ENSAIOS MECÂNICOSENSAIOS MECÂNICOS

Profa. Daniella MulinariProfa. Daniella Mulinari

Bibliografia Recomendada

PROPRIEDADES MECANICA DOS MATERIAISPROPRIEDADES MECANICA DOS MATERIAIS

Souza, S. A. (1982) Ensaios mecânicos de materiais metálicos – Fundamentos teóricos e práticos. 5 ed. Editora Edgar Blucher LTDA. Leite, P. G. P. (2000) Ensaios não-destrutivos. Ed. Guanabara. Dieter, G. E. (1981) Metalurgia mecânica. Segunda Edição. Editora Guanabara Koogan S.A..

PROPRIEDADES MECANICA DOS PROPRIEDADES MECANICA DOS MATERIAISMATERIAIS

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POR QUÊ ESTUDAR?POR QUÊ ESTUDAR?

Para determinação e/ou conhecimento das Para determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas.propriedades mecânicas.

Isto é muito importante para a escolha do material Isto é muito importante para a escolha do material para uma determinada aplicação, bem como para o para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e fabricação do componente.projeto e fabricação do componente.

PROPRIEDADES MECANICA DOS PROPRIEDADES MECANICA DOS MATERIAISMATERIAIS

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As As propriedades mecânicaspropriedades mecânicas definem o definem o comportamento do comportamento do materialmaterial quando sujeitos à quando sujeitos à esforços mecânicosesforços mecânicos, pois estas estão , pois estas estão relacionadas à capacidade do material de relacionadas à capacidade do material de resistir resistir ou transmitirou transmitir estes esforços aplicados sem romper estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável.e sem se deformar de forma incontrolável.

PROPRIEDADES MECANICA DOS PROPRIEDADES MECANICA DOS MATERIAISMATERIAIS

Alguns fatores importantes a considerarAlguns fatores importantes a considerar

Propriedades do materialPropriedades do material Considerações de forma, dimensões e pesoConsiderações de forma, dimensões e peso Custo do material (disponibilidade)Custo do material (disponibilidade) Facilidade de fabricaçãoFacilidade de fabricação Escala de produçãoEscala de produção DurabilidadeDurabilidade Viabilidade de reciclagemViabilidade de reciclagem

PROPRIEDADES MECANICA DOS PROPRIEDADES MECANICA DOS MATERIAISMATERIAIS

Causas de falhas em geralCausas de falhas em geral Seleção incorreta de materiais 38% Defeitos de fabricação 15% Tratamento térmico incorreto 15% Falha de projeto 11% Condições imprevistas de operação 8% Controle inadequado condições de trab. 6% Probabilidade de inspeção 3% Troca equivocada de materiais 2%

PROPRIEDADES MECANICA DOS PROPRIEDADES MECANICA DOS MATERIAISMATERIAIS

Causas de falhas em plantas industriaisCausas de falhas em plantas industriais CorrosãoCorrosão FadigaFadiga Fratura frágilFratura frágil SobrecargaSobrecarga Corrosão em alta temperaturaCorrosão em alta temperatura Corrosão sob tensãoCorrosão sob tensão FluênciaFluência DesgasteDesgaste

PROPRIEDADES MECANICA DOS PROPRIEDADES MECANICA DOS MATERIAISMATERIAIS

Algumas considerações sobre a necessidade de Algumas considerações sobre a necessidade de materiais modernosmateriais modernos

Materiais que apresentem:Materiais que apresentem:

- Alto desempenhoAlto desempenho- Baixo peso e alta resistênciaBaixo peso e alta resistência- Resistência à altas temperaturasResistência à altas temperaturas- Desenvolvimento de materiais que sejam menos danosos Desenvolvimento de materiais que sejam menos danosos

ao meio ambiente e mais fáceis de serem reciclados ou ao meio ambiente e mais fáceis de serem reciclados ou regeneradosregenerados

PROPRIEDADES MECANICA DOS PROPRIEDADES MECANICA DOS MATERIAISMATERIAIS

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DEFINIÇÃO DOS ENSAIOS MECÂNICOSDEFINIÇÃO DOS ENSAIOS MECÂNICOS

Os Os ensaios mecânicosensaios mecânicos dos materiais são dos materiais são procedimentos procedimentos padronizadospadronizados que compreendem que compreendem testes, testes, cálculos, gráficos e consultas a tabelascálculos, gráficos e consultas a tabelas, tudo isso em , tudo isso em conformidade com normas técnicas.conformidade com normas técnicas.

