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Relatório - Ensaio de tração - Materiais e Suas PropriedadesUFABC
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UNIVERSIDADE FEDERAL
DO ABC
Materiais e Suas Propriedades (BC1105)
ENSAIOS MECNICOS PARTE A ENSAIOS DE TRAO E FLEXO
Laboratrio L505-1
1 Quadrimestre de 2015
Guilherme Naohiro Ito
Murilo Migliato
Murilo Turquiai Luca Blasio
Tain Ubirajara Bisinella
11060912
11057513
11054411
11003713
1. INTRODUO
Para se aferir o comportamento de um determinado material necessrio
conhecer suas propriedades mecnicas. Uma forma de observar e determinar
tais propriedades, como constantes elsticas, resistncia mecnica, ductilidade
a partir de ensaios mecnicos. A maneira mais utilizada para realizar esses
ensaios atravs da mquina universal de ensaios mecnicos, que realiza
testes como aplicao de fora, trao ou compresso, a taxas controladas, de
forma que tal tensionamento pode ser feito ciclicamente ou continuamente.
Dois acessrios importantes utilizados em mquinas de ensaios mecnicos
so as clulas de carga e o extensmetro, a primeira mede a variao de fora
aplicada ao material, j a ltima, mede a deformao do material de acordo
com a tenso aplicada. Atravs destes acessrios e uma interface com um
software especfico possvel plotar as curvas de tenso e deformao do
material testado. Neste experimento a mquina de ensaios utilizada foi Instron
3369, que ideal para testes de compresso ou tenso abaixo de 50 kN [1], e
o software de interface Bluehill.
Para determinar as propriedades dos materias so realizados diferentes
mtodos de ensaio. Para materiais com comportamento dctil, como polmeros,
geralmente so realizados ensaios de trao, j materiais com comportamento
mecnico frgil, como cermicas, a resistncia fratura geralmente
determinada em ensaios de flexo. Os testes variam em velocidade e
intensidade de carregamento no material.
Devem ser seguidos alguns padres para assegurar a qualidade e
segurana dos testes, como formato e dimenso do corpo de prova, tenso
convencional de alongamento total, etc. Tais padres so definidos por
normas, tais como a ABNT NBR ISO 6892-1:2013 Verso Corrigida:2015 [2].
2. OBJETIVOS
Os objetivos desta aula prtica so:
i) Compreender o funcionamento de uma mquina universal de ensaios
Mecnicos;
ii) Compreender o ensaio de trao e analisar as curvas tenso-
deformao de uma amostra polimrica;
iii) Compreender o mtodo de ensaio de flexo de amostras de
cermicas e determinar a resistncia fratura.
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Os ensaios foram realizados na mquina universal de ensaios mecnicos
INSTRON 3369, a coleta de dados se deu atravs do software Bluehill.
3.1. Metodologia
Ensaio de trao
i) Foram realizadas 3 medidas em diferentes pontos do corpo de prova;
ii) Fixou-se o corpo de prova nas garras do dispositivo mantendo
alinhado seu eixo longitudinal com a vertical;
iii) Configurou-se o ensaio atravs do software Bluehill, dando como
entrada a velocidade do ensaio e o comprimento do corpo de prova;
iv) O ensaio consistiu ento na aplicao de trao at a fratura do
corpo de prova;
v) Aps o ensaio o corpo de prova teve suas duas partes unidas
cuidadosamente para que fossem medidas as variaes em sua
dimenso.
Ensaio de flexo
i) Foram realizadas 3 medidas em diferentes pontos do corpo de prova;
ii) Apoiou-se o corpo de prova no dispositivo de teste de flexo,
aproximando o cutelo superior cuidadosamente do corpo de prova;
iii) Configurou-se o ensaio atravs do software Bluehill, dando como
entrada a velocidade do ensaio;
iv) O ensaio consistiu ento na aplicao de tenso at a fratura do
corpo de prova.
3.2. Ensaio de trao
Ao 1010
O ensaio de trao com o ao 1010 foi realizado por meio de um corpo de
prova cilndrico com 8 mm de dimetro e comprimento de rea til de 70 mm.
A velocidade deste ensaio foi de 15 mm/min.
Polmero
O ensaio de trao com o material polimrico foi realizado com meio de um
corpo de prova em forma de gravata. Suas dimenses foram aferidas trs
vezes com o intuito de diminuir os erros de medio. Abaixo, a Tabela 1
expressa os valores medidos com respectivas mdias.
