limite elstico, que recebe este nome porque, se o ensaio for interrompido antes deste ponto e a fora de trao for retirada, o corpo volta sua forma original, semelhante a atividade de um elstico.

Na fase elstica, se dividirmos a tenso pela deformao, em qualquer ponto, obteremos sempre um valor constante. Este valor constante chamado mdulo de elasticidade, que corresponde a 0,2% da deformao do material.

O mdulo de elasticidade a medida da rigidez do material. Quanto maior for o mdulo, menor ser a deformao elstica resultante da aplicao de uma tenso e mais rgido ser o material.

Porm, a lei de Hooke s vale at um determinado valor de tenso, denominado limite de proporcionalidade, que o ponto representado no grfico a seguir por A, a partir do qual a deformao deixa de ser proporcional carga aplicada.

Terminada a fase elstica, tem incio a fase plstica, na qual ocorre uma deformao permanente no material, mesmo que se retire a fora de trao.

No incio da fase plstica ocorre um fenmeno chamado escoamento. O escoamento caracteriza-se por uma deformao permanente do material sem que haja aumento de carga, mas com aumento da velocidade de deformao. Durante o escoamento a carga oscila entre valores muito prximos uns dos outros.

Aps o escoamento ocorre o encruamento, que um endurecimento causado pela quebra dos gros que compem o material quando deformados a frio. O material resiste cada vez mais trao externa, exigindo uma tenso cada vez maior para se deformar. Nessa fase, a tenso recomea a subir, at atingir um valor mximo num ponto chamado de limite de resistncia (B).

Continuando a trao, chega-se ruptura do material, que ocorre num ponto chamado limite de ruptura (C). Observamos que a tenso no limite de ruptura menor que no limite de resistncia, devido diminuio da rea que ocorre no corpo de prova depois que se atinge a carga mxima.

Grfico Tenso X Deformao

4. PROPRIEDADES MECNICAS DO SAE 4140

Entre as normas mais usuais existem as seguintes relaes: ABNT 4140 - AISI 4140 - SAE 4140Porm, adquire diferentes denominaes em outras normas e at mesmo por empresas como:Tabelas de equivalncia de aos especiais

AOS CONSTRUO MECNICA LIGADOS PARA BENEFICIAMENTO

AISI/SAEW NR.DINUNIJISBSAFNORGERDAUVILLARESBOEHLER

41401.7225~ 42 Cr Mo 4-~ 42 Cr Mo 4~ SCM 4~ 708M 40~ 42 CD 44140VL-40-

4.1 Caractersticas MecnicasAo de boa resistncia mecnica, mdia usinabilidade, baixa soldabilidade e temperabilidade relativamente alta. A dureza superficial, na condio temperada, varia de 54 a 59 HRc. As propriedades mecnicas deste ao podero ser melhoradas, atravs de Nitretao.

Utilizado em peas que exigem elevada dureza, resistncia e tenacidade. Usado em automveis, avies, virabrequins, bielas, eixos, engrenagens, armas, parafusos, equipamentos para petrleo.

4.2 COMPOSIO QUMICA

Conforme a tabela a seguir, possui os seguintes componentes:

Composio Qumica Conforme Norma SAE - J404:

ABNT/SAE

C

Mn

P mx.

S mx.

Si

Cr

Mo

4140

0,38 - 0,43

0,75 - 1,00

0,030

0,040

0,15 - 0,35

0,8 - 1,10

0,15 - 0,25

Comercialmente fornecido nas seguintes condies:

Barras Laminadas Sem Acabamento Mecnico;Barras Laminadas Trefiladas;Barras Laminadas Retificadas;Barras Forjadas;E nos seguintes formatos:

Redondos

Quadrados

Sextavados

Retangulares

5. NORMAS ADOTADAS

O Ensaio de Trao com Extensmetro foi realizado seguindo a Norma Brasileira (NBR) 6892:2002, cuja descrio da norma segue abaixo:Norma ABNT NBR ISO 6892:2002

Data da Publicao30/11/2002

Vlida a partir de29/12/2002

TtuloMateriais metlicos - Ensaio de Trao a temperatura ambiente

Ttulo Idioma SecundrioMetallic materials - Tensile testing at ambient temperature

Nota de TtuloConfirmada em 14.10.2010

ComitABNT/CB-04 Mquinas e Equipamentos Mecnicos

N de Pginas 34

StatusEm Vigor

OrganismoABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas

Objetivo da NormaEsta Norma especifica o mtodo de ensaio de trao em materiais metlicos e define as propriedades mecnicas que podem ser determinadas temperatura ambiente.

