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Ensaio de Tração

EM-641

ENSAIO DE TRAÇÃO

Ensaio de Tração

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DEFINIÇÃO:

Aplicação de uma carga uniaxial de tração em um CP geralmente cilíndrico e maciço;

Mede-se a variação comprimento como função da aplicação da carga ;

Fornece dados quantitativos e é o mais amplamente utilizado;

Sofre influência: T, V, anisotropia, microestrutura, tratamento térmico, ambiente.

MÁQUINA DE ENSAIO:

Pode ser mecânica ou hidráulica, com uma parte fixa e outra móvel, responsável pela

aplicação de carga trativa uniaxial. Registra-se σ (tensão) em função de ε (deformação).

P

Solo

P

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CORPO DE PROVA:

geralmente barra cilíndrica; comprimento lo e diâmetro do;

ELEMENTOS DE CÁLCULO:

CargaTensão Convencional : [Pa]

AlongamentoDeformação Convencional :

1 N/m2 = Pa = 10 kgf / mm2 > 1MPa= 106 N / m2 = 1N/mm2

0c S

P=σ

εcfl l

l

l

l=

−=0

0 0

50 ±0,1

e

R 12,5

57

12.5 ±0,2

200

62,5 ±0,1

d

R 10

75

12.5 ±0,2

200

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Gráfico Tensão x Deformação

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RESULTADOS DO ENSAIO:P [N ]

∆L [m]

σ [Pa ]

ε

α

tg α = EResultados de P x ∆L são transformados em gráficos de σ x ε

CURVA DE ENGENHARIA CURVA DE ENGENHARIA (área inicial)

PROPRIEDADES OBTIDAS:

Dentro do Campo Elástico: σ é proporcional a ε (Lei de Hooke)

(E) M(E) Móódulo de Elasticidade :dulo de Elasticidade :

((σσPP) Limite de Proporcionalidade:) Limite de Proporcionalidade: Tensão no ponto final da linearidade no gráfico

Equação da elasticidade de uma mola : x.kP = ε=σ .E

EP l

S l= =σε

.

.0

0 ∆

((σσee) Limite de Elasticidade:) Limite de Elasticidade: Máxima tensão sem apresentar deformação permanente

(ou Módulo de

Young)

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Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young:

indica a rigidez do materialrigidez do material

quanto maior E , maior a rigidez do material

É função das forforçças de ligaas de ligaççãoão interatômicas

quanto maior E quanto maior E maior a Tmaior a TFF

Maiores E : cerâmicos > metais > polímeros

Maiores E : covalentes > iônicas> metMaiores E : covalentes > iônicas> metáálicaslicas

Menores E para T elevadas

Alumínio (B)

Aço (A)

σ

εεA = 0,001 ε B = 0,003

σ

210 MPa

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Procedimento para Determinação do Módulo de Elasticidade ( E ):

Para materiais com comportamento linear:

MMéétodo do Descarregamento dentro da região eltodo do Descarregamento dentro da região eláásticastica

Para materiais sem comportamento linear:

MMéétodo da Tangente ou Mtodo da Tangente ou Méétodo da Secantetodo da Secante

MelhorMelhor utilizarutilizar ““histeresehisterese mecânicamecânica””

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414.0003410Tungstênio (W)

304.0002610Molibdênio (Mo)

210.0001538Ferro (Fe)

209.0001453Níquel (Ni)

127.0001085Cobre (Cu)

79.0001064Ouro (Au)

72.000962Prata (Ag)

70.000660Alumínio (Al)

45.500650Magnésio (Mg)

14.000327Chumbo (Pb)

MMóódulodulo

de Elasticidadede Elasticidade

((MPaMPa))

TTFF ((ººC)C)MetalMetal

Relação entre temperatura de fusão e módulo de elasticidade dos metais

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Medidas Alternativas do Módulo de Elasticidade:

21

LE

V

ρ

=Velocidade do som no material : Velocidade do som no material :

Efeito Efeito termotermo--elelááststíícoco : :

c

T.E..VT α−=

ε∂∂

I

B

ε

σ

σ1

0

C

( B )

A

Adiabático

εA

εI

Isotérmico

A’ ε

σ

σ1

0

I

( A )

(ultra-som)

(histerese mecânica)

Método mais preciso de medida > utiliza a técnica do ultra-som

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(G) M(G) Móódulo de Elasticidade Transversal :dulo de Elasticidade Transversal :γ

τ= cisG ( )ν+=

1.2

EG

((νν) Coeficiente de Poisson :) Coeficiente de Poisson :

z

y

z

ε−=

εε

−=ν

σ z

σ z

x

z

y

Rigidez a uma direção perpendicular à de aplicação do esforço

(εεxx, , εεyy, , εεzz no campo elno campo eláásticostico)

Para metais : 0,25 a 0,35

Para cerâmicos : 0,20 a 0,30

Para polímeros : 0,30 a 0,50

Relação entre E longitudinal (tratraççãoão) e G transversal (tortorççãoão) : G ≅ 0,4 E

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Questão Concurso Petrobrás 2006

60- Um engenheiro necessita especificar um material metálico que tenha a menor variação possível de volume quando submetido exclusivamente, a um estado uniaxial de tensão. Em seu levantamento inicial para alguns materiais, obteve as seguintes propriedades:

Supondo que todos os materiais sejam submetidos à mesma deformação axial e com base nos dados apresentados, o material que sofre a menor variação em seu volume é:

(A) alumínio. (B) cobre. (C) níquel. (D) prata. (E) tungstênio.