Tabela 1 - Dimenses do corpo de prova polimrico
Medida Comprimento (mm)
Largura (mm)
Espessura (mm)
1 75,25 13,35 3,20
2 75,45 13,25 3,50
3 75,35 13,25 3,05
Valores mdios 75,35 13,28 3,25
Apesar do comprimento mdio do corpo de prova ser de 75,35 mm, o comprimento til da mquina universal de ensaios mecnicos era de 70,00 mm, o qual corresponde a dimenso utilizada para anlise.
A velocidade deste ensaio foi de 50 mm/min.
Fig. 1 - Exemplo de corpo de prova do tipo gravata.
3.3. Ensaio de flexo
Cermica
O ensaio de flexo foi do tipo de trs pontos, realizado utilizando um corpo
de prova cermico retangular.
Realizaram-se trs medidas do corpo de prova afim de diminuir o erro de
medio. A Tabela 2 demonstra os valores obtidos em cada medio com
respectivas mdias.
Tabela 2 - Dimenses do corpo de prova cermico
Medida Comprimento (mm)
Largura (mm)
Espessura (mm)
1 74,65 23,25 8,50
2 74,80 21,05 8,50
3 74,75 23,55 8,50
Valores mdios 74,73 22,61 8,50
A distncia de separao dos pontos de apoio da mquina universal era de
30 mm. A velocidade utilizada no teste foi de 0,5 mm/min.
4. ANLISE DOS DADOS
4.1. Ensaio de trao
Ao 1010
i) Grfico tenso versus deformao de engenharia
a)
Fig. 2: Curva tenso versus deformao do ao 1010.
b)
Fig. 3: Curva tenso versus deformao do ao 1010 com detalhe para a
regio elstica.
0
100
200
300
400
500
600
0 10 20 30 40 50
Ten
so
[M
Pa]
Deformao [%]
Curva de Engenharia - Metal
Metal
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Ten
so
(M
Pa)
Deformao [%]
Curva de Engenharia - Metal (regio elstica)
Metal
ii) Determinao atravs das curvas
a) Mdulo de Elasticidade
O Mdulo de Elasticidade dado por:
= E (1)
Onde, Tenso; E - Mdulo de elasticidade; Deformao.
Rearranjando (1), temos:
E =
(2)
Substituindo em (2) com os valores obtidos atravs da regio elstica,
temos:
E =(372,032230,36042)
(3,1783030,1425) (3)
Logo:
= ,
b) Limite de proporcionalidade (limite elstico)
O limite de proporcionalidade obtido visualmente atravs do grfico :
c) Limite de escoamento
Limite de escoamento em deformao 0,1%
Para uma deformao permanente de 0,1% a deformao total deve
superar a deformao elstica esperada em 0,1% do comprimento til do
corpo de prova.
+ 0,1 (4)
O que ocorre em:
= 395,9732
O que corresponde a:
= , %
Limite de escoamento em deformao 0,2%
Para uma deformao permanente de 0,2% a deformao total deve
superar a deformao elstica esperada em 0,2% do comprimento til do
corpo de prova.
+ 0,2 (5)
O que ocorre em:
= 398,4337
O que corresponde a:
= , %
d) Limite de Resistncia
Corresponde a maior tenso suportada registrada:
= ,
e) Tenso de Ruptura
Corresponde a tenso aplicada no momento de ruptura:
= ,
f) Deformao (alongamento) uniforme
Toda deformao at o limite de resistncia:
= , %
g) Deformao (alongamento) total
Toda deformao at o rompimento:
= , %
iii) Reduo em rea
Dimetro inicial = 8mm Dimetro final = 4,60 mm
rea inicial = 56,549 mm rea final = 16,619 mm
= 1
(6)
Logo:
= , %
iv) Curva Real de tenso versus deformao
Fig. 4: Curvas real de tenso versus deformao do ao 1010.
Fig. 5: Curvas real e de engenharia de tenso versus deformao do ao
1010.
0
5000
10000
15000
20000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Ten
so
(M
Pa)
Deformao [%]
Curva Real - Metal
Real
0
5000
10000
15000
20000
0 10 20 30 40 50
Ten
so
[M
Pa]
Deformao [%]
Curva de Engenharia - Metal
Real
Engenharia
v) Aspecto da fratura
A Fig. 4 mostra que houve uma reduo na tenso antes da fratura. Isso
se deve ocorrncia de estrico (ou criao de pescoo), o que
caracteriza uma fratura dctil.
