Ensaios de Tração

8/17/2019 Ensaios de Tração

1/14

Ensaios para Determinação das Propriedades Mecânicas dos Metais

Na engenharia, seja para o projeto e manufatura de pequenos ou grandes componentes, é fundamental oconhecimento do comportamento do material com que se trabalha, isto é, suas propriedades mecânicas emvárias condições de uso. As condições de uso envolvem temperaturas, tipo de cargas e sua freq!"ncia deaplicaç#o, desgaste, deformabilidade etc...

$ara que o projetista possa prever o comportamento do material em condições de trabalho é imprescind%velque tenha em m#os os parâmetros de comportamento, determinados através de ensaios mecânicos.

&mbora os valores de propriedades de muitos materiais comumente usados na engenharia possam serobtidos de tabelas, é importante que os engenheiros e técnicos tenham conhecimento da metodologia dae'ecuç#o dos ensaios e do significado de cada parâmetro. $ortanto é importante conhecer os fundamentosbásicos relativos a cada ensaio.

(om este objetivo, ser#o descritos nesta seç#o os ensaios mecânicos relevantes para o uso de produtos.

TraçãoCompressãoDurezaImpactoDobramentoEstampabilidade

Tração

Ensaio de Tração

Fundamentos Teóricos

● (omportamento &lástico e $lástico dos )ateriais● $arâmetros de tens#o e deformaç#o

● *eformaç#o e +ens#o de &ngenharia

● mplicações do uso da +ens#o de &ngenharia● +ens#o e *eformaç#o -erdadeiras● elaç#o entre tens#o de engenharia e tens#o verdadeira● elações de parâmetros no regime &lástico/ 0ei de 1oo2e

Comportamento Elástico e Plástico dos Materiais

3uando submetidos a campos de forças e4ou momentos, os metais deformam/se.A intensidade e o tipo de deformaç#o sofrido pelo metal s#o funções da resist"ncia mecânica do metal, daintensidade das forças e momentos aplicados, do caminho da deformaç#o, etc

As deformações resultantes dos campos de força podem ser classificadas em dois tipos

5 deformação elástica 6 é aquela em que removidos os esforços atuando sobre o corpo, ele volta a suaforma original5 deformação plástica 6 é aquela em que removidos os esforços, n#o há recuperaç#o da forma original.

7s dois tipos de deformaç#o podem ser e'plicados pelos movimentos at8micos na estrutura cristalina domaterial.

(ada átomo do cristal vibra em torno de uma posiç#o de equil%brio, caracter%stica do tipo de rede cristalinado metal, sendo seu n9cleo atra%do pelas eletrosferas dos átomos vi:inhos e repelido pelos n9cleos dosmesmos, como se estivessem em um poço de energia. ;ob a aç#o de esforços e'ternos, os átomos tendema se deslocar de sua posiç#o de equil%brio.

http://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6898.htmhttp://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6899.htmhttp://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6900.htmhttp://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6923.htmhttp://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6924.htmhttp://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6925.htmhttp://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6925.htmhttp://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6899.htmhttp://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6900.htmhttp://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6923.htmhttp://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6924.htmhttp://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6898.htm


2/14

A deformaç#o plástica envolve a quebra de um n9mero limitado de ligações at8micas pelo movimento dediscordâncias. *epois de removidos os esforços, continua a e'istir um deslocamento diferenciado de umaparte do corpo em relaç#o a outra, ou seja, o corpo n#o recupera sua forma original. A deformaç#o plásticaé resultante do mecanismo de formaç#o de defeitos cristalinos s propriedades dos materiais noensaio de traç#o, revisamos abai'o alguns princ%pios básicos e definições.

nicialmente vamos admitir um corpo simples, em forma de viga engastada submetida a uma carga detraç#o ?, onde se despre:am os efeitos do peso pr@prio.

;ejam $ e 3 dois pontos marcados sobre a peça antes do carregamento, a uma distância lBCl um dooutro. Ap@s o carregamento os pontos estar#o nas posições $f e 3 f, significando que o segmento originalaumentou de um valor "l .A deformaç#o de engenharia é definida como

A deformaç#o de engenharia é, portanto uma grande:a adimensional e representa um valor médioespec%fico da deformaç#o tomado sobre a e'tens#o do segmento observado. D usual também representar ovalor EeF como percentual.

