6 propriedades mecanicas (1)

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1 6-PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS

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6-PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS

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PROPRIEDADES MECÂNICASPOR QUÊ ESTUDAR? A determinação e/ou conhecimento das

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

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

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Principais propriedades mecânicas Resistência à tração Elasticidade Ductilidade Fluência Fadiga Dureza Tenacidade,....

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

transmiti-las

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TIPOS DE TENSÕES QUE UMA ESTRUTURA ESTA SUJEITA

Tração Compressão Cisalhamento Torção

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Como determinar as propriedades mecânicas? A determinação das propriedades mecânicas é

feita através de ensaios mecânicos. Utiliza-se normalmente corpos de prova

(amostra representativa do material) para o ensaio mecânico, já que por razões técnicas e econômicas não é praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal.

Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis.

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NORMAS TÉCNICASAs normas técnicas mais comuns são

elaboradas pelas:

ASTM (American Society for Testing and Materials)

ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)

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TESTES MAIS COMUNS PARA SE DETERMINAR AS PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS

Resistência à tração (+ comum, determina a elongação)

Resistência à compressão Resistência à torção Resistência ao choque Resistência ao desgaste Resistência à fadiga Dureza Etc...

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RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de tração, paulatinamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimentoNBR-6152 para metais

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ESQUEMA DE MÁQUINA PARA ENSAIO DE TRAÇÃO

PARTES BÁSICAS

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

aplicada e a deformação promovida (extensiômetro)

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RESITÊNCIA À TRAÇÃOTENSÃO () X Deformação ()

= 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 inicial

lf= comprimento final

Força ou cargaÁrea inicial da seção reta transversal

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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: = E

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A deformação pode ser:

Elástica Plástica

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Deformação 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

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

E= / / =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: = E

P A lei de Hooke só é válida até este ponto

Tg = E

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Módulo de Elasticidade para alguns metaisQuanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensãoaplicada 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 207 30

Aço 207 30

Tungstênio 407 59

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Comportamento não-linear Alguns metais

como ferro fundido cinzento, concreto e muitos polímeros apresentam um comportamento não linear na parte elástica da curva tensão x deformação

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Considerações gerais sobre módulo de elasticidade

Como consequência do módulo de elasticidade estar diretamente relacionado com as forças interatômicas:

Os materiais cerâmicos tem alto módulo de elasticidade, enquanto os materiais poliméricos tem baixo

Com o aumento da temperatura o módulo de elasticidade diminui

* Considerando o mesmo material sendo este monocristalino, o módulo de elasticidade depende apenas da orientação cristalina

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O COEFICIENTE DE POISSON PARA ELONGAÇÃO OU COMPRESSÃO

• Qualquer elongação ou compressão de uma estrutura cristalina em uma direção, causada por uma força uniaxial, produz um ajustamento nas dimensões perpendiculares à direção da força

x

z

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O COEFICIENTE DE POISSON PARA TENSÕES DE CISALHAMENTO

• Tensões de cisalhamento produzem deslocamento de um plano de átomos em relação ao plano adjacente

•A deformação elástica de cisalhamento é

dada ( ):

= tg

Módulo de Cisalhamento ou de rigidez

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Forças de compressão, cisalhamento e torção

O comportamento elástico também

é observado quando forças compressivas, tensões de cisalhamento ou de torção são impostas ao material

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O 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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Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação

Tensão de escoamentoTensão de escoamentoy= 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 Não ocorre escoamento

propriamente dito

Escoamento

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Limite de Escoamento

quando 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)

Fonte figura: Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio

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Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação

Resistência à Tração Resistência à Tração (Kgf/mm(Kgf/mm22))

Corresponde à tensão máxima aplicada ao material antes da ruptura

É calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo material pela área de seção reta inicial

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Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação

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

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

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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 tensãoxdeformação

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Ductilidade expressa como alongamento

Como a deformação final é localizada, o valor da elongação só tem significado se indicado o comprimento de medida

Ex: Alongamento: 30% em 50mm

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Ductilidade 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 final área inicial

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Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação

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= esc2/2E

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

esc

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Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação

TenacidadeTenacidade

Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura

tenacidade

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Algumas propriedades mecânicas para alguns metais

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VARIAÇÃO DA PROPRIEDADES MECÂNICAS COM A TEMPERATURA

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TENSÃO E DEFORMAÇÃO REAIS OU VERDADEIRAS• A curva de tensão x

deformação convencional, estudada anteriormente, não apresenta uma informação real das características tensão e deformação porque se baseia somente nas características dimensionais originais do corpo de prova ou amostra e que na verdade são continuamente alteradas durante o ensaio.

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TENSÃO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRAS

TENSÃO REAL (r)

r = F/Ai

onde Ai é a área da seção transversal instantânea (m2)

DEFORMAÇÃO REAL (r)

d r = dl/l

r = ln li/lo

Se não há variação de volume

Ai.li = Ao.lo r = ln Ai/Ao

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RELAÇÕES ENTRE TENSÕES E DEFORMAÇÕES VERDADEIRAS E CONVENCIONAIS

RELAÇÃO ENTRE TENSÃO REAL E CONVENCIONAL

r = (1+ )

RELAÇÃO ENTRE DEFORMAÇÃO REAL E CONVENCIONAL

r = ln (1+ )

Estas equações são válidas para situações até

a formação do pescoço

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TENSÃO CORRETA PARA A REGIÃO ONDE INICIA-SE A FORMAÇÃO DO PESCOÇO

r = kn

K e n são constantes que dependem do material e dependem do tratamento dado ao material, ou seja, se foram tratados termicamente ou encruados

correta

A tensão correta de ruptura é devido a outros componentes de tensões presentes, além da tensão axial

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Outras propriedades mecânicas importantes

Resistência ao impacto Dureza Fluência Fratura Serão vistos posterirormente

Fadiga

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K e n

K= coeficiente de resistência (quantifica o nível de resistência que o material pode suportar)

n= coeficiente de encruamento (representa a capacidade com que o material distribui a deformação)

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Determinação de K e n

Log r =log k+ n log r

Para r= 1 r =k

1

K

Inclinação= n

r

r

extrapolando

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