Propriedades Mecanicas Fundamentais

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Propriedades Mecânicas Aços

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  • Propriedades Mecnicas

    Fundamentais

    Prof. Paulo Marcondes, PhD.

    DEMEC / UFPR

  • Aspectos gerais da conformao

    Deformao Plstica: Aspectos fenomenolgicos

    Curva x

    Limite de escoamento;

    Limite de resistncia;

    Ductilidade (alongamento) e

    Dureza

    Brinell: NBR NM-187 e ISO 6506 (alguns casos a ASTM E-10);

    Rockwell: NBR NM-146 e ISO 6508 (alguns casos a

    ASTM E-18);

    Vickers: NBR NM-188 e ISO 6507 (alguns casos a ASTM E-92).

  • Curva de trao

    1 Modulo de Young (Lei de Hooke)

    2 Tenso de Escoamento

    3 Limite de Resistncia

    4 Alongamento na Fora mxima (Along. uniforme)

    5 Alongamento total na Fora mxima

    6 Alongamento de Ruptura

    7 Alongamento total de Ruptura

    8 Limite de Ruptura

    Tenso

    Alongamento

    2

    1

    3

    5

    6

    7

    4

    8

  • Alongamento (base de medida)

    L = Lf Li / Li *

    *

  • A curva tenso vs. deformao relativa ou curva

    convencional (material dctil)

    Deformao relativa

    Ten

    so

    co

    nven

    cio

    nal

    Ag

    Rm

    Rp0,2

    0,002 = 0,2 %

    LE0,2

    LR

    e

  • Deformao Homognea

    Deformao No-Homognea

    Estrico

    A deformao de metais ocorre

    em duas fases diferentes:

    deformao homognea at

    chegar a uma fora mxima e

    deformao no-homognea

    depois. Nesta segunda fase a

    deformao localizada no

    ponto de estrico.

    A curva tenso vs. deformao relativa ou curva

    convencional

  • Ensaios de trao / corpos de prova

    Corpos de prova para o

    ensaio de trao

    conforme

    DIN EN 10 002.

    Os cantos cisalhados

    devem ser fresados para

    eliminar trincas que

    podem ocorrer durante o

    corte.

    1

    2

    3

  • A curva tenso vs. deformao relativa ou

    curva convencional

    Esta curva pode ser obtida em diferentes ensaios mecnicos.

    Para chapa geralmente obtida no ensaio de trao.

    Tenso convencional (ou tenso nominal):

    A tenso no eixo Y desta curva denominada tenso

    convencional. Ela calculada atravs da seguinte expresso:

    0

    .S

    Fverdad

    : tenso, F: fora e

    S0: seo inicial do

    corpo de prova.

    Nesta expresso no considerada a alterao da seo

    do corpo de prova durante o ensaio!

    )100/1(.. eengverdad

    ou

  • A curva tenso vs. deformao relativa ou

    curva convencional

    Deformao relativa:

    A deformao no eixo X deste diagrama a deformao relativa.

    Ela o quociente do comprimento inicial do corpo de prova e do

    alongamento durante o ensaio:

    00

    01

    l

    l

    l

    lle

    com:

    e: deformao relativa, l0: comprimento incial do corpo de prova,

    l1: comprimento atual do corpo de prova e

    l: alongamento do corpo de prova.

  • A curva tenso vs. deformao relativa ou

    curva convencional

    A curva convencional permite obter facilmente o limite de

    escoamento (LE ou LE0,2), o limite de resistncia (LR), o

    alongamento uniforme (Ag) e o alongamento total (A).

    Os valores retirados desta curva so usados no dimensionamento

    de componentes para mquinas etc.

    Eles no podem ser usados em clculos para a avaliao do

    comportamento destes materiais em processos de conformao

    mecnica usando os mtodos conhecidos do clculo de fora

    ou a simulao.

  • A curva tenso vs. deformao relativa ou

    curva convencional e a deformao real

    Para o planejamento de processos de conformao mecnica no

    suficiente saber a tenso que necessria para iniciar o escoamento

    do material

    => os materiais encruam durante os processos.

    necessrio saber a tenso necessria para manter o escoamento

    em andamento em qualquer momento de processo.