A tens#o correspondente ao carregamento ? pode ser obtida pela simples aplicaç#o do principio doequil%brio, utili:ando o corte de uma porç#o da viga, como ilustrado abai'o.


3/14

A força ? representa o esforço necessário para manter o equil%brio do sistema. Admitindo que a seç#otransversal no estado n#o deformado tenha área #$, e que a força se distribui uniformemente em todos ospontos da seç#o transversal, a tens#o de engenharia pode ser e'pressa como

A tens#o é e'pressa portanto em unidades de press#o


4/14

7ndee+ é a deformaç#o até atingir o comprimento l+ e, é a deformaç#o até atingir o comprimento l, a partir do comprimento l+ et é a deformaç#o total sem considerar as etapas de carregamento

?ica claro que et n#o é a soma das deformações e+ e e,. &nt#o pode/se di:er que a deformaç#o deengenharia n#o é uma grande:a aditiva.

*eve/se observar que quando se usam os parâmetros de cálculo da tens#o de engenharia , os &alores detensão obtidos ficam menores do -ue os &alores reais.

Tensão e Deformação .erdadeiras

A deformaç#o real ou verdadeira no processo de carregamento pode ser estabelecida imaginando/se umaseq!"ncia de etapas de carregamento onde o corpo alonga/se de um valor Cl. +omados intervalos Cli muitopequenos, ou seja, aumentando indefinidamente o n9mero de etapas i, a deformaç#o pode ser definida

como onde l é o comprimento instantâneo do corpo tracionado.7u ,na forma diferencial

3ue integrada resulta em

Ao valor K acima dá/se o nome de deformaç#o verdadeiraNeste caso, se o carregamento é feito em etapas. $or analogia ao caso da deformaç#o de engenharia, as

deformações ser#o

(om isto v"/se que a deformaç#o verdadeira é uma grande:a aditiva.

;imilarmente, define/se a tens#o verdadeira como

;e o valor de L é tomado constante, sobre uma determinada seç#o transversal, isto é, se a força éuniformemente distribu%da sobre a área da seç#o, tem/se

7nde # / o &alor instantâneo da área da seção trans&ersal.

De&e0se ter em mente -ue o &alor da tensão &erdadeira / um &alor instantâneo de tensão1portanto independente das dimens%es oriinais do corpo carreado2

3elação entre Tensão de Enen!aria e Tensão .erdadeira

7 valor instantâneo da tens#o real para uma carga ?, com área instantânea da seç#o transversal A, foidefinido em


5/14

que substitu%do na e'press#o da tens#o


6/14

Abai'o, alguns e'emplos de alguns metais policristalinos e suas propriedades

# Cur&a Tensão0 Deformação no Ensaio de Tração

# Cur&a Tensão Deformação

A curva tens#o/deformaç#o é uma descriç#o gráfica do comportamento de deformaç#o de um material sobcarga de traç#o unia'ial. A curva é obtida no chamado ensaio de traç#o.7 ensaio consiste em carregar um corpo de prova, submetendo/o a uma carga de traç#o que aumentagradativamente. 7s valores de carga e deslocamento s#o medidos continuamente ao longo do ensaio etraçada a curva de comportamento. As máquinas e equipamentos convencionais utili:ados no ensaio detraç#o podem ser combinadas com equipamentos au'iliares que geram a curva de comportamento,tomando os valores de engenharia tanto para a tens#o como para a deformaç#o.

