FUNDAO ARMANDO ALVARES PENTEADO FACULDADE DE ENGENHARIA ENGENHARIA MECNICA CARACTERIZAO MECNICA DE METAIS FERROMAGNTICOS ATRAVES DO RUDO DE BARKHAUSEN Trabalho de Concluso de Curso. Orientador: Professor Rodolfo Politano Claudio de Andrade Mura Felipe Pardini Luccas Marco Longano Ferrante So Paulo 2011 FUNDAO ARMANDO ALVARES PENTEADO Faculdade de Engenharia Engenharia Mecnica CLAUDIO DE ANDRADE MURA FELIPE PARDINI LUCCAS MARCO LONGANO FERRANTE CARACTERIZAO MECNICA DE METAIS FERROMAGNTICOS ATRAVES DO RUDO DE BARKHAUSEN So Paulo 2011 CLAUDIO DE ANDRADE MURA FELIPE PARDINI LUCCAS MARCO LONGANO FERRANTE CARACTERIZAO MECNICA DE METAIS FERROMAGNTICOS ATRAVES DO RUDO DE BARKHAUSEN Trabalho apresentado ao curso deengenharia mecnica, pela Fundao Armando Alvares Penteado, como requisito parcial a obteno do grau em bacharel em Engenharia Mecnica Orientador: Professor Rodolfo Politano So Paulo 2011 CLAUDIO DE ANDRADE MURA FELIPE PARDINI LUCCAS MARCO LONGANO FERRANTE CARACTERIZAO MECNICA DE METAIS FERROMAGNTICOS ATRAVES DO RUDO DE BARKHAUSEN COMISSO EXAMINADORA: ___________________________________ Prof. Rodolfo Politano ___________________________________ Prof. Gustavo Mirapalheta ___________________________________ Prof. Gilberto Rocha So Paulo 2011 Em uma coisa os bbados e os gegrafos tm razo:a Terra gira J Soares AGRADECIMENTOS Primeiramente, agradecemos a Deus, por nos dar a oportunidade de estar formando ao lado de amigos. Agradecemosaosparentespelaforadadadurantetodanossavidae principalmente neste perodo de formao acadmica. Tambmaosprofessoresquenosajudaramesempreestiverams disposiesemespecialaoProf.RodolfoPolitanoeaoProf.SrgioPenedopor nos auxiliarem durante este trabalho de concluso de curso. Eporfimsnossasnamoradasenossosamigosquesemprenos incentivaram nos momentos de desnimo. RESUMO Nestetrabalhoofococorrelacionaramplitudeefreqnciaobtidaspelo Rudo de Barkhausen juntamente com a tensodo ensaio de trao, para isso h umaanalisedosdadosqueforamgeradosatravsdosensaiosocorrendo simultaneamente.Assimpodemosproporousodeensaiosnodestrutivosem certas aplicaes. Palavras-Chave:RudodeBarkhausen/EnsaiodeTrao/Ensaiono Destrutivo ABSTRACT Thescopeofthispaperistocorrelateamplitudeandfrequency obtainedapplyingBarkhausenNoiseandtensionfromTractionTest,togetto this results there is analysis of data from the both experiments running together. So we can propose the use of Non-destructive testing in some applications. Key-Words: Barkhausen Noise / Traction Test / Non-destructive Testing LISTA DE SMBOLOS Permeabilidade Magntica BInduo Magntica HEstimulao Magntico mSusceptibilidade Magntica MMagnetizao Hmax Amplitude necessria para levar o material magnetizao mxima MsSaturao Magntica MrMagnetizao Remanente HcCampo Coercivo Tenso FFora S0rea da seo p Tenso do limite plstico uTenso do limite de rupturaE Mdulo ou limite de elasticidade Deformao nominal L0Comprimento inicial LComprimento final vCoeficiente de Poisson GMdulo de elasticidade transversal tTenso cisalhante yDeformao cisalhante mmMilmetro AWGAmerican wire gauge AAmpere VVolts HzHertzKgfKilograma fora dB decibel RResistor CCapacitor DCCorrente Contnua h Hora minminutos LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Formato do campo magntico. .............................................................................. 20 Figura 2 - Comportamento dos dipolos em um material diamagntico............................. 22 Figura 3 - Comportamento dos dipolos em um material paramagntico ............................ 23 Figura 4 - Comportamento dos dipolos em um material ferromagntico.......................... 23 Figura 5 - Ciclo de histerese. ..................................................................................................... 25 Figura 6 - Ciclo de histerese para materiais ferromagnticos duros. ................................ 26 Figura 7 - Ciclo de histerese para materiais ferromagnticos moles. ............................... 26 Figura 8 - Expanso da parede de domnio quando exposta a um campo magntico. . 27 Figura 9 - Efeito Barkhausen observado na curva de histerese. ....................................... 28 Figura 10 - Curva tenso-deformao. .................................................................................. 30 Figura 11 - Comportamento da fase elstica e plstica. ..................................................... 31 Figura 12 - Limite de proporcionalidade A. ........................................................................... 32 Figura 13 - Deformaes de engenharia experimentadas por uma barra prismtica submetida a um carregamento unidirecional. ....................................................................... 33 Figura 14 - Limite de ruptura.................................................................................................... 36 Figura 15 - Limite de resistncia a trao. ............................................................................. 36 Figura 16 - Limite de ruptura.................................................................................................... 37 Figura 17 - Grfico tenso-deformao. ................................................................................ 38 Figura 18 - Corpo de prova ao 1010. ................................................................................... 39 Figura 19 - Chapa ao-silcio em formato de E ................................................................. 39 Figura 20 - Chapa ao-silcio em formato de U e as bases da bobina. ......................... 40 Figura 21 - Bobina sendo enrolada. ....................................................................................... 41 Figura 22 - Bobinas excitadoras.............................................................................................. 41 Figura 23 - Bobina leitora. ........................................................................................................ 42 Figura 24 - Fonte DC. ............................................................................................................... 43 Figura 25 - Mquina de trao universal. .............................................................................. 44 Figura 26 - Montagem dos ensaios simultneos. ................................................................. 46 Figura 27 - Esquema de montagem para obteno de sinal senoidal. ............................. 47 Figura 28 - Grfico com trao de 200 kgf e deformao de 0,9 mm. .............................. 48 Figura 29 -Grfico do perodo P1 P2 ampliado. .............................................................. 49 Figura 30 - Grfico com trao de 1200 kgf e deformao de 1,6 mm. .............................. 49 Figura 31 - Grfico do perodo P3 P4 ampliado. ............................................................... 50 Figura 32 - Grfico com trao de 2900 kgf e deformao de 45,00 mm. ....................... 50 Figura 33 - Grfico do perodo P5 P6 ampliado. ............................................................... 51 Figura 34 - Grfico de anlise de tenso com posies dos picos. .................................. 54 Figura 35 - Comparativo entre sinal de udio e Analise de freqncia por amplitude por tenso aplicada. ......................................................................................................................... 57

