Tecnologia dos Materiais

Professor: Dímisson Abreu Louzada

E-mail: dimissonal@ifes.edu.br

PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS

PROPRIEDADES MECÂNICAS

POR 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.

Principais propriedades mecânicas

• Resistência à tração• Elasticidade• Ductilidade• Dureza• Tenacidade

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

TIPOS DE TENSÕES QUE UMA ESTRUTURA ESTA SUJEITA

• Tração

• Compressão

• Cisalhamento

• Torção

• Flexão

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.

NORMAS TÉCNICAS

As normas técnicas mais comuns são elaboradas pelas:

• ASTM (American Society for Testing and Materials)

• ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)

TESTES MAIS COMUNS PARA SE DETERMINAR AS PROPRIEDADES

MECÂNICAS DOS METAIS

• Resistência à tração • Resistência à compressão• Resistência à torção• Resistência ao choque • Resistência ao desgaste• Dureza

RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de tração, gradativamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento.

NBR-6152 para metais.

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 (extensômetro)

EQUIPAMENTO PARA ENSAIO DE TRAÇÃO

Extensômetro eletrônico usado para determinação do limite de escoamento

Máquina de Tração

RESITÊNCIA À TRAÇÃOTENSÃO () X Deformação ()

= F/AoKgf/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 milímetros 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

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

Resistência à Tração

Resistência à Tração (Kgf/mmResistência à Tração (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

A deformação pode ser:

•Elástica

•Plástica

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

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

E= 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 resistência 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 = Eα

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

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.

• O módulo de elasticidade dos metais se encontra em um nível intermediário entre os módulos dos materiais cerámicos e dos poliméros.

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

Exercício resolvido 1

= E. = E.L/L0 => L = L0/E

E é obtido de uma tabela ECu = 110 x 103 MPa

Assim: L = 276 MPa x 305 mm/110 x 103 MPa = 0,77 mm

Uma peça de cobre de 305 mm é tracionada com uma tensão de 276 MPa. Se a deformação é totalmente elástica, qual será o alongamento ? Sendo o modulo de elasticidade do cobre igual a 110 GPa.

Exercício resolvido 2

Um cilindro de latão com diâmetro de 10 mm é tracionado ao longo do seu eixo. Qual é a força necessária para causar uma mudança de 2,5 µm no diâmetro, no regime elástico ? E = 97 GPa ν = 0,34

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.

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 figura ao lado)

Ductilidade

A ductilidade é a propriedade física dos materiais de suportar a deformação plástica, sob a ação de cargas, sem se romper ou fraturar.

Ela é caracterizada pelo fluxo do material sob ação de uma tensão cisalhante.

Ductilidade

A ductilidade é a propriedade que apresentam alguns metais e ligas metálicas quando estão sob a ação de uma força, podendo estirar-se sem romper-se, transformando-se num fio.

Os metais que apresentam esta propriedade são denominados dúcteis.

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

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= (e2/2E

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

e

Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação

TenacidadeTenacidade

Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura.

tenacidade

Ensaio Charpy

Dureza

Microdureza Vickers

Microdureza Knoop

Dureza

Dureza

Dureza

FraturaO processo de fratura é normalmente súbito e catastrófico, podendo gerar grandes acidentes.

Envolve duas etapas: formação de trinca e propagação.

Pode assumir dois modos: dúctil e frágil.

Fratura dúctil e frágil• Fratura dúctil

O material deforma-se lentamente antes de fraturar.

O processo desenvolve-se de forma relativamente lenta à medida que a trinca se propaga.

Este tipo de trinca é denominado estável porque ela para de se propagar a menos que haja uma aumento da tensão aplicada no material.

Fratura frágil

O material deforma-se pouco, antes de fraturar.

O processo de propagação da trinca pode ser muito veloz, gerando situações

catastróficas.

A partir de um certo ponto, a trinca é dita instável porque se propagará

mesmo sem aumento da tensão aplicada sobre o material.

Fratura

Exercícios

1) Porque estudar as propriedades dos materiais?

2) Quais as principais propriedades mecânicas?

3) Como se determina as propriedades mecânicas?

4) Quais os tipos de tensões?

5) Qual o conceito de tensão e de deformação?

6) Quais os tipos de deformação? Quais são suas características?

7) O que é resistência a tração?

8) O que é ductilidade?

9) O que é resiliência?

10) O que é tenacidade?

11) Qual a relação do modulo de elasticidade com sua deformação elástica?

12) Quais são os dois tipos de fratura que existem? Explique cada tipo.

13) Em materiais onde a região de escoamento não está definida o que fazer para defini-la?

14) O que é dureza? Quais são os tipos de ensaios de dureza?