Realizar um ensaio Realizar um ensaio consisteconsiste em submeter um objeto já em submeter um objeto já fabricado ou um material que vai ser processado fabricado ou um material que vai ser processado industrialmente a industrialmente a situações que simulamsituações que simulam os esforços os esforços que eles vão sofrer nas condições reais de uso, que eles vão sofrer nas condições reais de uso, chegando a chegando a limites extremoslimites extremos de solicitação. de solicitação.

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DEFINIÇÃO DOS ENSAIOS MECÂNICOS

Os Os ensaiosensaios podem ser realizados em podem ser realizados em protótiposprotótipos, , no próprio no próprio produto finalproduto final ou em ou em corpos de provacorpos de prova

e, para serem confiáveis, devem seguir as e, para serem confiáveis, devem seguir as normas técnicas estabelecidas.normas técnicas estabelecidas.

ENSAIOS EM PROTÓTIPOS ENSAIOS EM PROTÓTIPOS

Os Os ensaios de protótipos são muito importantesensaios de protótipos são muito importantes, pois , pois permitem avaliar se o produto testado apresenta permitem avaliar se o produto testado apresenta características adequadas à sua função.características adequadas à sua função.

Os resultados obtidos Os resultados obtidos nesses testes não podem ser nesses testes não podem ser generalizadosgeneralizados, mas podem servir de base para outros , mas podem servir de base para outros objetos que sejam semelhantes ou diferentes.objetos que sejam semelhantes ou diferentes.

CLASSIFICAÇÃO DOS ENSAIOS MECÂNICOSCLASSIFICAÇÃO DOS ENSAIOS MECÂNICOS

A classificação dos ensaios mecânicos em A classificação dos ensaios mecânicos em materiais basicamente é dividida em dois grupos.materiais basicamente é dividida em dois grupos.

a)a) Ensaios destrutivos.Ensaios destrutivos.

b) Ensaios não destrutivos.b) Ensaios não destrutivos.

São aqueles que deixam algum sinal ou marca na São aqueles que deixam algum sinal ou marca na peça ensaiada ou no corpo de prova submetido peça ensaiada ou no corpo de prova submetido ao ensaio.ao ensaio.

Neste tipo de ensaio os corpos podem ou não Neste tipo de ensaio os corpos podem ou não ficarem inutilizados.ficarem inutilizados.

ENSAIOS DESTRUTIVOS

TIPOS DE ENSAIOS DESTRUTIVOS

TraçãoTração CompressãoCompressão CisalhamentoCisalhamento DobramentoDobramento FlexãoFlexão EmbutimentoEmbutimento TorçãoTorção DurezaDureza FluênciaFluência FadigaFadiga ImpactoImpacto

Tração Impacto

Dureza Dobramento

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Classificação dos ensaios mecânicosClassificação dos ensaios mecânicos

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PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICASPRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS

Resistência à tração Elasticidade: Propriedade do material segundo a qual a deformação

que ocorre em função da aplicação de tensão desaparece quando a tensão é retirada.

Plasticidade: Capacidade de o material sofrer deformação permanente sem se romper.

Resiliência: Capacidade de absorção de energia no regime elástico. Tenacidade: Reflete a energia total necessária para provocar a

fratura do material.

Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-lasmaterial de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las

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A determinação das propriedades mecânicaspropriedades mecânicas é feita através de ensaios mecânicosensaios mecânicos.

Utiliza-se normalmente corpos de provacorpos de prova (amostra representativa do material) para o ensaio ensaio mecânicomecânico, já que por razões técnicas e técnicas e econômicaseconômicas não é praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal.

COMO DETERMINAR AS PROPRIEDADES MECÂNICAS?COMO DETERMINAR AS PROPRIEDADES MECÂNICAS?

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NORMAS TÉCNICASNORMAS TÉCNICAS

As normas técnicas mais comuns são elaboradas As normas técnicas mais comuns são elaboradas pelas:pelas:

ASTM (American Society for Testing and Materials)ASTM (American Society for Testing and Materials)

ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)

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Resistência à tração (+ comum, determina a elongação)Resistência à tração (+ comum, determina a elongação) Resistência à compressãoResistência à compressão Resistência à torçãoResistência à torção Resistência ao choque Resistência ao choque Resistência ao desgasteResistência ao desgaste Resistência à fadigaResistência à fadiga DurezaDureza Etc...Etc...

