PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DE MINAS GERAIS Curso de
Engenharia Mecnica (nfase em Mecatrnica)
RELATRIO TCNICO DO LABORATRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUO
MECNICA:Ensaios de Trao
Joo Rodolfo Janurio Marlia Mansur F. de R. Chaves
Belo Horizonte 2011
Joo Rodolfo Janurio Marlia Mansur Ferreira de Resende Chaves
RELATRIO TCNICO DO LABORATRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUO
MECNICA:Ensaios de Trao
Relatrio Laboratrio de
da
disciplina de
Materiais
Construo Mecnica, referente as aulas prtica sobre ensaios de
trao.
Orientador : Prof. Mestre Ubirajara D. de Castro
Belo Horizonte 2011
RESUMO
Prticas da disciplina Laboratrio de Materiais de Materiais de
Construo Mecnica foram realizadas com o objetivo de fornecer, aos
alunos do curso de Engenharia Mecnica, princpios bsicos dos ensaios
de trao. Este trabalho contm resumos tericos relativos a esse
ensaio e os dados obtidos durante as aulas, seguidos das concluses
que puderam ser obtidas atravs dos mesmos.
Palavra-chave: Ensaios de trao.
ABSTRACT
Practice Course Materials Laboratory of Building Materials
Mechanics was performed in order to provide the students of
Mechanical Engineering, basic principles of tensile tests. This
work contains abstracts related to this test and the data obtained
during the lessons, followed by the conclusions that could be
obtained through them.
Keyword: tensile tests.
LISTA DE FIGURAS Figura 1 : Curva caracterstica de Carga (kgf) X
Alongamento (mm) obtida no ensaio de trao
.................................................................................
8 Figura 2: Aspecto do corpo de prova para o ensaio de trao
............... 8 Figura 3: Curva Tenso X Deformao convencional,
obtida no ensaio de trao
............................................................................................................
9 Figura 4: Curva Tenso X Deformao Verdadeiras
............................ 10 Figura 5 : Mquina para ensaio de
trao............................................. 12 Figura 6:
Grfico obtido no ensaio de trao do corpo de prova 1 ....... 13
Figura 7: Grfico obtido no ensaio de trao do corpo de prova
.......... 13
LISTA DE TABELAS Tabela 1 Dados dos corpos de prova a serem
ensaiados..................... 12 Tabela 2 : Propriedades Avaliadas
no Ensaio de Trao ...................... 14
SUMRIO
1 INTRODUO
......................................................................................
6 1.1 Objetivos
........................................................................................
6 1.2 Justificativa
.....................................................................................
7 2 REVISO BIBLIOGRFICA
................................................................. 7
3 METODOLOGIA
.................................................................................
11 4 CONCLUSO
.....................................................................................
14 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
...................................................... 15 ANEXOS
................................................................................................
16
6 1 INTRODUO
O ensaio de trao possui grande facilidade de execuo e
reprodutibilidade de resultados. Alm disso, o carregamento a trao a
solicitao esttica mais severa, qual um material pode estar
submetido. Estes fatores tornam fazem com que este ensaio seja um
dos mais importantes na avaliao das propriedades mecnicas dos
materiais. (CASTRO, 2011). As aulas de laboratrio da disciplina
devem fornecer, aos alunos de graduao em Engenharia Mecnica,
princpios bsicos dos ensaios mecnicos, como o de trao. Para isto,
um relatrio relativo a essa aula deve ser elaborado, complementando
o aprendizado e fixando os conceitos estudados.
1.1 Objetivos
A aula de laboratrio props conceitos e informaes relativas ao
ensaio de trao, sendo este, um dos ensaios mais utilizados na
engenharia para avaliar propriedades mecnicas dos materiais. Este
trabalho compara os resultados do ensaio realizado em dois corpos
de prova de mesmo material, porm, um passou pelo processo de
laminao frio e o outro pelo processo de laminao quente.
7 1.2 Justificativa
Um engenheiro mecnico deve conhecer o ensaio de trao por ser
largamente utilizado para selecionar os materiais empregados em
projetos mecnicos, alm de estabelecer como devem ocorrer os
processos de fabricao de diversos materiais. Alm de conhecer o
ensaio, o profissional deve ser capaz de selecionar interpretar os
resultados obtidos. Por isto, este trabalho de suma importncia ao
estudante de Engenharia Mecnica, pois, alm de ser apresentado o
mtodo, so discutidos os resultados obtidos.