LISTA DE TABELAS Tabela 1 Valor dos coeficientes elsticos dos metais. .......................................................... 34 Tabela 2 Valores de freqncia, amplitude e deformao pra cada tenso. ................... 52 LISTA DE GRFICOS Grafico 1 ....................................................................................................................................... 52 Grafico 2 ....................................................................................................................................... 53 Grafico 3 ....................................................................................................................................... 53 Grafico 4 ....................................................................................................................................... 53 SUMRIO 1. INTRODUO .............................................................................................. 16 1.1 Objetivo Geral ........................................................................................ 16 1.2 Objetivo Especfico ............................................................................... 17 1.3 Justificativa ............................................................................................ 17 1.4 Metodologia ........................................................................................... 18 2. MAGNETISMO E O CAMPO MAGNTICO ................................................. 19 2.1 Campo Magntico .................................................................................. 19 2.2 Magnetismo ............................................................................................ 20 2.2.1 Permeabilidade Magntica ................................................................ 21 2.2.2 Susceptibilidade Magntica ............................................................... 22 2.3 Tipos de Magnetismo nos Materiais .................................................... 22 2.4 Induo Eletromagntica ...................................................................... 24 2.5 Ciclo de Histerese.................................................................................. 24 2.6 Domnios Magnticos ............................................................................ 27 2.7 Paredes de Domnio .............................................................................. 27 2.8 Rudo de Barkhausen ............................................................................ 29 3. O ENSAIO DE TRAO .............................................................................. 29 3.1 Ensaio Convencional ............................................................................ 30 3.2 Regio de Comportamento Elstico .................................................... 31 3.3 Limite de Proporcionalidade ................................................................ 32 3.4 Limite de Elasticidade (E) ..................................................................... 32 3.5 Modulo De Resilincia ........................................................................... 33 3.6 Coeficiente de Poisson (v) .................................................................... 33 3.7 Mdulo de Elasticidade Transversal (G) .............................................. 34 3.8 Regio de Comportamento Plstico .................................................... 35 3.9 Limite de Escoamento ........................................................................... 35 3.10 Limite de Resistncia a Trao .......................................................... 36 3.11 Limite de Ruptura ................................................................................ 37 4. MATERIAIS E METODOLOGIA ................................................................... 38 4.1 Materiais ................................................................................................. 38 4.1.1 Corpo de Prova ................................................................................. 38 4.1.2 Bobinas Excitadoras .......................................................................... 39 4.1.3 Bobina Leitora ................................................................................... 42 4.1.4 Fonte de Corrente Contnua .............................................................. 43 4.1.5 Mquina de Ensaio de Trao ........................................................... 44 4.1.6 Software para Gravao de Dados ................................................... 45 4.2 O Ensaio ................................................................................................. 45 4.2.1 Melhorias Propostas .......................................................................... 46 4.3 Anlise de Dados ................................................................................... 48 4.3.1 Anlise de Dados do Ensaio Completo ............................................. 51 5. CONCLUSO ............................................................................................... 58 6. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................ 58 16 1. INTRODUO Duranteamagnetizaodemateriaisferromagnticosasparedesde domnio se expandem em direo ao campo magntico e ao encontrar defeitos ou imperfeies na estrutura, elas ancoram at que a magnetizao aumente o suficienteparaultrapassaresteponto.Esseprocessoocorrediversasvezes duranteamagnetizaodomaterialepodeserobservadonasuacurvade histerese, este fenmeno conhecido como Efeito Barkhausen. Pode-se captar o efeito em forma de som, o qual conhecido como Rudo de Barkhausen. Atualmenteparaqueumprojetosejaeficiente,precisamossaberas propriedadesdomaterialutilizado.Paraessadeterminaocomumutilizar ensaios destrutivos, que em alguns casos no o mtodo mais vivel. ORudodeBarkhausenpossuigrandepotencialparaensaiosno destrutivosumavezqueacaptaodeseurudoinfluenciadaportenses aplicadas,problemasestruturais,trincas,imperfeiesedefeitosna microestrutura. Nestetrabalhofocaremosapenasnapartedetensesaplicadase procuraremoscorrelacionaroensaiodetraocomoRudodeBarkhausen. Assimanalisaremosapossibilidadedesubstituirumensaiodestrutivoporum no destrutivo.