1.0003.410414.0000,280W

5596272.0000,367Ag

701.453209.0000,312Ni

601.085127.0000,343Cu

4066070.0000,345Al

σp

MPa

T fusãoE

MPa

Coef. PoissonMaterial

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((UURtRt) M) Móódulo de Resiliência :dulo de Resiliência :

Comportamento do material no campo elástico

(integral da integral da áárea no grrea no grááfico no campo elfico no campo eláásticostico)

E22Ed..Ed.U

2p

2pp

0

p

0r

σ=

ε=∫ εε=∫ εσ=

εε

energia absorvida dentro do

campo elástico

Fundamental para projetos de molas

Pode ser calculado pela ½ área triângulo

(A = b.h / 2)

Ecomoe

2

.U e

eee

=εσε

=

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Região de Escoamento

((σσee) Limite de Escoamento :) Limite de Escoamento :

Envolve mecanismo de movimentamovimentaçção de ão de

discordânciasdiscordâncias

Pode ser nníítido ou nãotido ou não no gráfico

Grandes deformações para mesma tensão

Em casos nítidos o limite de escoamento

é valor máximo da tensão na região de escoamento

Quando não nítido, utiliza-se da convenção de um deformação padrão

Metais e ligas em geral : n = 0,2 % (ε = 0,002)

Cobre e suas ligas: n = 0,5 % (ε = 0,005)

Ligas metálicas duras: n = 0,1 % (ε = 0,001)

Cerâmicos : n = 0,1 % (ε = 0,001)

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Procedimento para Determinação do Limite de Escoamento ( σe ):

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Dentro do Campo Plástico: σ não é proporcional a ε

((σσuu) Limite de Resistência ) Limite de Resistência àà TraTraçção :ão : Tensão correspondente ao ponto de máxima carga no ensaio

((ϕϕ) ) Coeficiente de Coeficiente de EstricEstricççãoão ::

((σσff) Limite de Ruptura :) Limite de Ruptura : Tensão correspondente ao ponto de fratura do CP

ϕ =−S S

Sf0

0

((∆∆LL) Alongamento :) Alongamento : 0f lll −=∆

Encruamento em Metais:

Aumento da resistência do metal em função do processo de deformação permanente.

Esse fenômeno ocorre em função da interação entre discordâncias e das suas interações com

outros obstáculos, como solutos, contornos de grãos, etc, que impedem a livre movimentação

das discordâncias e escorregamento dos planos. Envolve aumento na densidade de discordâncias.

Corresponde a quebra e formaquebra e formaçção de novas ligaão de novas ligaççõesões interatômicas

Envolve movimentação de discordâncias e escorregamento de planosescorregamento de planos

Caracterizado pelo EncruamentoEncruamento Uniforme e Não-Uniforme

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MetaisPolímeros

Formação do pescoço nos diferentes materiais:

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((UUTtTt) M) Móódulo de Tenacidade:dulo de Tenacidade:

Capacidade de absorção de energia até a fratura

(áárea total no grrea total no grááficofico)

Fundamental para projetos com

deformação plástica

Ex: carrocerias autos, guard-rail

ε

σ

0 εf

MaterialDúctil

(A)

fue

t 2U ε

σ+σ=

Área de um retângulo

ε

σ

0 εf

Material Frágil

(B)

fut 3

2U εσ=

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PROCEDIMENTO DE ENSAIO: MetaisMetais

» Norma técnica ABNT 6152 ou ASTM E 8M

» Fixação do CP

» Comprimento útil

» Deformação

» Leitura de P e ∆L

»Defeitos

» Velocidade de ensaio

» Dados de relatório:

identificação CP

dimensões do CP

direção de laminação

número de CP

velocidade de aplicação da carga

localização da fratura

aspecto da fratura

50 ±0,1

e

R 12,5

57

12.5 ±0,2

200

62,5 ±0,1

d

R 10

75

12.5 ±0,2

200

( )

4

4

1iiu

u

∑=

σ=σ

( )( )

14S

4

1i

2uiu

σ−σ=∑=

Resultado do ensaio por: σu ± S [ MPa]

