Ensaios e propriedades Mecânicas em Materiais

FACULDADE SUDOESTE PAULISTA

Ciência e Tecnologia de Materiais

Prof. Ms. Patrícia Corrêa

• Os ensaios mecânicos consistem num conjunto de procedimentos normalizados, que permitem caracterizar o comportamento dos materiais quando solicitados a esforços.

• Determina as propriedades mecânicas dos materiais.

Ensaios Mecânicos

Classificação dos ensaios mecânicos

Tração;

Compressão;

Cisalhamento;

Dobramento/Flexão;

Embutimento;

Torção;

Dureza;

Impacto

• Ensaios destrutivos: são aqueles que deixam algum sinal na peça ou no corpo de prova submetido ao ensaio, mesmo que estes não fiquem inutilizados.

• Tipos de Ensaios Mecânicos - Tensão

Tração

Compressão

Cisalhamento

Torção

Dobramento/Flexão

Embutimento

Impacto

Dureza

Classificação dos ensaios mecânicos

Visual;

Líquido penetrante;

Partículas magnéticas;

Ultra-som;

Radiografia industrial.

• Ensaios não destrutivos: são aqueles que após sua realização não deixam nenhuma marca ou sinal e, por consequência, nunca inutilizam a peça ou corpo de prova.

Líquido penetrante – não magnéticos Partículas Magnéticas

–magnéticos

Ultra-som

Radiografia Industrial

Leitura gráfica de ensaios Tensão x Deformação

Limite de proporcionalidade/elasticidade

Limite de escoamento

Limite de resistência

Propriedades Mecânicas dos Materiais

Propriedades analisadas:

1. Elasticidade/Plasticidade - Deformações

elástica plástica

tens

ão

deformação

• Deformação elástica: é reversível, ou seja, quando a carga é retirada, o material volta às suas dimensões originais;

átomos se movem, mas não ocupam novas posições na rede cristalina;

numa curva de x , a região elástica é a parte linear inicial do gráfico.

• Deformação plástica: é irreversível, ou seja, quando a carga é retirada, o material não recupera suas dimensões originais;

átomos se deslocam para novas posições em relação uns aos outros.

Propriedade elástica • Comportamento x - Deformação Elástica:

Em um teste de tração, se a deformação observada no material for do tipo elástica, então a relação entre a tensão e a deformação é dada pela lei de Hooke: = E. ;

Descarga

Coeficiente angular = E

Carga

tens

ão

deformação

• Observe a deformação na tração:

Célula de carga

Corpo de prova Extensômetro

Detalhe do início da estricção do material

Gráfico de x do material ensaiado

• Aneslaticidade: Para a maioria dos materiais de engenharia, existirá uma componente de deformação elástica que é dependente do tempo;

A deformação elástica continuará após a aplicação da tensão e alívio da carga, passará um intervalo de tempo finito até que o material recupere sua forma original.

Para alguns materiais, a porção inicial da curva tensão vs. deformação não é linear, sendo necessário o uso de outros métodos para a determinação do seu módulo de elasticidade.

Há fatores que influenciam o

coeficiente de deformação elástica?

Sim! Temperatura

• Deformação Plástica:

tensão e deformação não são proporcionais;

a deformação não é reversível;

a deformação ocorre pela quebra e rearranjo das ligações atômicas (em materiais cristalinos, pelo movimento das discordâncias).

fratura

Corp

o de

pro

va p

adrã

o

Deformação elástica

Deformação plástica uniforme

estricção

2. Ductilidade/Fragilidade

Ductilidade: É a capacidade do material, de experimentar deformações inelásticas sem a perda de sua capacidade resistente, atingindo a ruptura após um considerável acúmulo de energia inelástica de deformação. A ductilidade é uma medida da capacidade do elemento estrutural se deformar antes que a ruptura ocorra. Fragilidade: Materiais frágeis se rompem facilmente, ainda em deformação elástica. Não costumam apresentar altos graus de deformação antes da ruptura.

tens

ão

tens

ão

tens

ão

deformação deformação deformação

Etapas da fratura:

formação de uma trinca;

propagação de uma trinca.

Os materiais podem fraturar de 2 modos: dúctil e frágil. A diferença se baseia na quantidade de deformação plástica que o material sofre antes de fraturar.

(a) fratura altamente dúctil: material sofre longa estricção, a partir de uma determinada tensão, até um único ponto no momento da fratura;

(b) fratura moderamente dúctil: material fratura após sofrer alguma deformação plástica;

(a) fratura frágil: material fratura sem que ocorra nenhuma deformação plástica;

Fratura dúctil:

a) início do empescoçamento;

b) formação de pequenas cavidades;

c) coalescimento de cavidades para formar uma trinca;

d) propagação da trinca;

e) Fratura por cisalhamento em um ângulo de 45° com relação à direção da carga aplicada.

Na fratura dúctil a trinca é estável e só aumenta de tamanho se a carga aplicada sobre o material for aumentada.

Fratura frágil:

a) não há deformação plástica apreciável;

b) trincas se propagam rapidamente;

c) trincas se propagam aproximadamente perpendicularmente à direção da carga aplicada;

d) propagação da trinca ocorre comumente por clivagem: quebra de ligações atômicas ao longo de planos cristalográficos específicos;

Na fratura frágil a trinca é instável e se propaga rapidamente mesmo sem aumento da carga aplicada.

3. Tenacidade:

representa a medida da capacidade de um material absorver energia até a sua fratura. Quão maior for a distribuição da energia recebida, maior o tempo até a ruptura.

4. Resiliência:

capacidade de absorver deformação no regime elástico;

te

nsão

deformação

Tensão de fratura

4. Maleabilidade: Materiais que se permitem moldar a temperatura ambiente.

5. Friabilidade: Materiais que não se permitem moldar a temperatura ambiente e se apresentam quebradiços.

6. Dureza Resistência do material a deformação plástica Ensaios por penetração, risco ou choque.

7. Fadiga – cansaço (50 a 90%) Ruptura progressiva de materiais sujeitos a ciclos repetidos de tensão ou

deformação. A fadiga é uma redução gradual da capacidade de carga do

componente, pela ruptura lenta do material.

Ocorre sob solicitações bastante inferiores ao limite de resistência do metal ou

outros materiais, isto é, na região elástica. É consequência de esforços

alternados, que produzem trincas, em geral na superfície, devido à

concentração de tensões.

8. Fluência É o fenômeno de deformação lenta, sob ação de uma carga constante aplicada durante longo período de tempo.

9. Flambagem: Ou encurvadura é um fenômeno que ocorre em peças esbeltas (peças onde a área de secção transversal é pequena em relação ao seu comprimento), quando submetidas a um esforço de compressão axial. A flambagem acontece quando a peça sofre flexão tranversalmente devido à compressão axial. A flambagem é considerada uma instabilidade elástica, assim, a peça pode perder sua estabilidade sem que o material já tenha atingido a sua tensão de escoamento.