Aula 5 Propriedades Mecânicas Dos Metais

7/23/2019 Aula 5 Propriedades Mecânicas Dos Metais

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PROPRIEDADES MECÂNICAS

1. INTRODUÇÃO

O Comportamento mecânico de um materialreflete a relação entre sua resposta oudeformação a uma carga ou força aplicada.

Principais Propriedades mecânicas (projeto):

Rigidez,

resistência,dureza,ductilidade e

tenacidade

Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade

do material de resistir às forças mecânicas e/ou detransmiti-las

1. INTRODUÇÃO

As propriedades mecânicas são verificadasatravés dos ensaios (destrutivos e nãodestrutivos);

Variáveis dos ensaios:

Carga aplicada

Duração da carga aplicadaCondições ambientais

Técnicas padronizadas: Sociedade Americana

para Ensaios de Materiais (ASTM)

Propriedades Mecânicas de Metais

Como os metais são materiais estruturais, oconhecimento de suas propriedades mecânicas éfundamental para sua aplicação.

Um grande número de propriedades pode serderivado de um único tipo de experimento, o testede tração.

• Neste tipo de teste um material é tracionado e sedeforma até fraturar. Mede-se o valor da força e doelongamento a cada instante, e gera-se uma curvatensão-deformação.

2. TENSÃO E DEFORMAÇÃO

- ENSAIO: Aplicação uniforme de uma carga sobre uma seçãotransversal.

- A carga pode ser aplicada: tração, compressão e cisalhamento (ou torção):

a) Carga de tração produzindoalongamento e umadeformação linear positiva.

b) Carga de compressãoproduzindo contração e umadeformação linear negativa.

2. TENSÃO E DEFORMAÇÃO

c) Deformação cisalhante (gamma), em que = tan θ (theta); c) Deformação cisalhante (gamma), em que = tan θ (theta);d) Deformação torcional (com ângulo de torção ) produzido pela aplicação de umtorque T)

2.1 ENSAIO DE TRAÇÃO

- Uma amostra é deformada, até sua fratura, por uma carga detração que é aumentada gradativamente e é aplicadauniaxialmente ao longo do eixo de um corpo de provas.

8Dispositivo usado para a condução de ensaios tensão-deformação sob tração.

1) O corpo de provas é alongadopelo travessão móvel;

2) Uma célula de carga e umextensômetro medem,respectivamente, a magnitude

da carga aplicada e oalongamento.

3) Gráfico tensão e deformação

- O parâmetro TENSÃO, σ (sigma) é calculado através darelação:

- O parâmetro DEFORMAÇÃO, ε (epsilon) é calculado através darelação:

2.2 ENSAIO DE COMPRESSÃO

-É semelhante ao ensaio de tração;

2.3 ENSAIO DECISALHAMENTO E TORCÃO

-Para os ensaios realizados sob uma força cisalhante pura, a tensãocisalhante (tau) é calculada de acordo com:

3. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

- A tensão e a deformação são proporcionais entre si:

E (GPa ou psi) éo módulo de elasti cidade

oumódulo de Young

Lei de Hooke!

- O processo de deformação em que aTENSÃO

é proporcional aDEFORMAÇÃO é chamado de DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

3. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

- GRÁFICO DEFORMAÇÃO ELÁSTICA (deformação não permanente):

- O módulo deelasticidade pode serconsiderado como rigidez,ou uma resistência domaterial à deformaçãoelástica.

- Independente do tempo;

Maior E = mais rígidomaterial, logo menosdeformação

4. ANELASTICIDADE

- Depende do tempo – isto é, a deformação elástica irá

permanecer após aplicação da tensão por um tempo finito.

- Para os metais aanelasticidade é

desprezível!

- Importante para materiaispoliméricos – denominadaVISCOELÁSTICO.

4. DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

A) ESCOAMENTO: É o nível de tensão no qual tem início adeformação plástica!!

- É IMPORTANTE para um engenheiro pois se umaestrutura sofrer deformação plástica, pode não ser capazde funcionar como programado!

Ponto de Escoamento ou Limite de Proporcionalidade (P):

ponto onde ocorre o afastamento inicial da linearidade na

curva tensão-deformação.

-Difícil de ser medida

B) LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (LRT)

- Após o escoamento, a tensão necessária para continuar adeformação plástica nos metais aumenta até um valor máximo(PONTO M), e então diminui até a fratura do material (PONTO F).

LRT (MPa ou psi)– É o ponto M

ponto que corresponde à tensão máxima suportada poruma estrutura sob tração!

C) DUCTILIDADE

- É uma medida do grau de deformação plástica que foisuportado até a fratura

A ductilidade é expressa como um

alongamento percentual (%AL):

D) RESILIÊNCIA

- É a capacidade de um material de absorver energia quando eleé deformado ELASTICAMENTE e, depois, com a remoção dacarga, permitir a recuperação dessa energia.

E) TENACIDADE

- Tenacidade à fratura é uma propriedade indicativa daresistência de um material à fratura quando uma trinca (defeito)está presente;

-Mede a resistência ao choque

-Ensaio Charpy

-Ela é a área sob a curva σ – ε.

5. ENSAIO DE DUREZA

- É a medida da resistência de um material a uma deformaçãoplástica localizada (um risco);

- Escala Mohs (arbitrária): 1 – talco até 10 - diamante

- Ensaio simples e barato;

- Não destrutivo

- Outras propriedade mecânicas podem ser estimadas a partir

dos dados de dureza (ex. LRT)

5 ENSAIO DE DUREZA

5. ENSAIO DE DUREZA

ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL

- Menos utilizado

- Penetradores de aço e diamante são usados.

- Mais utilizado!! Norma ASTM

ENSAIO DE DUREZA BRINELL

- Penetradores de aço e diamante são usados, mas comdiâmetros diferentes do ensaio Rockwell.

FALHA OU RUPTURANOS METAIS

Fratura

Fadiga

FRATURA

Consiste na separação do material em 2 ou

mais partes devido à aplicação de umacarga estática à temperaturasrelativamente baixas em relação ao pontode fusão do material.

FRATURA

Dúctil a deformação plástica continua até

uma redução na área.

Frágil não ocorre deformação plástica,requerendo menos energia que a fratura dúctil que

consome energia para o movimento de

discordâncias e imperfeições no material.

FRATURA

Fraturas dúcteis

Fratura frágil

Mecanismo da fratura dúctil

a- formação do pescoçob- formação de cavidades

c- coalescimento dascavidades para promoveruma trinca ou fissura

d- formação e propagação

da trinca em um ângulode 45 graus em relaçãoà tensão aplicada

e- rompimento do materialpor propagação da trinca

FADIGA

É a forma de falha ou ruptura que ocorre

nas estruturas sujeitas à forças dinâmicas

e cíclicas - caso do avião

Nessas situações o material rompe com

tensões muito inferiores à correspondenteà resistência à tração (determinada para

cargas estáticas)

EXERCÍCIO

Qual o corpo de provas abaixo é mais dúctil?

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