1.1 Objetivo Geral EstudaracorrelaodorudodeBarkhausenedoensaiodetrao (NBR:6152)paraadeterminaodealgumaspropriedadesmecnicas,como objetivomaiordesubstituirumensaiodestrutivoporumnodestrutivona determinaodealgumaspropriedadesmecnicasdemateriais ferromagnticos especificamente aos carbono. 17 1.2 Objetivo Especfico Criarumdispositivoquenospermita magnetizarumcorpodeprova sob especificaes, e com uma sonda leitora extrair arquivos de udio que nos permitacorrelacionarosdadosdoensaiodetraoquandofeitojuntoao ensaio de barkhausen. 1.3 Justificativa Noexistembonsmateriaissenoseconheceassuas propriedades. Quandoaaplicaoestruturalasprioridadessodeterminarpropriedades mecnicasassociadasaosdiferentesusos.Nesseaspectoimportante preservaraintegridadedomaterialaseranalisado.Ento,ensaiosno-destrutivos so considerados de especial interesse. Inicialmente descoberto por Heinrich Barkhausen (1919), a magnetizao de um material ferromagntico geram pulsos de tenso eltrica de pequena durao em uma bobina que colocada prximo ao material. Estes sinais so captados e amplificados, portanto so dados facilmente obtidos; Os fatos citados acima demonstram a facilidade da metodologia; O estudo do rudo de barkhausen em paralelo com o ensaio de trao ainda no foi bem documentado; De acordo com o apresentado, os equipamentos necessrios so de fcil acesso, baixo custo e com provveis resultados satisfatrio. Atualmente as indstrias procuram a diminuio de custos e o aumento deeficinciaemseusprocessos,logotende-seaumaevoluoquandoo assuntoso ensaios para medio depropriedades.Sendoassim,busca-se a troca de ensaios destrutivos por ensaios no destrutivos, quando possvel. De acordo com o Silvrio e Paulo, 2006: 18 Hoje os ensaios no destrutivos so largamente utilizados na indstria moderna em todo o mundo para avaliao da qualidade e deteco de variaes na estrutura, pequenas falhas superficiais, presena de trincas e outras interrupes fsicas, medida de espessura de materiais e revestimentos e determinao de outras caractersticas de materiais e produtos industriais. Classicamente, so considerados ensaios no destrutivos aqueles que quando realizados em peas acabadas ou semi-acabadas no interferem nem prejudicam seu uso futuro ou processamento posterior. Eles so usados para determinao de algumas propriedades dos materiais e para a deteco de possveis descontinuidades em peas ou produtos industriais. [...] Uma caracterstica marcante dos END que eles raramente medem diretamente a propriedade de interesse. O valor dessa propriedade geralmente obtido a partir de sua correlao com uma outra grandeza que medida durante a realizao do teste(ENSAIOS NO DESTRUTIVOS, 2006, p.2). Paraque,nestetrabalho,sejapossvelestacorrelao,sero realizados o ensaio de trao com auxlio do efeito Barkhausenque envolve a magnetostrio para detectar tenses residuais. Assim possvel a substituio de um ensaio destrutivo por um no destrutivo em determinados casos. A partir dacorrelaoestabelecidapossvelaplicaramediodatensopara conhecerpropriedadesmecnicasdeaoscarbonocomummtodomais prtico e barato. 1.4 Metodologia Otrabalhoenvolvepesquisasrealizadasemlivros,siteseminternete projetos que esto sendo realizados no Brasil e no exterior. 19 Ser construdo um prottipo da sonda para demonstrar a existncia da correlao entre a curva obtida em um ensaio de trao em um corpo de prova padronizado e a curva obtida pelo ensaio de Barkhausen. Havendo correlao entre as duas curvas, ser possvel a utilizao do ensaiodeBarkhausencomoalternativaaensaiosdestrutivosemmetais ferromagnticos. 2. MAGNETISMO E O CAMPO MAGNTICO Oobjetivoaodiscorrersobreosprincpiosdomagnetismoteruma base terica que permita fazer analogias com os resultados experimentais aqui apresentados, procurando no trazer a teoria a questionamento. 2.1 Campo Magntico De acordo com o Lang, 1975: O espao no qual agem as formas magnticas chamado de campo magntico. Um campo magntico forma-se, por exemplo, entre as extremidades de um im de basto ou entre as pernas de um im em ferradura (O Campo Magntico, 1975, p.15). Deformabemprtica,ocampomagnticopodeserobservadoao espalharlimalhadeferroemumafolhalisadepapelqueestsobreumim, como mostra a figura 1 20 Figura 1 - Formato do campo magntico.Fonte: http://fuches.files.wordpress.com/2009/02/campo_magnetico.jpg (Consultado em 14/09/2011 s 18h40min). Seobservarmosoformatodalimalhanoim,conseguimosveras linhas do fluxo magntico, a intensidade deste fluxo a medida de excitao do campo, ou induo magntica. 2.2 Magnetismo Magnetismoaforaatrativaourepulsivadeummaterialoua influnciadelesobreoutromaterial.Algunsexemplosdemateriaisque representam estas propriedades so alguns aos, ferro, nquel e cobalto. Estaforapodeservista,porexemplo,aocolocarumimdebasto prximo limalha de ferro, notaremos assim que a maior parte da limalha ser atrada pelas extremidades ou plos do im e pouca limalha ser atrada para o centro do im. Quandoaproximamosumplopositivocomoutropositivo,ouum negativocomoutronegativo,observamosoprincpiodarepulso;Quando 21 aproximamosumplopositivocomumnegativo,observamosoprincpioda atrao.Estesplosestopresentesnestesmateriaissemprenas extremidadesopostas,nofazdiferenaquantosedividaestematerial,os plos continuaram a existir, at em nvel molecular, estas so conhecidas como molculas magnticas. Senoforemmagnetizadas,estasmolculaspermanecem desordenadase conforme expostas a magnetizao (aproximao de um im) os plos nortes tendem a se orientar no mesmo sentido, tornando as molculas ordenadas. 