$ode/se di:er que para materiais metálicos e'istem dois formatos t%picos de curvas as curvas para osmetais d9cteis e as curvas para os metais frágeis.&m termos genéricos pode/se di:er que

Um material d7ctil é aquele que pode ser alongado, fle'ionado ou torcido, sem se romper. &le admite

deformaç#o plástica permanente, ap@s a deformaç#o elástica. A deformaç#o plástica em geral éacompanhada de encruamento, que será e'plicado adiante. Na curva tens#o deformaç#o destes materiais,a regi#o plástica é identificável 7 ponto de escoamento determina a transiç#o entre as fases elástica eplástica


7/14

&m a8 v"/se um material d9ctil t%pico,como um aço de bai'o carbono reco:ido. &ntre os materiais d9cteise'istem aqueles que n#o mostram claramente o patamar de escoamento, como em b8. As figuras c8 e d8mostram poss%veis curvas de comportamento para materiais frágeis. No caso c= aparece umcomportamento n#o linear em bai'os n%veis de tens#o, que é caracter%stica dos ferros fundidos. Vá em d= ocomportamento é elástico e linear até pr@'imo da ruptura,caracter%stica de materiais cerâmicos e ligasfundidas de elevada dure:a.7W;&-AXY7 a classificaç#o de materiais d9cteis e frágeis n#o é r%gida, pois um material pode mudarsuas caracter%sticas de comportamento, por influ"ncia de vários fatores como por e'emplo, a temperaturade trabalho. Altas temperaturas tendem a promover o comportamento d9ctil. Wai'as temperaturas tendema promover o comportamento frágil. &nt#o um material de comportamento frágil em temperatura ambientepoderá se tornar d9ctil em altas temperaturas, ou um material d9ctil se tornar frágil em bai'astemperaturas.

7s parâmetros de comportamento do material do corpo de prova s#o as tensões e deformações t%picas decada fase do teste de traç#o, como especificado a seguir. As tensões obtidas no teste de traç#o s#o dadosimportantes tanto para o projeto de componentes e estruturas que trabalhar#o na fase elástica como paraos que trabalhar#o na fase plástica.

9 Ensaio de Tração

&m termos gerais o teste de traç#o tem uma s@ conduta de procedimentos. Wasicamente um corpo deprova é submetido a uma carga de traç#o crescente até atingir a ruptura. As medições feitas ao longo doteste é que diferem, de acordo com o tipo de comportamento do material. Assim, para materiais frágeis, osparâmetros da :ona elástica e a tens#o de ruptura s#o identificados no teste. $ara os materiais d9cteis, énecessário identificar outros parâmetros, como as tensões durante a fase n#o linear de deformações , as

tensões durante o escoamento e a tens#o má'ima antes da ruptura.

*evido > sua simplicidade e ao grande n9mero de informações que pode ser obtido do ensaiode traç#o unia'ial dos metais, este ensaio é amplamente utili:ado e e'istem muitas normastécnicas que o regulamentam. 7 traçado da curva é feito pelo registro das deformações nadireç#o da tens#o, para cada valor da tens#o no processo de carregamento. 7btém/se assim acurva tens#o ' deformaç#o.*ividiu/se a descriç#o do teste de traç#o, de acordo com o comportamento do material em

Ensaio de Tração de Materiais D7cteis

7 traçado da curva é feito pelo registro das deformações na direç#o da tens#o, para cada valorda tens#o no processo de carregamento. 7btém/se assim a curva tens#o ' deformaç#o,conforme esquemati:ado abai'o.


8/14

0embrando que a tens#o de engenharia é obtida dividindo/se a força aplicada pela seç#o transversal iniciale a deformaç#o de engenharia é a ra:#o entre o alongamento sofrido pelo corpo e o seu comprimentoinicial, a curva tens#o ' deformaç#o de engenharia tem o mesmo formato que a curva carga ' alongamento


9/14

d= 4imite de escoamento con&encional :4C8; +ens#o para que ocorra certa deformaç#o facilmentemensurável


10/14

4imite de 3uptura A tens#o limite de resist"ncia 0 ,definida como o ponto de má'imo da curva tens#o/deformaç#o, paracaracteri:ar as propriedades de resist"ncia mecânica. 7 ponto de ruptura coincide com o má'imo dacurva tens#o/deformaç#o, portanto a tens#o de limite de resist"ncia coincide com a tens#o de ruptura,diferentemente do comportamento dos materiais d9cteis.

Encruamento

7 fen8meno do encruamento acontece para materiais solicitados além do limite elástico. -er osfundamentos em +rabalho a ?rio.