    => Tenso de escoamento ou tenso real (kf)

    A tenso de escoamento ou tenso real geralmente representada

    em um diagrama tenso de escoamento vs. deformao real.

    => A curva neste diagrama chamada a curva de escoamento.

  • 12

    Comportamento dos metais quando

    submetidos trao

    Resistncia trao

    Dentro de certos limites,

    a deformao proporcional

    tenso (a lei de Hooke

    obedecida)

    Lei de Hooke: = E

  • Curva x verdadeira e convencional

  • Conformabilidade dos Metais:

    Coeficiente de resistncia (K)

    Coeficiente de encruamento (n)

    = K n ou ln = ln K + n ln

    onde:

    K igual a tenso quando a deformao igual a 1 e

    n a inclinao da reta.

    Coeficiente de Encruamento

  • COEFICIENTE DE ENCRUAMENTO

    O coeficiente de encruamento n :

    log = log K + n log

    Deformao Verdadeira (mm/mm)

    Ten

    so

    Verd

    ad

    eir

    a (

    MP

    a)

    100

    150

    250

    400

    550

    0.01 0.1 1.0

  • A curva de escoamento ou curva real

    Os dados para a construo da curva de escoamento tambm podem ser

    obtidos no ensaio de trao. A diferena a forma de avaliao dos

    dados gravados durante o ensaio.

    A tenso de escoamento calculado usando-se as seguintes expresses:

    kF

    Sf

    1e

    SS

    1

    01

    com:

    : deformao real,

    : deformao relativa.

    com:

    S0: seo inicial,

    S1: seo atual e

    : deformao.

    A deformao real calculado usando-se a seguinte expresso:

    )1ln( ee

    e

  • 17

    True Stress and Strain:

    The true stress () uses the instantaneous or actual area of the specimen at any given point, as opposed to the original area used in the engineering values.

    The true strain () is defined as the instantaneous elongation per unit length of the specimen.

    The relationship between the true and engineering values is given by:

    F

    A

    o

    L

    oL

    dL Lln

    L L

    e(1 e) ln(1 e)

  • A curva de escoamento ou curva real

    Os diagramas das curvas de escoamento so representados em

    duas formas:

    1. com eixos lineares,

    2. com eixos logartmicos.

    Vantagem da segunda opo que ela permite em certos casos a

    leitura fcil do ndice de encruamento!

    (p. ex. aos de baixo carbono: conforme ABNT 5915, DIN 1623,

    DIN EN 10130)

    No caso destes materiais a curva de escoamento pode ser descrita

    usando-se a frmula de HOLLOMON / LUDWIK:

    logKloglog nk

    Kk

    f

    n

    f

  • A curva de escoamento ou curva real na

    representao com eixos lineares

    Deformao verdadeira

    Ten

    so

    real

    kf

    kf = f()

    )(fkf

  • A curva de escoamento ou curva real na

    representao com eixos logaritmicos

    0,01 0,1 1

    Deformao verdadeira

    Te

    ns

    o

    re

    al

    k f

    kf = C n

    log kf = log C + n log

    tan = n

    ntan

    loglog log

    nKkf

    Kkfn

  • Taxa de Deformao:

    = d / dt = 1/h x dh / dt = v/h

    Constante proporcional (C)

    Coeficiente de sensibilidade taxa de deformao (m)

    = C m ou ln = ln C + m ln

    onde:

    C igual tenso quando a taxa de deformao igual a 1 s-1 e

    m a inclinao da reta.

    Valores tpicos de m para aos para conformao:

    Trabalho a frio - 0,05 m 0,05

    Trabalho a quente 0,05 m 0,3

    Superplasticidade 0,3 m 0,7

    Fludo Newtoniano (vidro pastoso) m = 1

    Aspectos gerais da conformao

  • Avaliao dos dados obtidos / clculo da

    curva de escoamento

    Os valores do diagrama tenso vs. deformao relativa que gravado durante o

    ensaio podem ser convertidos em tenso real e deformao real seguindo o

    esquema abaixo:

  • Clculo do grau de encruamento conforme

    SEW 1125

    A seguir encontram-se exemplos para as curvas de escoamento

    de duas chapas diferentes:

    ao de baixo carbono EEP conf. NBR 5915 (DC 04, W.-Nr. 1.0338 conforme DIN EN 10130)

    ao inoxidvel ASTM 304 (X5 CrNi 18 10, W.-Nr. 1.1403 conforme 17460)

    O grau de encruamento, n, pode ser obtido como tan da inclinao da curva de escoamento em um papel log-log.