2.2.1 Permeabilidade Magntica Segundo Ana (2008): Se um material no magntico, como vidro ou cobre, for colocado na regio das linhas de campo de um m, haver uma imperceptvel alterao na distribuio daslinhasdecampo.Entretanto,seummaterialmagntico,comooferro,for colocado na regio das linhas de campo de um m, estas passaro atravs do ferro em vez de se distriburem no ar ao seu redor porque elas se concentram commaiorfacilidadenosmateriaismagnticos.Esteprincpiousadona blindagem magntica de elementos (as linhas de campo ficam concentradas na carcaametlicanoatingindooinstrumentonoseuinterior)einstrumentos eltricos sensveis e que podem ser afetados pelo campo magntico A permeabilidade magntica () dada pela frmula: (1) Sendo, B a induo magntica e H o campo magntico. 22 2.2.2 Susceptibilidade Magntica Susceptibilidade magntica (m) mede a capacidade de um material se magnetizar diante uma fonte de estimulao magntica (H). Esta fonte faz com que os momentos magnticos reajam a este estimulo de diferentes maneiras, a resultante deste estmulo dado por uma magnetizao (M). Deacordocomareaodomaterialaesteestmulo,podemos classificar o material entre diamagntico, paramagntico e ferromagntico. Esta classificaosedaporumaformulaemqueseusaasusceptibilidade magntica como fator, como demonstrado abaixo: (2) 2.3 Tipos de Magnetismo nos Materiais Diamagnticos so materiais que se magnetizam no sentido oposto ao docampoqueoexcita,suasusceptibilidademagnticanegativaesua permeabilidade magntica menor que 1. (Grijalba, 2010) Figura 2 - Comportamento dos dipolos em um material diamagntico Fonte: Grijalba, 2010. Paramagnticossomateriaisqueapresentamasomanulados momentosmagnticosetendemasealinhardeacordocomocampo 23 magntico aplicado, sua susceptibilidade magntica positiva e pequena e sua permeabilidade magntica pouco maior que 1. (Grijalba, 2010) Figura 3 - Comportamento dos dipolos em um material paramagntico Fonte: Grijalba, 2010. Devidoasuasusceptibilidadeepermeabilidadeaintensidadede resposta pequena e os efeitos so de difcil deteco. Ferromagnticossomateriaisnosquaisosmomentosmagnticos individuaisdegrandesgruposdemolculassomantidosalinhadosdevidoa umacoplamentoforte,mesmosemapresenadeumcampoexterno.Estes grupossochamadosdomniosmagnticos,eagemcomoumpequenoim permanente.Quandonohumcampoaplicado,estesdomniostm momentos magnticos distribudos aleatoriamente; porem ao aplicar um campo magntico os domnios tendem a seguir sua orientao. Figura 4 - Comportamento dos dipolos em um material ferromagntico. Fonte: Grijalba, 2010. Issoseda,poisasusceptibilidadepositivaegrandeea permeabilidade muito maior que 1, portanto a intensidade da resposta alta e possibilitaefeitosdetectveis,porestemotivo,estematerialutilizadonos estudos que envolvem o efeito de Barkhausen. (Grijalba, 2010)

24 2.4 Induo Eletromagntica Ocorreem materiaiscondutoresquando ocampomagntico,devidoa diferentesfluxosdeinduo,formaumacorrentenumaregiodestematerial; estacorrentechamadadecorrenteinduzidaepodesercaptadaatravsde um medidor de corrente. 2.5 Ciclo de Histerese umcicloquedemonstraarelaodainduomagntica(B)coma intensidade do campo magntico (H). Quandoomaterialseencontradesmagnetizado,eemseguida colocado perto a um campo magntico, chega ao ponto Hmax, atingindo assim a saturao magntica (Ms); Aps esta saturao, a magnetizao se inverte e ao passar por H = 0 achamos o ponto de magnetizao remanente (Mr), depois M continuadiminuindoatchegarnopontoM=0,nestetemosopontode coercividade(Hc),quesetratadocamponecessrioparaqueainduoseja nula aps sua saturao, em seguida segue para o ponto onde a magnetizao satura,squedestavez,nosentidooposto,eassimseguindoestemesmo padro ao retornar para a saturaomagntica. 25 Figura 5 - Ciclo de histerese. Fonte: http://cienciahoje.uol.com.br/banco-de-imagens/lg/web/images/ch-on-line/colunas/fabrica/108049a.jpg (Consultado em 03/10/2011 s 19h20min). De acordo com Grijalba: Aabertura(2Hc)dacurva,vemdeumcomportamentoirreversvel presentenoprocessodeinversodamagnetizao.Estairreversibilidade principalmente devida ao movimento interrompido (por tempos muito pequenos) de paredes de domnio. Estaaberturamudadeacordocomtipodomaterial,elepodeserum materialferromagnticoduro; materialmaisutilizadocomoim permanente, pois uma vez magnetizado, retm melhor sua magnetizao, sua curva tende a ter um espaamento maior entre os Hcs, como podemos observar na figura 6. 26 Figura 6 - Ciclo de histerese para materiais ferromagnticos duros. Fonte: http://www.alunosonline.com.br/upload/conteudo/images/grafico%201.jpg (Consultado em 10/10/2011 s 11h25min). Enquantoosmateriaisferromagnticosmolestendemase magnetizar facilmente e no reter quase nada, como vemos na figura 7. Figura 7 - Ciclo de histerese para materiais ferromagnticos moles. Fonte: http://www.alunosonline.com.br/upload/conteudo/images/grafico%202.jpg (Consultado em 10/10/2011 s 11h30min). 