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INFORMAÇÕES ADICIONAIS:

Influência da Temperatura:Influência da Temperatura:

T = ResistênciaDuctilidade

Liga de Ni-Cr-Mo---- colunar

___ equiaxial

Metais:

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AdiAdiçção de Elementos de Liga:ão de Elementos de Liga:

Função do tipo de soluto(intersticial ou substitucional)e do raio atômico

1,249 (+0,6%)Cr

1,36 (+9,5%)Mo

1,12 (-10,8%)Mn

1,241Fe

Raio atômico

(A)

1,332 (+4,2%)Zn

1,509 (+18%)Sn

1,278Cu

Raio atômico

(A)

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Questão Concurso Petrobrás 2006

53-Marque a opção que apresenta as características dos aços

de alta resistência e baixa liga, em relação ao teor de carbono

e à resistência à corrosão, em comparação com os aços

comuns com baixo teor de carbono.

E

D

C

B

A

maioralto

menoralto

menormédio

maiorbaixo

menorbaixo

Resistência

Corrosão

Teor de C

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Influência do Influência do EncruamentoEncruamento ou Trabalho a Frio:ou Trabalho a Frio:

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Influência do Tamanho de Grão Cristalino:Influência do Tamanho de Grão Cristalino:

Refinadores de grão para Al e ligas

Liga Al 4,5% Cu

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Influência do EspaInfluência do Espaççamento amento DendrDendrííticotico ::

σ x λ1

λ 2

λ 1

0,05 0,06 0,07 0,08 0,0990

120

150

180

210

240 Al-4,5%Cu

Experimental

σu = 56,7 + 1713 * (1/λ

1)

0,5Lim

ite d

e R

esi

stê

nci

a à

Tra

ção

(M

Pa

)

1/(λ1)

0,5 (µm)

-0,5

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Monocristal

( A ) frágil ( B ) dúctil

Tipos de Fraturas sob Tração:Frágil (clivagem) Dúctil

FRATURAFRATURA::

separação física em 2 ou mais partes

envolve em Nucleação, Crescimento e Propagação da trinca

classificada em Fratura Dúctil e Fratura Frágil

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Frágil (clivagem)

Dúctil

Plano 45 0 intergranular transgranular

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PROCEDIMENTO DE ENSAIO: PolPolíímerosmeros

» Norma técnica ASTM D 638 ‘‘Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics.’’

» Fixação do CP (construção de dispositivos especiais)

» Comprimento útil

» Deformação

» Leitura de P e ∆L

» Defeitos

» Velocidade de ensaio

» Dados de relatório:

identificação CP

dimensões do CP

direção das fibras

número de CP

velocidade de aplicação da carga

localização da fratura

aspecto da fratura

Determinação de σe e σu

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PolPolíímerosmeros

Podem apresentar comportamentos: FrágilDúctilElástico

CerâmicosCerâmicos

Geralmente apresentam comportamento: Frágil

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Acrílico

Polímeros:

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Curvas Características do Ensaio Convencional para Alguns Materiais:

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ε0

Convencional

U

σReal

FA S

Pr =σTensão Real :

∫ ==ε llo

or l

lln

l

dlDeformação Real :

RelaRelaçções entre Tensões e Deformaões entre Tensões e Deformaçções Reais e Convencionais:ões Reais e Convencionais:

Deformação:l

dd l

r =ε constantel.Sl.S 00 ==

0ldSSdl =+∫∫ −=ε⇒=

ε S

So0 S

dSd

S

dS

l

dl

S

Sln 0

r =ε

1l

l

l

l

00c −=

∆=ε c

01

l

lε+= εr

S

S

l

l= =ln ln0

0)1ln( cr ε+=ε

Tensão: )1ln(S

Sln c

0r ε+==ε

c

01

SS

ε+= )1(

S

P

S

Pc

0r ε+==σ )1( ccr ε+σ=σ

CURVA REAL CURVA REAL (área instantânea)

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Tensão Real e DeformaTensão Real e Deformaçção Real nos Campos Elão Real nos Campos Eláástico e Plstico e Pláástico : stico :

••na região elna região eláástica (0A):stica (0A):

• na região plna região pláástica (AU):stica (AU):

σ εr rE= .

σ εr rnk= .

σ

εr1,0

θ

K

n = tg θ

ε+=σ lognkloglog

Determinação de k

kk = coeficiente de resistênciacoeficiente de resistência : associado ao nível de resistência que o material pode suportar [Pa]

n n = coeficiente de coeficiente de encruamentoencruamento : capacidade com que o material distribui a deformação

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Determinação de n

nrSkP ε= )dSdSn(kdP n

rr1n

r ε+εε= −

S

dSd −=ε )dSdSn(kdP r

nrr

1nr εε−εε= −

nur

1nurn ε=ε −

urn ε=

n = o : material idealmente plástico

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