Testes mais comuns para se determinar as propriedades Testes mais comuns para se determinar as propriedades mecânicas dos metaismecânicas dos metais

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ENSAIO DE TRAÇÃOENSAIO DE TRAÇÃO

Consiste na aplicação de carga de tração uniaxial

crescente em um cdp até a ruptura. Mede-se a variação

do comprimento (l) como função da carga (P).

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RESISTÊNCIA À TRAÇÃORESISTÊNCIA À TRAÇÃO

Equipamento de ensaio:

600kN2000kN

1) ENSAIO DE TRAÇÃO1) ENSAIO DE TRAÇÃO

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Esquema de máquina para ensaio de traçãoEsquema de máquina para ensaio de tração

PARTES BÁSICASPARTES BÁSICAS

Sistema de aplicação de cargaSistema de aplicação de carga dispositivo para prender o corpo de provadispositivo para prender o corpo de prova Sensores que permitam medir a tensão aplicada e a Sensores que permitam medir a tensão aplicada e a

deformação promovida (extensiômetro)deformação promovida (extensiômetro)

Corpo de Prova - FixaçãoAs cabeças são as regiões extremas, que servem para fixar o corpo de prova à máquina de modo que a força de tração atuante seja axial.Devem ter seção maior do que a parte útil para que a ruptura do corpo de prova não ocorra nelas. Formas de fixação dependem do tipo de garra da máquina.

Cunha Rosca

Os tipos de fixação mais comuns são:Os tipos de fixação mais comuns são:

Equipamento de ensaio:

Extensômetro:Extensômetro:

- Determina a variação de comprimento entre dois pontos do CDP

A0

corpo de provaantes do ensaio

estricção

corpo de provaapós ensaio

Lf

σ= F/A (N/mm2)

1) ENSAIO DE TRAÇÃO1) ENSAIO DE TRAÇÃO

L0

σ

σ

AA FACILIDADEFACILIDADE de de execução e aexecução e a REPRODUTIBILIDADEREPRODUTIBILIDADE dos resultados tornam o dos resultados tornam o ensaio de tração um dos ensaio de tração um dos mais importante ensaios mais importante ensaios realizados em materiais.realizados em materiais.

ENSAIO DE TRAÇÃOENSAIO DE TRAÇÃO

• O ensaio de tração é de grande importância na O ensaio de tração é de grande importância na determinação de propriedades básicas dos determinação de propriedades básicas dos materiaismateriais

• Neste ensaio utiliza-se uma máquina universal de Neste ensaio utiliza-se uma máquina universal de ensaio que permite realizar:ensaio que permite realizar:

• ensaios de tração; compressão; flexão; ensaios de tração; compressão; flexão; dobramento; cisalhamento.dobramento; cisalhamento.

ENSAIO ESTÁTICO DE TRAÇÃOENSAIO ESTÁTICO DE TRAÇÃO

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RESISTÊNCIA À TRAÇÃORESISTÊNCIA À TRAÇÃO

TENSÃO (TENSÃO (σσ) X Deformação () X Deformação ())

σ = F/Ao Kgf/cm2 ou Kgf/mm2 ou N/ mm2

Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a deformação (variação dimensional).

A deformação pode ser expressa:•O número de milímetrosa de deformação por milímetros de comprimento• O comprimento deformado como uma percentagem do comprimento original

Deformação())= lf-lo/lo= l/lo

lo= comprimento iniciallf= comprimento final

Força ou cargaÁrea inicial da seção reta transversal

1. Inicial 2. Carga pequena 3. Descarga

Elástico significa reversivell!

F

Linear- elástico

F

ligações alongam

Voltam ao inicial

Deformação elásticaDeformação elástica

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Módulo de elasticidade ou Módulo de YoungMódulo de elasticidade ou Módulo de Young

E= σσ/ / =Kgf/mm=Kgf/mm22

• É o quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica resultante. •Está relacionado com a rigidez do material ou à resist. à deformação elástica•Está relacionado diretamente com as forças das ligações interatômicas Lei de Hooke: σσ = E

P A lei de Hooke só é válida até este ponto

Tg = E

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MÓDULO DE ELASTICIDADE PARA ALGUNS METAISMÓDULO DE ELASTICIDADE PARA ALGUNS METAIS

Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou menor é a Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão.sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão.