27 2.6 Domnios Magnticos Domnio magntico trata-se de regies do material onde o alinhamento magntico dos tomos o mesmo, o domnio porta-se como um pequeno im permanente.Onmerodedomniosdentrodeumdeterminadovolume determinadoporumbalanodeenergiadentrodomaterialeaorganizao deles se da de tal forma que a magnetizao no material nula. 2.7 Paredes de Domnio Quandohumcampoexternoexcitandoomaterial,osmomentos magnticosdentrodosdomniostendemasealinharnadireodocampo magnticoexcitante,estesmomentosfazemcomqueasparedesdodomnio se expandam e agregue os domnios prximos, como podemos ver na figura 8. Figura 8 - Expanso da parede de domnio quando exposta a um campo magntico. Fonte: Grijalba, 2010. Esta movimentao se da continuamente e a rotao de uma parede de domnio para a outra se da atravs de ngulos de 90 ou 180. 28 Aestruturadaparedesedapelaresultanteentreaenergiadetroca, quetendeaaumentaraomximoadimensodaparede,eaenergia anisotrpica, que tende a alinhar os spins para o sentido de fcil magnetizao e faz com que a dimenso da parede se reduza. De acordo com Grijalba: A movimentao afetada pela presena de tenses e defeitos como, vazios, incluses, partculas de segunda fase, discordncias, defeitos pontuais, econtornosdegro.Osmovimentoserotaesdasparedespodemser reversveis ou irreversveis dependendo tambm dessas condies. Os defeitos queatuamcomobarreirasnamovimentaodasparedesdedomnio,so conhecidas como pontos de ancoragem. Estespontosdeancoragemfazemcomqueaenergiapotencialda paredepareaoencontr-los,fazendocomqueessaenergiatenhaque aumentarparapodersuper-lo,fazendocomqueaparedeseexpandaat acharumnovopontodeancoragem.Esteprocessoocorrediversasvezes,e podemosobservarentonacurvadehistereseoEfeitoBarkhausen,quese tratadestespequenossaltosduranteamagnetizaodomaterial,como podemos observar na figura 9. Figura 9 - Efeito Barkhausen observado na curva de histerese. Fonte: http://sbtvd.anadigi.zip.net/images/histerese.JPG (Consultado em 09/11/2011 s 15h10min).29 2.8 Rudo de Barkhausen Segundo Miguel: Barkhausenem1919emumalindaexperinciademonstrouquecada umdosdegrausconsistiaemumsaltoirreversvelseguidodeumasubida reversvel da induo magntica de B. Sabe-se que estes saltos de Barkhausen sodevidoaoancoramentodasparedesdedomniopordefeitose/ou impurezas na amostra que se apresentam como barreiras de potencial a serem vencidaspelaparedededomnio,umaveztransposta,asparedesavanam rapidamente at a prxima barreira. 3. O ENSAIO DE TRAO ParacorrelacionarmosorudodeBarkhauseneoensaiodetrao, precisamoscompreendertalensaio,parasuacorretautilizaotemosque entendersuasfases.Comestetipodeensaio,podeseafirmarque praticamenteasdeformaespromovidasnomaterialsouniformemente distribudasemtodooseucorpo,pelomenosatseratingidaumacarga mximaprximado finaldoensaioe,comopossvelfazercomqueacarga cresanumavelocidaderazoavelmentelentadurantetodooteste,permitindo assim medir satisfatoriamente a resistncia do material. A uniformidade termina no momento em que atingida a carga mxima suportadapelomaterial,quandocomeaaaparecerofenmenodaestrico oudadiminuiodasecodoprovete,nocasodematriascomcerta ductilidade,arupturasempresednaregiomaisestreitadomaterial,a menos que um defeito interno no material, fora dessa regio, promova a ruptura do mesmo, o que raramente acontece. 30 3.1 Ensaio Convencional Noscorposdeprovasnormalmenteaseocircular,pormneste trabalho utilizaremos corpos de provas retangulares. O corpo de prova preso pelasextremidadesnasgarrasdefixaododispositivodetestes.Amquina de ensaio de trao feita para esticar o corpo de prova a uma taxa constante e padronizada, alm de fazer a medio em tempo real da carga aplicada e os alongamentos resultantes, isso com o auxlio de extensmetros. Quandooensaioexecutado,aprpriamquinadeensaiodetrao forneceumgrficoquedesenhadomecanicamente.Estegrficomostraas relaes entre fora aplicada e as deformaes ocorridas durante o ciclo. Arelaoentretensoedeformaoimportanteparadeterminaras propriedades do material. A tenso correspondente fora dividida pela rea da seo sobre a qual a fora aplicada (3) Aplicandoaequaodescritaacimapode-seencontrarosvaloresda tenso e fazer o grfico conhecido como tenso-deformao. Figura 10 - Curva tenso-deformao. Fonte: Ensaios dos Materiais pela acadmica: Gabrieli Bortoli Dalcin, 2007. 31 3.2 Regio de Comportamento Elstico OpontoArepresentaolimiteelstico,queserofocoprincipaldeste trabalho,poisseultrapassarmosestelimite,elenomaisumensaiono destrutivo. Figura 11 - Comportamento da fase elstica e plstica. Fonte: Ensaios dos Materiais pela acadmica: Gabrieli Bortoli Dalcin, 2007. A taxa em que o grfico se forma at o ponto A constate, assumindo um valor uniforme de carga no corpo de prova. Esta regio conhecida como faseelstica,etemcomocaractersticasoaumentodaforadetraoe independentedotempo,a deformao elsticapermanece uniformedurante o perodoemqueacargamantidaconstante.Tambmassumidoqueaps remoodacarga,adeformaototalmenterecuperada,ouseja,a deformao imediatamente retorna para o valor zero. As deformaes dos corpos de prova so diretamente proporcionais as tenses aplicadas, ou seja, obedecem a Lei de Hooke na fase elstica. (4)