7s tempos de rela'aç#o para os metais e suas ligas em temperatura ambiente, em geral s#o t#o longos,que o equil%brio raramente é atingido e é por isto que apresentam a caracter%stica de endurecerem/se pordeformaç#o o encruamento. Assim, para prosseguir o processo de deformaç#o plástica, o n%vel de tens#odeve ser cada ve: maior, até ser atingido o limite de resist"ncia


11/14

;e ele for proveniente de uma chapa, placa ou perfil, em geral terá seç#o transversal retangular.;e for proveniente de um corpo de seç#o circular ou irregular, ou ainda de dimensões muito grandes, eleterá seç#o circular.No caso de peças produ:idas por fundiç#o, o corpo de prova é obtido fundindo/se um tarugo cont%guo >peça, que é posteriormente usinado.&m produtos conformados mecanicamente as propriedades mecânicas variam conforme a direç#o temperatura ambienteNW;7IQSJ HH4JJ

)ateriais metálicos / (alibraç#o de máquinas de ensaio estático unia'ial / $arte H )áquinas de ensaio detraç#o4compress#o / (alibraç#o do sistema de mediç#o da forçaNWN)/;7M\/H 4J[

)ateriais metálicos / (alibraç#o de e'tens8metros usados em ensaios unia'iaisNWH[[Q 4J

)ateriais metálicos / (alibraç#o de instrumentos de mediç#o de força utili:ados na calibraç#o demáquinas de ensaios unia'iais NWIIM[ )WH[QQ M4HSSS

$rodutos planos de aço / *eterminaç#o das propriedades mecânicas > traç#oNWIIM )WQ\I M4HSQH

$rodutos tubulares de aço / *eterminaç#o das propriedades mecânicas > traç#oNWM[ )WMI M4HSQJ

http://www.abntdigital.com.br/http://www.abntdigital.com.br/


12/14

Warras de aço destinadas a armaduras para concreto armado com emenda mecânica ou por solda /*eterminaç#o da resist"ncia > traç#o NWQ\[Q )WHQ[ Q4HSQ[

Alum%nio e suas ligas / &nsaio de traç#o dos produtos d9cteis e fundidosNWM\[S )WHMH[ HJ4JH

Medição de #lonamento e 3edução da >rea na Fratura

Medição da Deformação Total 0 alonamento

7 alongamento do corpo de prova pode ser medido em qualquer etapa do ensaio de traç#o. &ntretanto ocomprimento final 0f, no momento da ruptura, é necessário para o cálculo da deformaç#o total.

A deformaç#o total é a soma das deformaçõesdeformaç#o elástica esquerda e direita da seç#o de ruptura.

?ase de estricç#o

?ratura

Medição da redução de >rea

A estricç#o ocorre depois de atingida a carga má'ima. A estricç#o é a reduç#o da seç#o transversal docorpo na regi#o onde ocorrerá a ruptura. A deformaç#o é maior nesta regi#o enfraquecida. A estricç#o éusada como medida da ductilidade, como já e'plicado, ou seja, quanto maior a estricç#o, mais d9ctil é omaterial. 7 fen8meno da estricç#o é ilustrado na figura abai'o, para ($ de seç#o transversal circular.


13/14

As medidas de estricç#o podem ser tomadas tanto para corpos de seç#o circular como corpos de seç#oretangular. As medidas e os valores s#o mostrados nas figuras abai'o.

D importante ressaltar que a estricç#o n#o pode ser considerada uma propriedade espec%fica do material,mas somente uma caracter%stica do seu comportamento.sto se justifica porque o estado de tensões depende da forma da seç#o transversal, por sua ve:, afratura depende n#o s@ do estado de tensões e deformações mas de como se desenvolveu. &nt#o adeformaç#o ap@s a carga má'ima n#o é sempre a mesma.

Apesar do seu caráter mais qualitativo, a estricç#o é mencionada e usualmente especificada paradiversos materiais.

Má-uinas de Ensaio ?ni&ersais

As máquinas de teste mais comuns para os ensaios de resist"ncia s#o máquinas universais , que s#ocapa:es de reali:ar testes de traç#o, compress#o e fle'#o.

A funç#o básica destas máquinas é criar um diagrama de carga ' deslocamento.Uma ve: gerado o diagrama, pode/se calcular a tens#o de escoamento manualmente com recursogeométrico de lápis e régua, ou via um algoritmo computacional acoplado. Neste caso, s#o tambémcalculados o m@dulo de &lasticidade &, a tens#o limite de ruptura e o alongamento total.