6. MATERIAL UTILIZADO SAE 4140 sem tratamento:

Corpo de Prova;

Paqumetro;

Tinta Demarcadora;

Pincel; Mquina Universal de Ensaio de Trao;

Extensmetro;

7. DESCRIO DO ENSAIO

Com o auxilio de um pincel, foi demarcado com tinta o comprimento til do corpo de prova a cada 5 mm.Com o auxlio de um paqumetro foi medido o dimetro do corpo de prova em trs posies diferentes (no comeo, no meio e no final da rea til), assim como foi tambm medido essas mesmas posies citadas anteriormente girando 90 o corpo de prova, obtendo assim seis medidas. A menor medida encontrada foi de 9,97 mm, sendo esta utilizada como o dimetro. Arredondando o valor do dimetro obtemos 10 mm, este multiplicado por 5 mm (distncias entre as medidas realizadas no corpo de prova) obtemos um resultado igual a 50mm, valor este que ser utilizado como comprimento til do corpo de prova.

Fixado o extensmetro ao corpo de prova, tendo o cuidado de posicion-lo fora da rea de marcao (rea com tinta), para evitar a perda de atrito, evitando falhas na leitura do ensaio.

Fixa-se o conjunto (corpo de prova e extensmetro) Mquina Universal de Ensaio de Trao, que exercer foras axiais no corpo de prova. Ao submetermos o corpo de prova a fora de trao, a mquina utilizada no teste informa o alongamento (variao de comprimento) sofrido pelo material. Com isso conseguimos construir o Grfico Tenso X Deformao, at ocorrer ruptura total do corpo de prova, finalizando assim, o ensaio de Trao.8. CLCULOS, GRFICOS E RESULTADOS OBTIDOS

8.1 Clculos

8.1.1 rea do Corpo de Prova (Seo)

A= .d2

4

Onde:

d= dimetro do corpo de prova (mm);

A= rea (mm2);

8.1.2. Tenso

T= F . g

A

Onde:

T= tenso (MPa);

F= fora (Kgf);

A= rea do corpo de prova (mm2);

g = gravidade terrestre;

8.1.3. Comprimento Inicial do Corpo de Prova (Lo)

Lo=5.d

Onde:

d= dimetro do corpo de prova (mm);

8.1.4. Alongamento

a= Lf-Lo . 100

LoOnde:

a = alongamento (%);

Lf= comprimento final (mm);

Lo= comprimento inicial (mm);

8.1.5. Deformao ()

= L . 100

Lo

Onde:

= Deformao do Corpo de Prova (%);

L= Variao do Comprimento do Corpo de Prova (mm);

Lo= Comprimento Inicial do Corpo de Prova (mm);

8.1.6. rea da Seo Final (Sf)

Sf = . Df 2

4

Onde:

Sf= rea da seo final (mm2);

Df= dimetro final do corpo de prova (mm);

8.1.7. Estrico

Z = So Sf . 100

So

Onde:

Z= Estrico (%);

So= rea de seo transversal (mm2);

Sf= rea de seo final (mm2);8.2. DADOS COLETADOSDimetro inicial (mm) =9,97 mm

Comprimento inicial (mm) =50 mm

rea inicial78,06 mm2

Gravidade =9,80665

Fora (Kgf)Deslocamento (10)-3

00

2000,001

4000,003

6000,007

8000,012

10000,016

12000,021

14000,027

16000,034

18000,039

20000,046

22000,051

24000,058

26000,065

28000,071

30000,079

32000,086

34000,093

36000,098

38000,100

40000,103

42000,128

44000,156

45000,190

46000,245

47000,312

48000,380

49000,459

50000,532

8.3. DADOS CALCULADOS:Comprimento final (mm)59,81rea Inicial (mm)78,06

Fora mxima (kgf)6636Tenso mxima (Mpa)833,96

Dimetro final (mm)6,43rea final (mm)32,47

Alongamento (%)19,82%

Comprimento inicial (mm)50

Dimetro Inicial (mm)9,97

Estrico (%)58,40

Tenso de Escoamento (Mpa)581

Mdulo de Elasticidade (Mpa)196494

Tenso (MPa)Deformao mm/mm

00

0,00002025,1345

0,00006050,2690

0,00014075,4035

0,000240100,5380

0,000320125,6726

0,000420150,8071

0,000540175,9416

0,000680201,0761

0,000780226,2106

0,000920251,3451

0,001020276,4796

0,001160301,6141

0,001300326,7487

0,001420351,8832

0,001580377,0177

0,001720402,1522

0,001860427,2867

0,001960452,4212

0,002000477,5557

0,002060502,6902

0,002560527,8248

0,003120552,9593

0,003800565,5265

0,004900578,0938

0,006240590,6610

0,007600603,2283

0,009180615,7955

0,010640628,3628

8.4. ANLISE DO GRFICO E EQUAO DA RETAGrfico Tenso x Deformao:

Grfico de Tenso x Deformao de um Segmento da Regio Linear do grfico com a Linha de Tendncia

Correo da origem do Grfico

Equao da reta obtida:

Y = 196494x + 31,25

Os valores da equao da reta dependem diretamente dos pontos escolhidos.

y = 0

-196494x = 31,25Logo

x = -0,000159038 x2 = (x1 + |x|) x 100

x3 = (Tenso/196494) x 100x4 = x3 + 0,2(x1) Deformao(x2) Defor. Corrigida(x3) Deform. Calculada(x4) Deform. Calculada (0,2%)

-0,000159038000,2

0,0000200,01790380,0127914910,212791491

0,0000600,0219040,0255829820,225582982

0,0001400,02990380,0383744720,238374472

0,0002400,0399040,0511659630,251165963

0,0003200,04790380,0639574540,263957454

0,0004200,0579040,0767489450,276748945

0,0005400,06990380,0895404360,289540436

0,0006800,0839040,1023319260,302331926

0,0007800,09390380,1151234170,315123417

0,0009200,1079040,1279149080,327914908

0,0010200,11790380,1407063990,340706399

0,0011600,1319040,1534978890,353497889

0,0013000,14590380,1662893800,366289380

0,0014200,1579040,1790808710,379080871

0,0015800,17390380,1918723620,391872362

0,0017200,1879040,2046638530,404663853

0,0018600,20190380,2174553430,417455343

0,0019600,2119040,2302468340,430246834

0,0020000,21590380,2430383250,443038325

0,0020600,2219040,2558298160,455829816

0,0025600,27190380,2686213070,468621307

0,0031200,3279040,2814127970,481412797

0,0038000,39590380,2878085430,487808543

0,0049000,5059040,2942042880,494204288

0,0062400,63990380,3006000340,500600034

0,0076000,7759040,3069957790,506995779

0,0091800,93390380,3133915240,513391524

0,0106401,0799040,319787270,519787270

Grfico Tenso x Deformao corrigida, com reta 0,0%

Grfico Tenso x Deformao corrigida, com reta 0,0% e 0,02%

9. COMPARAO COM OUTRO CORPO DE PROVA DO MATERIAL SAE 4140

9.1. ANLISE DOS VALORES OBTIDOSAlongamento (%)23,4

Comprimento final (mm)49,36

Estrico (%)52,66

Tenso de Escoamento a 0,02% (Mpa)489,2

Mdulo de Elasticidade (Mpa)194702

Por se tratar de um material SAE 4140, os dois materiais tm caractersticas parecidas. Pode-se observar que as curvas nos grficos so bastante semelhantes, desta forma tudo indica que a grande parte dos resultados ser muito semelhante. Comparando os dois grficos, nota-se que a tenso de escoamento do primeiro grfico num ponto maior que no segundo grfico, ou seja, necessrio mais fora para que o primeiro material entre no regime plstico. Este mdulo de elasticidade um parmetro usado na engenharia para determinar quanto um material elstico: Quanto maior o Mdulo de Elasticidade, mais rgido o material. Um corpo elstico, se a mudana da sua forma, causada por uma fora externa, reversvel. A deformao elstica pode ocorrer sob a influncia do alongamento, presso, toro ou flexo. Comparando tambm os grficos, o primeiro exemplo tem o mdulo de elasticidade maior que no segundo grfico, logo, mais rgido.

10. CONCLUSO

Conclui-se que as propriedades mecnicas dos materiais constituem-se em uma das caractersticas mais importantes dos metais em suas mais variadas aplicaes na engenharia, visto que o projeto e a fabricao de produtos se baseiam principalmente no comportamento destas propriedades.

A determinao destas propriedades mecnicas obtida atravs de ensaios mecnicos, entre eles, o Ensaio de Trao, que nos fornece informaes como Mdulo de Elasticidade e Tenso de Escoamento de um determinado material. Verifica-se que o mdulo de elasticidade e a tenso de escoamento encontrado ao realizar o ensaio foram ligeiramente diferentes dos valores encontrados na bibliografia para o material SAE 4140. Esta diferena aceitvel, referentes a possveis erros de leitura por parte do funcionrio que informou os valores do deslocamento sofridos pelo corpo de prova. Ocorre tambm a existncia de atrito no conjunto composto por mquina de ensaio, corpo de prova e extensmetro, alm do fato de que a fora axial impressa pela mquina atua primeiramente no extensmetro e depois no corpo de prova, consequentemente, causando erros nos valores lidos.

11. BIBLIOGRAFIA

CALLISTER, William D.. Cincia e engenharia de materiais: uma introduo. 5.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. 589 p.

ROCHA, Marcos Antnio de Carvalho. Anlise das Propriedades Mecnicas do Ao SAE 4140 com Estrutura Bifsica. Disponvel em: http://biblioteca.universia.net/html_bura/ficha/params/id/9377246.htmlhttp://www.sical.com.brhttp://www.comercialgerdau.com.brhttp://www.acositapema.com.brhttp://www.abnt.org.br/

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