ArigidezdomaterialdadapelomodulodeelasticidadeEou conhecidocomomodulodeYoung.Quantomaiorforomdulo,menorsera deformaoelsticaresultantedaaplicaodeumatenso.Adeformao convencional ou nominal dada: 32 (5) Onde:Lo = comprimento inicial L = comprimento final para cada carga P aplicada 3.3 Limite de Proporcionalidade ALeideHookesvaleatumdeterminadovalordetenso, representandonogrficopelopontoA,apartirdaqualA,apartirdaquala deformao deixa de ser proporcional carga aplicada Figura 12 - Limite de proporcionalidade A. Fonte: Ensaios dos Materiais pela acadmica: Gabrieli Bortoli Dalcin, 2007. 3.4 Limite de Elasticidade (E) Mximatensoqueomaterialpodesuportarsemapresentar deformao permanente aps a retirada da carga. 33 3.5 Modulo De Resilincia a capacidade de um material de absorver energia quando deformado elasticamenteeliber-laquando descarregado.Amedidadesta propriedade dada pelo mdulo de resilincia que a energia de deformao por unidade de volumenecessriaparatracionarometaldeorigematolimitede proporcionalidade. 3.6 Coeficiente de Poisson (v) Medearigidezdomaterialnadireoperpendiculardireode aplicao de carga uniaxial. Figura 13 - Deformaes de engenharia experimentadas por uma barra prismtica submetida a um carregamento unidirecional. Fonte: Ensaios dos Materiais pela acadmica: Gabrieli Bortoli Dalcin, 2007. 34 3.7 Mdulo de Elasticidade Transversal (G) Correspondearigidezdeummaterialquandosubmetidoaesforode cisalhamento. (5) Onde, esoastensesearespectivadeformaocisalhanteque sofre o corpo de prova. Tabela 1 Valor dos coeficientes elsticos dos metais. Fonte: Ensaios dos Materiais pela acadmica: Gabrieli Bortoli Dalcin, 2007. 35 3.8 Regio de Comportamento Plstico Acimadecertatenso,osmateriaiscomeamasedeformar plasticamente,ouseja,ocorremdeformaespermanentes.Opontonaqual estas deformaes permanentes comeam a se tornar significativas chamado de limite de escoamento. Duranteadeformaoplsticaatensonecessriaparacontinuara deformarummetalaumentaatumpontomximo,achamadodelimitede resistnciatrao,naqualatensoamximanacurvadetenso deformaodeengenharia.Istocorrespondeamaiortensoqueomaterial pode resistir, se esta tenso for aplicada e mantida, o resultado ser a fratura. Toda a deformao at este ponto uniforme na seo. No entanto, aps este ponto,comeaaseformarumaestrico,naqualtodaadeformao subseqente est confinada e, nesta regio que ocorrer a ruptura. A tenso correspondente a fratura chamada de limite de ruptura. 3.9 Limite de Escoamento Oescoamentoentendidocomoumfenmenolocalizado,quese caracterizaporumaumentorelativamentegrandenadeformao, acompanhada por uma pequena variao na tenso. Isso acontece geralmente noinciodafaseplstica.Duranteoescoamentoacargaoscilaentrevalores muito prximos um dos outros. 36 Figura 14 - Limite de ruptura. Fonte: Ensaios dos Materiais pela acadmica: Gabrieli Bortoli Dalcin, 2007. 3.10 Limite de Resistncia a Trao a tenso correspondente ao ponto de mxima carga atingida durante oensaio.Apsoescoamentoocorreoencruamentoqueendurecimento causado pela quebra de gros que compem o material quando deformados a frio.Omaterialresistecadavezmaistraoexternanecessitandodeuma tenso cada vez maior para se deformar. nessa fase que a tenso comea a subir at atingir um valor mximo, chamado de Limite de Resistncia. Figura 15 - Limite de resistncia a trao. Fonte: Ensaios dos Materiais pela acadmica: Gabrieli Bortoli Dalcin, 2007. 37 3.11 Limite de Ruptura Continuandoatrao,chega-searupturadomaterial,nochamado Limite de Ruptura. Figura 16 - Limite de ruptura. Fonte: Ensaios dos Materiais pela acadmica: Gabrieli Bortoli Dalcin, 2007. Notequeatensonolimitederupturamenordoquenolimitede resistncia,devidodiminuiodereaqueacontecenocorpodeprova depois que se atinge a carga mxima. Nafiguraabaixosepodeanalisartodosesseselementos representados num mesmo diagrama de tenso deformao. 38 Figura 17 - Grfico tenso-deformao. Fonte: Ensaios dos Materiais pela acadmica: Gabrieli Bortoli Dalcin, 2007. Comestegrfico,tentaremoscorrelacionaratensoaplicadacoma amplitudedaondaobtidaatravsdoensaiodetraofeitojuntamentecomo Rudo de Barkhausen. 4. MATERIAIS E METODOLOGIA 4.1 Materiais Segueadescriodocorpodeprovautilizado,assimcomoos equipamentos necessrios para o ensaio, obteno e anlise de dados. 4.1.1 Corpo de Prova Foi utilizada uma tira de ao 1010 com 300,00 mm de comprimento por 19,00 mm de largura e 3,00 mm de espessura. 39 Figura 18 - Corpo de prova ao 1010. Fonte: Foto tirada no laboratrio da FAAP, dia 26/11/2011 s 15h11min. 4.1.2 Bobinas Excitadoras Asbobinasforamfabricadasnolaboratriodeengenhariada FaculdadeArmandoAlvarezPenteadoFAAP,paraissoutilizamoscomo ncleo,chapasdeao-silciodeumtransformador,utilizandoaparteEque pode ser observada na figura 20. Figura 19 - Chapa ao-silcio em formato de E . 40 Fonte: Foto tirada no laboratrio da FAAP, dia 25/10/2011 s 16h13min. FoiremovidaapernacentraldoEparaqueachapaadquirisseo formato deUemseguidapeas fresadas de nyloneacrlico foramutilizadas como as bases da bobina, como mostrado na figura 21. Figura 20 - Chapa ao-silcio em formato de U e as bases da bobina. Fonte: Foto tirada no laboratrio da FAAP, dia 25/10/2011 s 16h15min. Asbasesforamutilizadasparaenrolarasbobinas,paraoqualforam utilizados fios de cobre AWG 24 e dadas 1200 voltas em cada uma, utilizando o torno, como podemos ver na figura 22. 41