3uanto ao tipo de operaç#o, as máquinas de ensaio podem ser eletromecânicas ou hidráulicas. A diferençaentre elas é a forma como a carga é aplicada. &m qualquer caso a refer"ncia é para máquinas decarregamento estático ou quase/estático.

Má-uinas Eletromecânicas

+em seu funcionamento baseado em motor elétrico de velocidade variável, um sistema de engrenagens de

reduç#o e um ou vários parafusos que movimentam o cabeçote na direç#o vertical. &stes movimentos paracima e para bai'o permitem e'ecutar testes de traç#o e compress#o respectivamente. Asvelocidades do cabeçote podem ser alteradas pela velocidade do motor. Um servo/sistema pode seradaptado para controlar mais precisamente a velocidade do cabeçote.


14/14

Má-uinas 5idráulicas

)áquinas hidráulicas para testes s#o baseadas no movimento de um pist#o de atuaç#o simples ou dual,que aciona o cabeçote para cima e para bai'o. &ntretanto, na maioria das máquinas para teste estáticoe'iste um pist#o de aç#o simples. Numa máquina de operaç#o manual, o operador ajusta o orif%cio deuma válvula de agulha com compensaç#o de press#o para controlar a ta'a de alimentaç#o. Num servosistema hidráulico de ciclo fechado , a válvula de agulha é substitu%da por uma servo/válvula operadaeletronicamente para um controle preciso.

&m geral as máquinas eletro/mecânicas permitem uma gama maior de velocidades e maioresdeslocamentos do cabeçote, por outro lado as máquinas hidráulicas permitem gerar maiores forças decarregamento.

9utras Informaç%es sobre o Ensaio de Tração

9 sistema de medição @ eAtensBmetros

(omo já citado anteriormente, o ensaio de traç#o consiste em aplicar uma força de traç#o coincidente como ei'o do corpo de prova, medindo/se simultaneamente, durante o ensaio, a força aplicada e a deformaç#oque o material sofre sob aç#o da carga.A força aplicada é medida por um dinam8metro calibrado que, dependendo do tipo da máquina de ensaio,pode ser baseado nos mais diferentes princ%pios.

A mediç#o da deformaç#o é feita pela determinaç#o do deslocamento relativo entre dois pontos derefer"ncia, previamente marcados, na seç#o 9til do corpo de prova. A medida deste deslocamento pode serfeita por um processo mecânico, onde a leitura é tomada a cada incremento de carga da máquina deensaio, ou ent#o de uma forma eletroeletr8nica, que permite o traçado da curva força/deslocamento emsincronia com a e'ecuç#o do ensaio, através de um plotter acoplado > máquina de ensaio. 7 comprimentopadr#o, definido pela distância que separa os dois pontos de refer"ncia, é uma caracter%stica doe'tens8metro usado. &ste tipo de e'tens8metro é denominado de e'tens8metro a'ial, capa: de medir adeformaç#o ao longo do ei'o longitudinal do corpo de prova.

&'istem vários tipos de e'tens8metros para diferentes aplicações de teste, assim como diferentes sistemas

de fi'aç#o. 7s mais comuns s#o os e'tens8metros mecânicos, que permitem a mediç#o pelo simplesafastamento entre suas pontas ou facas. &m algumas aplicações s#o usados e'tens8metros elétricos oueletr8nicos, que funcionam por variaç#o da tens#o elétrica, provocada pela deformaç#o do corpo de prova.)ais recentemente foram também introdu:idos os e'tens8metros a laser, cuja principal vantagem é a n#oe'ist"ncia de contato f%sico com o corpo de prova, eliminando algumas poss%veis fontes de erro em relaç#oaos e'tens8metros convencionais.ndependentemente da escolha do sistema de mediç#o e da adequaç#o dos procedimentos de teste deacordo com as recomendações da norma, vários cuidados devem ser tomados para a reali:aç#o de umteste de traç#o bem sucedido.

Ensaios de Tração

Documents

Transcript of Ensaios de Tração