Propriedades-mecânicas-dos-materiais

Propriedades Mecânicas dos Materiais

• Formas de carregamento externo:

Tração

Compressão

Cisalhamento

Torção


• Teste de tração:

Célula de carga

Corpo de provaExtensômetro

Detalhe do início da estricção do

material

Gráfico de σσσσ x εεεε do material ensaiado


• Gráfico de tensão vs. deformação (σ x ε):

Fratura

Fratura


• Comportamento σ x ε:

elástica plásticate

nsã

o

deformação

• Deformação elástica: é reversível, ou

seja, quando a carga é retirada, o materialvolta às suas dimensões originais;

� átomos se movem, mas não ocupamnovas posições na rede cristalina;

� numa curva de σ x ε, a região elástica éa parte linear inicial do gráfico.

• Deformação plástica: é irreversível, ouseja, quando a carga é retirada, o materialnão recupera suas dimensões originais;

� átomos se deslocam para novas posiçõesem relação uns aos outros.


• Comportamento σ x ε - Deformação Elástica:

� 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: σ = E.ε ;

� E é o módulo de Young, ou módulo de elasticidade, e tem as mesmas unidades de

σ, N/m2.

Descarga

Coeficiente angular = E

Carga

ten

são

deformação

Para deformações porcisalhamento a relação é

equivalente: ττττ = G.γγγγ, ondeG = módulo de cisalhamento.


• Aneslaticidade: Para a maioria dos materiais de engenharia, existirá uma componente de deformação elástica que é dependente do tempo;

� A deformação elástica continuará após a aplicação da tensão e após o alívio da carga, passará um intervalo de tempo finito até que o material recupere sua forma original.

Para alguns materiais, a porção inicialda curva tensão vs. deformação nãoé linear, sendo necessário o uso deoutros métodos para a determinaçãodo seu módulo de elasticidade.


• Módulo de elasticidade: fatores influentes:

� força das ligações atômicas:

Ligação forte

Ligação fraca

separação

força

Alto E

Baixo E

E ≈ (dF/dr) r0

r0 = separação interatômica de equilíbrio


• Módulo de elasticidade: fatores influentes

� temperatura.

• Coeficiente de Poisson (υ): definido como sendo a razão entre as deformações lateral e axial.

O coeficiente de Poisson pode ser usado paraestabelecer uma relação entre o módulo deelasticidade e o módulo de cisalhamento de ummaterial.




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

Propriedades Mecânicas dos Materiais• Deformação Plástica:

� tensão e deformação não são proporcionais;

� a deformação não é reversível;

� a deformação ocorre pela quebra e rearranjo das ligações atômicas (em materiaiscristalinos, pelo movimento das discordâncias).

fratura

Corp

o d

e p

rova

pad

rão

Deformação elástica

Deformação plástica

uniforme

estricção


• Tipos de material e as curvas de σ x εte

nsã

o

ten

são

ten

são

deformação deformação deformação


• Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento:

� o escoamento indica o início da deformação plástica do material.

elástica plástica

deformação

Limite superior de escoamento

Limite inferior de escoamento

deformação

ten

são

ten

são


• Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento

elástica plástica

deformação

ten

são

� σy é determinado pelo método de pré-

deformação específica, geralmente de0,002; ou seja, é a tensão capaz decausar uma deformação permanente de0,2% no material;

� O ponto de escoamento (P), tambémchamado limite de proporcionalidadecorresponde à posição na curva onde acondição de linearidade termina, ou seja,onde a lei de Hook deixa de valer.


• Propriedades de tração: Ductilidade

� é o grau de deformação plástica suportado até a fratura do material;

� pode ser medida pelo alongamento percentual ou pela redução de área percentual.

ten

são

deformação

frágil

dúctilAlongamento percentual:

AL % = [(lf – l0)/l0]/x100

Redução de área percentual

RA % = [(A0 – Af)/A0]/x100

Propriedades Mecânicas dos Materiais• Propriedades mecânicas típicas de vários metais e ligas em um estado recozido.

MP

a

103

psi

deformação

Comportamento σ x ε do

ferro com a temperatura.


• Propriedades de tração: Resiliência:

� capacidade de um material estocar energia quando deformado elasticamente e depois dealiviada a carga, ter essa energia recuperada.

� o módulo de resiliência Ur representa a energia de deformação por volume necessária paratensionar um material de um estado sem carregamento até a sua tensão limite deescoamento.

Na região elástica linear:

ou


• Deformação plástica: Tenacidade:

� representa uma medida da capacidade de um material absorver energia até a sua fratura;

� equivale a área sob a curva σ x ε até o ponto de fratura.

• O diagrama σ x ε de engenharia

ten

são

deformação

No diagrama de engenhariaclássico de tensão vs.deformação, teremos:

1- módulo de elasticidade;

2 – tensão de escoamento;

3 – limite de resistência à tração;

4 – ductilidade;

5 – tenacidade: ∫ σdε

Tensão de fratura


• Diagrama real vs. Diagrama de engenhariaT

ensã

o (

psi

) x1

03

Deformação (mm/mm) x 10-2

Tensão real

fratura

fratura

Tensão de engenharia

• Diagrama real σ x ε :

σv = F/Ai

εv = ln (li/l0)

• Se Vi = V0 :

σv = σ (1+ ε)

εv = ln (1+ ε)

Onde os índices: i = instantâneo

0 = inicial


• 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:

ten

são

deformação

verdadeira

engenharia

corrigidaσv = K.εv

n

K e n são constantesque dependem dacondição do materiale são tabelados.


• Recuperação elástica durante uma deformação plástica

ten

são

deformação

descarga

Reaplicaçãoda carga

Recuperação da

deformação elástica

Diagrama esquemático σ x ε em

tração, mostrando os fenômenosde recuperação da deformaçãoelástica e encruamento. O limitede escoamento inicial é designado

por σy0; σy1 é o limite de

elasticidade após a liberação dacarga no ponto D e depois sobreaplicação da carga.


• Dureza: é a medida da resistência do material a uma deformação plástica localizada.

� Vantagens do teste de dureza:

� simples e barato;

� não-destrutivo;

� pode-se estimar outras propriedades a partir da dureza do material.

� Tipos de testes: os mais comuns são o de Rockwell e Brinell

Prof. Prof.


• Técnicas de ensaio de dureza.


• Correlação entre dureza e o limite de resistência a traçãoL

RT

(M

Pa)

Número índice de dureza Brinell

LR

T (

103

psi

)

LRT (MPa) = 3,45 x HB

LRT (psi) = 500 x HB


• Correlação entre dureza e o limite de resistência a tração

Para projetos práticos emengenharia o limite deescoamento é o parâmetromais importante

• Tensão de projeto:

σp = N’ σc

N’ = fator de projeto

σc = tensão calculada

• Tensão de trabalho:

σt = σe/N

N = fator de segurança

σe = tensão limite de escoamento

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