Figura 21 - Bobina sendo enrolada. Fonte: Foto tirada no laboratrio da FAAP, dia 25/10/2011 s 18h43min. Depois de feitas, as bobinas foram acopladas a base em formato de U e devidamente soldadas, como podemos ver na figura 23. Figura 22 - Bobinas excitadoras. Fonte: Foto tirada no laboratrio da FAAP, dia 18/11/2011 s 17h45min. 42 4.1.3 Bobina Leitora Inicialmente, a idia foi adaptar um cabeote leitor de K7, uma vez que eleconstitudodeuma bobinaleitora decampo magntico.Foramutilizados dois cabeotes para testes, um da marca SONY e outro da marca AIWA, porm nenhum deles apresentou uma captao precisa, ou seja, estando devidamente aterradoosinalpossuainterfernciasmesmosemvariaesdetensopor meio da fonte. Figura 23 - Bobina leitora. Fonte: Foto tirada no laboratrio da FAAP, dia 18/11/2011 s 17h50min. Abobinaleitorautilizadaapsastentativasiniciaisumprodutoda marcaMemoTronics,enormalmenteutilizadaparagravaestelefnicas,j quepossuiumabobinaquecaptaocampomagnticoenostornapossvel obter o campo da pea desejada. 43 4.1.4 Fonte de Corrente Contnua Figura 24 - Fonte DC. Fonte: Foto tirada no laboratrio da FAAP, dia 25/11/2011 s 14h20min. A fonte utilizada uma fonte regulada 2025 da marca LABO, essa fonte possuileituradetensoecorrentesendoelasvariveismanualmente,a corrente varia na faixa de 0 a 2 A, e a tenso varia de 0 a 30 V. 44 4.1.5 Mquina de Ensaio de Trao Figura 25 - Mquina de trao universal. Fonte: Foto tirada no laboratrio da FAAP, dia 18/11/2011 s 14h45min. FoiutilizadaumamquinadetraouniversaldamarcaLosenhausen 10MP. 45 4.1.6 Software para Gravao de Dados O Software para aquisio de dados utilizado foi o Adobe Audition versoCS5.5instaladoemumnotebookSonyVaioVPCW160AB.Osoftware foiconfiguradoparagravarosdadosemumcanal(mono),aumataxade amostragem de 48000 Hz, bit depth de 32 bits. O formato do arquivo gerado .wav (PCM). 4.2 O Ensaio Para realizarmos nosso experimento, seguimos a seguinte metodologia: -Fixar o corpo de prova na mquina de trao;-Ligar a bobina excitadora na fonte e acopl-la por magnetismo em um dos lados do corpo de prova; -Com um pedao de fita crepe, fixar a bobina leitora no outro lado do corpo de prova. Ligar o fio desta bonina no computador para obteno dos dados, que realizada atravs do software Adobe Audition CS5.5; -Ajustar a maquina de trao para que ela fique zerada, tanto no medidor de forca, deformao e no grfico; -No total faremos 11 medies por ensaio, com saltos de 200kgf a partir do instante zero. Sendo que as 10 primeiras medies sero feitas at o limite elstico e o ltimo feito a partir do escoamento at a peca romper;-Cada captao de udio deve ser feita com a forca de trao estabilizada nos patamares pr-estabelecidos e devem ter durao de 10 segundos cada. Menos para a ltima medio que devera terminar quando o corpo de prova romper; -Durante a captao, a potncia da fonte devera variar a voltagem de 5 a 15 volts constantemente e ininterruptamente;-Aps os ensaios realizados, e os dados devidamente guardados, os corpos de provas so fotografados. -Para analisarmos os dados de forma quantitativa, importamos os arquivos de tipo .WAV no software Audacity. Assim conseguimos 46 selecionar os trechos para estudo do grfico Amplitude(dB) x Freqncia (Hz).- Figura 26 - Montagem dos ensaios simultneos. Fonte: Foto tirada no laboratrio da FAAP, dia 24/11/2011 s 16h09min. 4.2.1 Melhorias Propostas OsdadoscoletadosdoensaiodetraojuntamentecomoRudode Barkhausennotiveramumsinalhomogneodevidoinstabilidadena variaodatenso.Paraissofoidiscutidoeestudadoalgumasmaneirasde padronizaressavariaoparaqueosinalficasseigual,facilitandoassima interpretao dos resultados. Primeiramentetentamospadronizarosinalatravsdeumcircuito osciladorsinusoidalempontedewien,utilizandoumamplificadoroperacional LM741, como podemosver na figura 28. Esse circuito de sinal tipo senide foi montadoemumapowerboard,emseguidatestadoemumosciloscpiopara analisarosinal,queestavabom,masquandoocircuitofoiligadobobina 47 excitadorahouveumaquedadetensodevidogranderesistnciae impedncia da bobina. Figura 27 - Esquema de montagem para obteno de sinal senoidal. Fonte: Foto tirada do material de consulta prprio, dia 05/12/2011 s 10h10min. A segunda tentativa de padronizar a variao de tenso se deu atravs deumafontedecorrentealternadacomoffsetparacorrenteDC.Essafonte consegueemitirsinaisdotiposenideoutriangular,queseriamadequados paranossosrequisitos,pormquandoaligamosabobina,atensocaiude 20V,geraomximadafonte,para2Vdevidonovamentearesistnciada bobina, no sendo capaz de magnetizar o material para os ensaios. Aprximatentativasedeupormeiodeumservomotorconectadoao switchdevariaodetensodafonte.Paraisso,utilizamosumaplacaPIC para mandar os sinais de controle ao servo, que ficaria alternando sua posio de 0 a 180 graus enquanto a fonte estivesse ligada. Este comando dado pelo softwareSBMASTER da SOLBET,empresadaqualnoconseguimoscontato para suporte. Todo o sistema mecnico estava pronto e s precisvamos saber 48 comoprogramaraplaca,assimseminstruo,nofoipossvelconcluirmos esseprograma.Decidimosentoporfimfazerossinaismanualmente,no descartandoaspossibilidadesanterioresparamelhoriasfuturasdesinaise interpretaes de dados. 4.3 Anlise de Dados Aoanalisarmosumaseqnciadedadospodemosnotaruma correlaoentreaforadetraoeogrficogerado.Comoserexplicadoa seguir: Figura 28 - Grfico com trao de 200 kgf e deformao de 0,9 mm. Fonte: Foto captada do software Adobe Auditions, dia 04/12/2011 s 20h00min. Nogrficoacimapodemosnotar,queonvelderudodiretamente proporcionalatensodadapelafontenabobinaexcitadora.Sendoassim, devemos apenas estudar o sinal a partir do momento que a potencia da fonte aumentada (P1), finalizado quando a potencia atinge o valor mnimo (P2). 