MÓDULO DE ELASTICIDADE [E]

GPa 106 Psi Magnésio 45 6.5

AlumÍnio 69 10

Latão 97 14

Titânio 107 15.5

Cobre 110 16

Níquel 204 30

Aço 207 30

Tungstênio 407 59

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Considerações gerais sobre módulo de Considerações gerais sobre módulo de elasticidade elasticidade

Como consequência, o módulo de elasticidade esta diretamente relacionado com as forças interatômicas:

Os materiais cerâmicos tem alto módulo de elasticidade quando comparado aos materiais poliméricos;

Com o aumento da temperatura o módulo de elasticidade diminui.

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Comportamento dos metais quando submetidos à tração

Resistência à tração

Dentro de certos limites,a deformação é proporcional

à tensão (a lei de Hooke é obedecida)

Lei de Hooke: σσ = E

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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA E PLÁSTICADEFORMAÇÃO ELÁSTICA E PLÁSTICA

DEFORMAÇÃO ELÁSTICA Prescede à deformação

plástica É reversível Desaparece quando a tensão é

removida É praticamente proporcional à

tensão aplicada (obedece a lei de Hooke)

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade

É irreversível porque é resultado do deslocamento permanente dos átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida

Elástica Plástica

1. Inicial 2. Carga pequena 3. descarga

Plastico significa permanente!

planos ainda deformados

F

elastico + plastico

ligações alongam & planos deslizam

plastico

F

linear elastico

linear elastico

plastico

Deformação plásticaDeformação plástica

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O FENÔMENO DE ESCOAMENTOO FENÔMENO DE ESCOAMENTO

Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns metais de natureza dúctil, como aços baixo teor de carbono.

Caracteriza-se por um grande alongamento sem acréscimo de carga.

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Tensão de escoamentoTensão de escoamento

Não ocorre escoamento propriamente dito

Escoamentoσy= tensão de escoamento (corresponde a tensão máxima relacionada com o fenômeno de escoamento)

• De acordo com a curva “a”, onde não observa-se nitidamente o fenômeno de escoamento

•Alguns aços e outros materiais exibem o comportamento da curva “b”, ou seja, o limite de escoamento é bem definido (o material escoa- deforma-se plasticamente-sem praticamente aumento da tensão). Neste caso, geralmente a tensão de escoamento corresponde à tensão máxima verificada durante a fase de escoamento

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LIMITE DE ESCOAMENTOQuando não observa-se nitidamente o fenômeno de escoamento, a tensão de escoamento corresponde à tensão necessária para promover uma deformação permanente de 0,2% ou outro valor especificado (obtido pelo método gráfico indicado na fig. Ao lado)

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LIMITE DE ESCOAMENTOLIMITE DE ESCOAMENTO

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Outras informações que podem ser obtidas das curvas Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensão x deformaçãotensão x deformação

Corresponde à tensão que promove a ruptura do material

O limite de ruptura é geralmente inferior ao limite de resistência em virtude de que a área da seção reta para um material dúctil reduz-se antes da ruptura

Tensão de Ruptura (Kgf/mmTensão de Ruptura (Kgf/mm22))

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Corresponde ao alongamento total do material devido à deformação plástica

%alongamento=

(lf-lo/lo)x100

onde lo e lf correspondem ao comprimento inicial e final (após a ruptura), respectivamente

Ductilidade em termos de alongamentoDuctilidade em termos de alongamento

ductilidade

Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensão x Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensão x deformaçãodeformação

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DUCTILIDADE EXPRESSA COMO ESTRICÇÃODUCTILIDADE EXPRESSA COMO ESTRICÇÃO

Corresponde à redução na área da seção reta do corpo, imediatamente antes da ruptura

Os materiais dúcteis sofrem grande redução na área da seção reta antes da ruptura

Estricção= área inicial-área finalárea inicial

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Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensão x deformação

Resiliência Resiliência Corresponde à capacidade do

material de absorver energia quando este é deformado elasticamente

A propriedade associada é dada pelo módulo de resiliência (Ur)

Ur= σesc2/2E

Materiais resilientes são aqueles

que têm alto limite de elasticidade e baixo módulo de elasticidade (como os materiais utilizados para molas)

σesc

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tenacidade

TenacidadeTenacidadeCorresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura

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VARIAÇÃO DA PROPRIEDADES MECÂNICAS COM A TEMPERATURA

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