    Pode tambm ser calculado usando-se a expresso da norma

    SEW 1125:

    N

    i

    N

    i

    LiLi

    N

    i

    N

    i

    fiLi

    N

    i

    fiLi

    N

    kkN

    n

    1

    2

    1

    2

    1 11

    ln)(ln

    ln*ln)ln(ln

  • Resultados

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    800

    0 10 20 30 40 50 60

    Deformao relativa em %

    Ten

    so

    co

    nven

    cio

    nal e

    m N

    mm

    -2

    X5 CrNi 18 10

    DC 04

  • Resultados

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    800

    900

    1000

    0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

    Deformao verdadeira

    Te

    ns

    o

    re

    al

    em

    N m

    m-2

    DC 04

    X5 CrNi 18 10

  • Resultados

    100

    1000

    0,01 0,1 1

    Deformao verdadeira

    Ten

    so

    rea

    l em

    N m

    m-2

    DC 04

    X5 CrNi 18 10

  • Comparao dos ensaios trao / compresso

    Ensaio Carga Atrito At

    Trao Trao uniaxial

    no 0,4

    Compresso Compresso uniaxial

    sim 1,0

    Bulge teste Estiramento biaxial

    no 0,7

  • Textura e anisotropia

    Textura: presena de orientaes preferenciais dos gros cristalinos causada pela deformao plstica ou pela recristalizao e devida ao alongamento e rotaodos gros

    Fibragem Mecnica: alongamento dos gros cristalinos e alinhamento de partculas de acordo com o modo de escoamento

    Um material com fibragem mecnica no necessariamente apresenta textura

  • TEXTURAS PRODUZIDAS POR DEFORMAO A FRIO

    Estrutura Cristalina Processos

    {110}

    {001}

    {0001}

    Paralela ao plano de laminao

    Paralela direo de laminao

    Paralela ao plano de laminao

    Paralela direo de laminao

    Paralela ao plano de laminao

    Paralela direo de laminao

    cfc

    ccc

    hc

    Trefilao e Extruso

    Trefilao e Extruso

    Trefilao e Extruso

    Laminao

    Laminao

    Laminao

    Texturas

    cfc

    ccc

    hc

    Paralelo ao eixo do fio

    Paralelo ao eixo do fio

    Paralelo ao eixo do fio

  • Textura e anisotropia

    Uma parcela da anisotropia

    de chapas metlicas causada

    pelo alongamento dos gros

    durante o processo de

    laminao.

    Este fenmeno a causa para o

    orelhamento nos processos de

    embutimento profundo.

  • Textura e anisotropia

  • l0

    w0

    t0

    P

    P

    DL

    R0o

    R90o R45o

    Retirada de corpos-de-prova para avaliar a

    anisotropia

  • Textura e anisotropia

    DETERMINAO DA ANISOTROPIA EM CHAPAS METLICAS

    Extrao de corpos-de-prova para ensaios de trao a partir de diversas direes no plano da chapa

    Medio das deformaes na largura (w) e na espessura (t) dos corpos-de prova

    Realizao dos ensaios de trao, mantendo a deformao do comprimento constante (alongamento)

    0

    lnw

    ww

    0

    lnt

    tt

    t0 - espessura inicial do corpo de prova

    t - espessura final de ensaio

    w0 - largura inicial do corpo de prova

    w - espessura final de ensaio

  • Textura e anisotropia

    COEFICIENTES DE ANISOTROPIA

    Coeficiente de anisotropia normal (R)

    t

    wR

    Coeficiente de anisotropia planar ( ) R

    2

    2 000 45900 RRRR

    Coeficiente de anisotropia mdio ( ) R

    4

    2 000 90450 RRRR

  • Textura e anisotropia

  • Anisotropia

  • Textura e anisotropia

  • Clculo do ndice de anisotropia

    0 45 90

    R0,45,90 1,25 1,25 1,63

    1,35

    R +0,2 R