49 Figura 29 -Grfico do perodo P1 P2 ampliado. Fonte: Foto captada do software Adobe Auditions, dia 04/12/2011 s 20h05min. No perodo analisado, visualmente nota-se que o numero de ciclos por perodo de tempo encontra-se espaado enquanto temos 200 kgf de trao. Figura 30 - Grfico com trao de 1200 kgf e deformao de 1,6 mm. Fonte: Foto captada do software Adobe Auditions, dia 04/12/2011 s 20h10min. 50 Figura 31 - Grfico do perodo P3 P4 ampliado. Fonte: Foto captada do software Adobe Auditions, dia 04/12/2011 s 20h15min. ComparandoestegrficocomogrficodaFigura30nota-sequeo numero de ciclos por perodos maior, tornando o grfico menos espaado. Figura 32 - Grfico com trao de 2900 kgf e deformao de 45,00 mm. Fonte: Foto captada do software Adobe Auditions, dia 04/12/2011 s 20h20min. 51 Figura 33 - Grfico do perodo P5 P6 ampliado. Fonte: Foto captada do software Adobe Auditions, dia 04/12/2011 s 20h25min. FazendoumcomparativodoperodoP5P6(momentodaruptura) com os anteriores, podemos notar que o grfico tem um nmero de ciclos ainda maior que os dois perodos anteriores. A amplitude do grfico na magnetizao se torna mais constante e padronizado durante todo o perodo analisado. 4.3.1 Anlise de Dados do Ensaio Completo A tabela abaixo uma anlise dos grficos de amplitude por freqncia deumensaiocompletoondepodemosobservarosvaloresdequatropicos para cada tenso, que varia de 200 em 200kgf at a ruptura do corpo de prova. Observa-sequeasfreqnciassomaioresnofinaldoensaioquandoas tenses so maiores, j a amplitude menor quando a tenso maior. Nota-se tambmquealgunsvaloresemdeterminadastensesnoseguemesse padro, isso se deve falta de padronizao da tenso enviada pela fonte para a captao dos sinais. Os valores de deformao do corpo de prova podem ser vistos em todas as tenses aplicadas. 52 Tabela 2 Valores de freqncia, amplitude e deformao pra cada tenso. -Grfico 1Grfico 2Grfico 3Grfico 4 Tenso (Kgf) Deformao (mm) Freq (Hz) Amp (dB) Freq (Hz) Amp (dB) Freq (Hz) Amp (dB) Freq (Hz) Amp (dB) 2000.5 786-17,97117-72,914099-72,720092-72,4 4000.7 831-177108-72,814090-73,120087-72,4 6000.9 815-19,47100-72,914070-73,220073-73 8000.9 811-19,87097-73,714076-73,320087-74,5 10001.0 828-20,47098-74,114072-7320089-72 12001.2 820-217103-74,214078-73,420089-75,2 14001.3 831-20,67088-73,714075-73,620082-75,3 16001.5 826-217100-7414068-73,820088-74,9 18001.6 824-20,97101-73,814092-73,420082-75,5 2000 1.9 832-20,97097-73,714095-73,220081-75 22002.2 866-227113-74,714096-72,820105-72,1 Ruptura 49 865-22,87098-70,514096-72,220105-72,6 Grafico 1 53 Grafico 2 Grafico 3 Grafico 4 54 Aps analise dos dados da tabela anterior juntamente com os grficos feitos a partir dos mesmos, mostraremos de quais posies (picos) dos grfico saram os valores estudados, juntamente com os sinais captados pelo Audition duranteoensaioparacadatensoaplicada.Assimpoderemoscomparar visualmenteosgrficosparacadatensoemostrararelaodoRudode Barkhausen com o ensaio de trao. O perodo de tempo mostrado nos grficos da esquerda de 1,5 segundos para todas as tenses. Os picos mostrados na figura 35 foram retirados na mesma posio em todos os grficos da figura 36. Figura 34 - Grfico de anlise de tenso com posies dos picos. Fonte: Foto captada do software Audacity, dia 06/12/2011 s 05h10min. 55 200kgf 400Kgf 600Kgf 800Kgf 56 1000Kgf 1200Kgf 1400Kgf 1600Kgf 57 1800Kgf 2000Kgf2200KgfRuptura Figura 35 - Comparativo entre sinal de udio e Analise de freqncia por amplitude por tenso aplicada. Fonte: Imagem captada do software Audacity, dia 06/12/2011 s 05h15min. 58 5. CONCLUSO Comacaptaodosdados,eseusrespectivosestudos,conclumos queexisteumacorrelaoentreoSinaldeBarkhausenobtidoeoensaiode trao.Tornandoassimvivelasubstituiodeensaiodestrutivoparaum ensaionodestrutivoparamateriaisferromagnticos,emdeterminadas situaes.Oaumentodatensoimplicaumareduodaamplitudenos grficos, e o aumento da freqncia do sinal. Isso quer dizer que quanto menor for a amplitude e maior a freqncia mais fragilizado o corpo em estudo estar. Sabemos que, aps varias dificuldades encontradas para correlacionar osdados,temosmuitoscamposetcnicasparaaprimoraraqualidadede nossos equipamentos e dados obtidos, podendo assim evidenciar mais ainda o fenmenodescrito,viabilizandoumafuturamquinaoudispositivopara diagnsticos de trincas, falhas estruturais e tenses residuais. 6. BIBLIOGRAFIA - DALCIN, G. Ensaio dos Materiais. Santo Angelo: 2007.-GRIJALBA,F.Desenvolvimentodeensaionodestrutivobaseadono rudo magntico de barkhausen para caracterizao de tenses elsticas e deformaes plsticas em ao. 2010. - http://translate.google.com.br/translate?hl=pt-BR&langpair=en|pt&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_susceptibility, Consultado em 12/12/2011 s 18h40min. - JOHANNES, L. O Campo Magntico, 1975. - JUNIOR, S. F. S.; MARQUES P. V. Ensaios No Destrutivos. Belo Horizonte, 2006. - NOVAK, M. A. Introduo ao Magnetismo. http://www.cbpf.br/~labmag/miguel.pdf (Consultado em 16/11/2011 s 17h20min). - SAMBAQUI, A. B. K. Apostila de Mquinas Eltricas I. Joinville, 2008.