2 REVISO BIBLIOGRFICA
A aplicao de uma fora num corpo slido promove uma deformao do
material na direo do esforo e o ensaio de trao consiste em submeter
um material a um esforo que tende a estic-lo ou along-lo.
Geralmente, o ensaio realizado num corpo de prova de formas e
dimenses padronizadas, para que os resultados obtidos possam ser
comparados ou, se necessrio, reproduzidos. Este corpo de prova
fixado numa mquina de ensaio que aplica esforos crescentes na sua
direo axial, sendo medidas as deformaes correspondestes por
intermdio de um aparelho especial (o mais comum o extensmetro).
[...] Os esforos ou cargas so medidos na prpria mquina de ensaio e
o corpo de prova levado at sua ruptura. (SOUZA, 1982, p. 6).
A partir de cargas uniaxiais de sentidos contrrios, o que
promove o alongamento do corpo at o rompimento, a curva Fora X
Deformao para o material. descrita (Figura 1). Essa curva mostra o
campo elstico do material, limite de escoamento, campo plstico,
alongamento, estrico, o que proporciona avaliar propriedades do
material como resilincia, tenacidade e ductilidade.
8
Figura 1 : Curva caracterstica de Carga (kgf) X Alongamento (mm)
obtida no ensaio de trao FONTE: Apostila do Laboratrio de Materiais
de Construo Mecnica
As deformaes ocorridas no material podem ser notadas de forma
uniforme ao longo do comprimento til at que seja atingida a carga
mxima. Esta uniformidade de deformao permite obter valores
caracterstico da curva tenso-deformao convencional diretamente pelo
registro grfico do ensaio. Este, geralmente, feito a baixa
velocidade de aplicao de carga, sendo classificado como um ensaio
esttico. Amostras do material so usinadas com dimenses padronizadas
pelas vrias associaes de normas tcnicas (ASTM, ISO, ABNT, DIN,
dentre outras), denominadas corpos de prova (ver figura 2),
facilitando a comparao de resultados. (CASTRO, 2011, p.1)
Figura 2: Aspecto do corpo de prova para o ensaio de trao FONTE:
Apostila do Laboratrio de Materiais de Construo Mecnica
9 Para este trabalho a norma da Associao Brasileira de Normas
Tcnicas (ABNT) foi adotada. A norma estabelece que o comprimento
mnimo do corpo de prova padro est associado ao seu comprimento pela
relao: (1) Onde k=5,65. A figura 2 pode mostrar as relaes de A e
So. Atravs do grfico Carga X Alongamento, o grfico de Tenso (Mpa) X
Deformao pode ser esquematizado e os campos plstico e elstico do
material podem ser avaliados. As relaes de tenso e deformao so
dadas por: (2) Onde: F= carga, So= rea inicial e s= tenso (3) Onde:
e= deformao, l= alongamento e lo= comprimento inicial. E a figura 3
mostra o grfico Tenso X Deformao esquematicamente.
Figura 3: Curva Tenso X Deformao convencional, obtida no ensaio
de trao FONTE: Apostila do Laboratrio de Materiais de Construo
Mecnica
10 Porm as relaes demonstradas pelas equaes 2 e 3 no
correspondem as relaes para tenso e deformao verdadeiras. Est relao
dada por: (4) Onde: sv= tenso verdadeira, Fi=carga instantnea e Si=
rea instantnea e= Onde: e=deformao verdadeira, lo= comprimento
inicial e (5) lf=
comprimento final. E o grfico que se obtm dessas relaes como o
mostrado na figura 3.
Figura 4: Curva Tenso X Deformao Verdadeiras FONTE: Apostila do
Laboratrio de Materiais de Construo Mecnica
11 Neste grfico (figura 4), pode-se perceber que inicialmente a
curva descrita uma reta o que indica que o ensaio est ocorrendo no
campo elstico, onde as deformaes assumidas pelo material podem
ser
recuperadas. No regime elstico as relaes de tenso e deformao so
dadas pela lei de Hooke: (6) Onde: s= tenso convencional, E= mdulo
de elasticidade ou mdulo de Young e e=deformao convencional. O
restante da curva descrita pelo grfico corresponde ao regime
plstico do material, quando o mesmo j no pode recuperar suas
dimenses iniciais. Este regime quando o limite de escoamento
atingido, e o material se apresenta encruado o que eleva seu valor
de dureza.