Polmero
i) Grfico tenso versus deformao de engenharia
c)
Fig. 6: Curva tenso versus deformao de engenharia do polmero.
d)
Fig. 7: Curva tenso versus deformao de engenharia do polmero com
detalhe para a regio elstica.
h) Determinao atravs das curvas
ii) Mdulo de Elasticidade
O Mdulo de Elasticidade dado por:
= E (1)
Onde, Tenso; E - Mdulo de elasticidade; Deformao.
Rearranjando (1), temos:
E =
(2)
Substituindo em (2) com os valores obtidos atravs da regio elstica,
temos:
E =(21,876192,007717)
(3,9284820,5951785) (3)
Logo:
= ,
iii) Limite de proporcionalidade (limite elstico)
O limite de proporcionalidade obtido visualmente atravs do grfico :
iv) Limite de escoamento
Limite de escoamento em deformao 0,1%
Para uma deformao permanente de 0,1% a deformao total deve
superar a deformao elstica esperada em 0,1% do comprimento til do
corpo de prova.
+ 0,1 (4)
O que ocorre em:
= ,
O que corresponde a:
= , %
Limite de escoamento em deformao 0,2%
Para uma deformao permanente de 0,2% a deformao total deve
superar a deformao elstica esperada em 0,2% do comprimento til do
corpo de prova.
+ 0,2 (5)
O que ocorre em:
= 30,95538
O que corresponde a:
= , %
v) Limite de Resistncia
Corresponde a maior tenso suportada registrada:
= ,
vi) Tenso de Ruptura
Corresponde a tenso aplicada no momento de ruptura:
= ,
vii) Deformao (alongamento) uniforme
Toda deformao at o limite de resistncia:
= , %
viii) Deformao (alongamento) total
Toda deformao at o rompimento:
= , %
ix) Reduo em rea
Espessura inicial = 3,25 mm Espessura final = 2,71 mm
Largura inicial = 13,28 mm Largura final = 9,47 mm
rea inicial = 43,16 mm rea final = 25,66 mm
= 1
(6)
Logo:
= , %
x) Curva Real de tenso versus deformao
Fig. 8: Curvas real de tenso versus deformao do polmero.
Fig. 9: Curvas real e de engenharia de tenso versus deformao do
polmero.
4.2. Ensaio de flexo
Cermica
A Cermica, diferente do metal e do polmero, no um material dctil, ou
seja, no possui uma regio plstica, por esse motivo que feito o ensaio de
flexo. Durante a realizao dos ensaios, a pea de cermica foi danificada
entre o ensaio 1 e o ensaio 2, por isso podemos ver que a curva real 2 e de
engenharia 2 no serve de anlise.
i) Resistncia flexo
= 3.
2. (7)
Onde F a fora de fratura, L a distncia entre os pontos do suporte, b a
largura do corpo de prova, e d sua espessura.
Substituindo com os valores da dimenso do corpo de prova:
= 3 1154,2 0,03
2 0,02261 0,0085
= ,
ii) Grfico tenso versus flexo
Fig.10: Curva tenso versus deformao de engenharia da cermica.
Figura 11 - Curva tenso versus deformao real da cermica.
Figura 12 - Curva tenso versus deformao real e de engenharia da cermica.
iii) Aspecto da fratura
A fratura do corpo de prova cermico uma fratura frgil e ocorre com
baixa absoro de energia (normalmente temperatura ambiente a maioria dos
materiais cermicos sofre fratura antes do surgimento de uma deformao
plstica). Lembrando que a fratura ocorre no ponto de maior tenso como no
corpo de prova polimrico e diferente do corpo de prova metlico, onde a
tenso diminui antes da fratura.
5. CONCLUSO
A determinao das propriedades mecnicas atravs de ensaios mecnicos
muito importante para a escolha do material para uma determinada
aplicao. Estas propriedades definem o comportamento do material quando
sujeito a esforos mecnicos, relacionando assim capacidade do material de
resistir ou transmitir estes esforos aplicados, fazendo assim consideraes
importantes para um projeto e fabricao de determinado componente.
6. REFERNCIAS
[1] Pgina na internet empresa INSTROM. Disponvel em:
.
[2] Catlogo ABNT, Normas. Cdigo - ABNT NBR ISO 6892-1:2013 Verso
Corrigida:2015. Disponvel em: .
[3] CALLISTER, W. D. Jr, Cincia e Engenharia de Materiais: uma
introduo; Editora LTC, 7. Edio 2008.
[4] SCODELER, D. E, Materiais e suas propriedades, slides da disciplina.
Disponvel em: < https://sites.google.com/site/matprop20151/materiais-e-
suas-propriedades>.