3 METODOLOGIA
Para realizar o ensaio de trao foram utilizados dois corpos de
prova com as dimenses j especificadas neste trabalho. Ambos so
constitudos de ao ABNT 1020 com uma diferena entre eles. Um corpo
de prova com cabea clara foi laminado a frio e o outro com a cabea
escura foi laminado a quente. O valor de dureza de cada corpo de
prova foi avaliado antes do ensaio para se determinar o fundo de
escala da mquina. Esta relao dada por: (7) Para avaliar a dureza de
cada corpo de prova a superfcie foi preparada, passando por uma
etapa de lixamento. Foi feito o ensaio de dureza Rockwell B e
posteriormente o nmero foi convertido para a escala Brinell. Outras
medidas
12 como dimetro inicial e rea inicial foram avaliados, como pode
ser visto na tabela1. Tabela 1: Dados dos corpos de prova a serem
ensaiados.
Cp
srt do So Fmx (mm) (mm) HRB HB (kgf/mm) (kN) 1 10,1 80,12 83 160
59,974 47,09 2 10,1 80,12 69 120 44,984 35,32FONTE: Elaborado pelos
autores 1
A linda da tabela indicada como Cp. 1, significa que os dados se
referem ao corpo de prova 1, de cabea clara laminado a frio. E a
linda do Cp. 2, se refere aos dados do corpo de prova 2 de cabea
escura que foi laminado a quente. De posse desses dados, os corpos
de prova foram submetidos ao ensaio em uma mquina prpria para esse
tipo de ensaio, como a mquina da figura 5. Nas figuras 6 e 7, esto
os grfico gerados pelo software que interpreta os dados enviados
pela mquina. A figura 7 o grfico referente ao corpo de prova 1 e a
figura 8 ao corpo de prova 2.
Figura 5 : Mquina para ensaio de trao FONTE:
http://www.univap.br/graduacao/feau/eng_civil/lab_tecnologia_construcao.php
13
Figura 6: Grfico obtido no ensaio de trao do corpo de prova 1
FONTE: Dados de Pesquisa
Figura 7: Grfico obtido no ensaio de trao do corpo de prova
FONTE: Dados de Pesquisa
14 Obtidos os grficos no ensaio de trao de cada corpo de prova
algumas informaes podem ser obtidas para avaliar as propriedades do
material. A tabela 2 relaciona esses dados.
Tabela 2 :Propriedades Avaliadas no Ensaio de Trao
Mdulo de Young F l E Cp (kgf) (mm) (Mpa) 1 6,65 2 15,3
Limite de Escoamento Parmetros de Ductilidade Fe lf df (kgf) se
(Mpa) (mm) A (%) (mm) Sf (mm) Z(%) 4600 0,00056 56,65 11,7387 7,7
46,5427 41,9088 2400 0,00029 65,3 23,4303 6,2 30,1754 62,3372FONTE:
Elaborado pelos autores 2
4 CONCLUSO
Pelos dados obtidos com o ensaio, pode-se perceber que o corpo
de prova 1 alongou menos que o corpo de prova 2. Essa diferena est
relacionada com o processo de fabricao de cada corpo de prova. O
corpo de prova 1 passou pelo processo de laminao a frio enquanto o
corpo de prova 2 passou por laminao quente, portando o laminado a
frio possui mais tenses internas que o laminado a quente. Houve
menos recristalizao portando, o material sendo mais encruado possui
menor resistncia deformao. Observando os grficos pode-se perceber
que o campo plstico do corpo de prova com menos tenses internas foi
maior que o outro corpo de prova.
15 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
CALLISTER, William D. Cincia e engenharia de materiais: uma
introduo. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Tcnicos e Cientficos,
c2008. xx, 705 p. ISBN 9788521615958
CASTRO, Prof. Ubirajara Domingos. Roteiros das prticas de
laboratrio de Materiais de Construo Mecnica. Acesso em:
em: 30 de Setembro de 2011.
SOUZA, Srgio Augusto de. Ensaios mecnicos de materiais metlicos:
fundamentos tericos e prticos. 5. ed. So Paulo: E. Blucher, c1982.
286p.
VAN VLACK, Lawrence H. Princpios de cincia dos materiais. So
Paulo: E. Blucher, 1970. 427p. ISBN 8521201214
16 ANEXOS
QUESTES 1) Um corpo de prova cilndrico, feito em alumnio, tem
dimetro de 0,505 polegadas e comprimento til de 2,000 polegadas e
est sendo puxado em trao. A tabela I apresenta os dados obtidos
durante o ensaio. - Plote os dados na de tenso de engenharia (Mpa)
versus deformao de engenharia (%).0,0004 0,00035 0,0003 0,00025
0,0002 0,00015 0,0001 0,00005 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 Srie1
Grfico Tenso Convencional X Deformao Convencional
- Plote a curva tenso verdadeira (MPa) versus deformao
verdadeira (%).0,00045 0,0004 0,00035 0,0003 0,00025 0,0002 0,00015
0,0001 0,00005 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2
Srie1
Grfico Tenso Verdadeira X Deformao Verdadeira
17
Alongament o (pol) 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,02 0,04 0,08
0,12 0,16 0,2 0,24 0,27 0,3 0,33
Carg a (lbf) 0
Dimetr Compriment o o (pol) 0,505 (pol) 2 2,002
e (%) 0 0,00 1 0,00 2 0,00 3 0,00 4 0,00 5 0,01 0,02 0,04 0,06
0,08 0,1 0,12 0,13 5 0,15 0,16 5
Tenso Convenciona l (Mpa) 0 5,68E-05 0,000117 0,000179 0,000236
0,000267 0,000298 0,00032 0,000348 0,000358 0,000367 0,000369
0,000358 0,000348 0,000331 0,000283
0 0,001
Tenso Verdadeir a (MPa) 0 5,69E-05
1650 0,504748 2,004 3400 0,504496 2,006 5200 0,504244 2,008 6850
0,503993 2,01 7750 0,503742 8650 0,502494 9300 0,500025 2,08 10100
0,495193 2,12 10400 0,490499 2,16 10650 0,485936 10700 0,481499
10400 10100 9600 8200 0,461 2,27 0,431 2,3 0,418 2,33 0,37 2,2 2,24
2,02 2,04
0,00199 8 0,00299 6 0,00399 2 0,00498 8 0,00995 0,01980 3
0,03922 1 0,05826 9 0,07696 1 0,09531 0,11332 9 0,12663 3 0,13976 2
0,15272 1
0,000117 0,00018 0,000237 0,000268 0,000301 0,000327 0,000362
0,00038 0,000396 0,000406 0,000401 0,000395 0,00038 0,000329
- Determine o mdulo de elasticidade (MPa). R: 0,00208441 (MPa).
- Determine o limite de escoamento a 0,2% de deformao (MPa). R:
0,0001171437 - Determine o limite de resistncia desta liga
(MPa).
18 R: 0,000369 (MPa) Qual a ductilidade aproximada em
alongamento percentual? R: 16,5 Determine a ductilidade em reduo
percentual de rea. R: -14,1631 2) Faa uma pesquisa e sobre a
ocorrncia do patamar de escoamento no ensaio do corpo de prova
recozido. R: Processos de fabricao, como tratamentos trmicos e
conformaes mecnicas, provocam tenses internas na microestrutura do
material. Essas tenses geradas aumentam a dureza do mesmo,
tornando-o mais frgil. Para corrigir a fragilidade adquirida, um
processo de recozimento pode ser efetuado, com o objetivo de
aliviar as tenses internas e dessa forma o material se tornar mais
dctil. Materiais dcteis tm maior capacidade de deformao plstica que
materiais frgeis. Quando submetidos ao ensaio de trao, os dcteis
apresentam o patamar de escoamento bem definido, pois na transio do
comportamento elstico para o plstico, geralmente ocorre um
serrilhado na curva tenso-deformao, principalmente quando se trata
de materiais recozidos. O serrilhado ocorre devido interao entre
tomos de soluto (no caso dos aos, C e N principalmente) e as
discordncias, ainda que em pequeno nmero. J os materiais frgeis,
geralmente, no possuem esse limite de escoamento bem definido e no
suportam solicitao de cargas elevadas. Portanto, sendo o
recozimento um processo para diminuir a fragilidade do material, ou
seja, aumentar sua ductilidade, corpos de prova recozidos podem
apresentar uma patamar de escoamento definido. 3) Uma barra de ao
tem um dimetro de 22,00 mm. Desenhe um corpo de prova padro a ser
usinado a partir desta barra, indicando as medidas essenciais.
19 R: Deve ter uma parte til A de pelo menos 25,142mm; raio de
11mm.
