Propriedades Mecânicas

RELAO ENTRE

ESTRUTURAS E

PROPRIEDADES

Luce Helena Kochem

Nathlia Muniz

SUMRIO

Relevncia 15/05

Objetivo 15/05

Propriedades Mecnicas 15/05 e 22/05

Propriedades pticas 22/05

Propriedades Eltricas 29/05

Propriedades Magnticas 29/05

Propriedades Trmicas e degradao dos Materiais 05/06

Prova 12/06

N

RELEVNCIA

Requisitos do

mercado e

da empresa

aplicabilidade

processos de fabricao

tecnologias

existentes

recursos

existentes

Propriedades

dos materiais

design

ciclo de vida

do produto

Cincia dos

Materiais

Engenharia

Desenvolvimento de Produto Fonte: Rozenfeld et. Al. 2006

L

OBJETIVO

ESTRUTURA PROPRIEDADES

PROCESSO DE FABRICAO

CINCIA DOS MATERIAIS

FUNDIO LAMINAO

EXTRUSO

METALURGIA DO P

PRENSAGEM

COLAGEM

MECNICAS

FSICAS

QUMICAS

ESTRUTURA

ATMICA

CRISTALINA

MICROESTRUTURA

MACROESTRUTURA

As propriedades dos materiais so adquiridas modificando-se as estruturas dos

materiais atravs dos diferentes processos de fabricao.

Os materiais apresentam aplicabilidade limitada devido seu comportamento frente

as propriedades de interesse.

L

Propriedades Mecnicas PROPRIEDADES MECNICAS: comportamento do material quando sujeito esforos

mecnicos: capacidade de resistir a estes esforos sem romper e sem se deformar de

forma incontrolvel.

Estabelecidas por Ensaios

carga aplicada

Diagrama x

N

Propriedades Mecnicas

forma de aplicao varivel com o tempo

tempo de aplicao - curto

- longo

condies do meio - constante com o tempo

- temperatura

- umidade

Fadiga

mecnica

Impacto

Fluncia

Fluncia

Fadiga trmica

Fadiga esttica

N

Ensaios trao

compresso toro

cisalhamento

N

Diagrama tenso x deformao

Elstica Plstica E

N


Tenso

= F/A

= DL/LO

Deformao

Trs etapas: Elstica, Plstica e Ruptura

Deformao

reversvel

Deformao

irreversvel

ruptura

mxima

escoamento

Str

es

s

Strain N

Mdulo de Elasticidade ou Mdulo de Young

Anelasticidade: Para a maioria dos materiais de engenharia, existir uma

componente de deformao elstica que dependente do tempo; A deformao

elstica continuar aps a aplicao da tenso e aps o alvio da carga, passar

um intervalo de tempo finito at que o material recupere sua forma original. Ex.:

materiais visco-elsticos.

Fatores que modificam a

propriedade: mdulo de

elasticidade:

Ligao Atmica

Estrutura cristalina

Microestrutura

Temperatura

N/m 1MPa = 1N/mm

L

Resilincia

Corresponde capacidade do material em absorver energia quando este deformado elasticamente

A propriedade associada dada pelo mdulo de resilincia (Ur)

Ur= y2/2E

Materiais resilientes so aqueles que tm alto limite de elasticidade e baixo mdulo de elasticidade (como os materiais utilizados para molas)

Limite de elasticidade mxima tenso que o material suporta

sem sofrer deformao permanente

L

Tenacidade

Corresponde capacidade do material de absorver energia at sua ruptura.

Corresponde tenso mxima aplicada ao material antes da ruptura (muitas vezes superior tenso de ruptura)

Clculo: divide-se a carga mxima suportada pelo material pela rea de seo reta inicial

= F/Ao

Resistncia mxima

L

Ductilidade

o grau de deformao plstica suportado at a fratura do material;

Pode ser medida pelo alongamento percentual ou pela reduo de rea percentual.

N

Ductilidade

tenso

deformao

1 2

Qual o mais ductil?

Resposta: 1

N

Regio Elstica

Deformao elstica:

reversvel;

tomos se movem, mas no ocupam novas posies na rede cristalina;

Em um teste de trao, a relao entre a tenso e a deformao dada pela lei de Hook: = E.;

A deformao proporcional a fora aplicada, e a constante de proporcionalidade E o mdulo de Young, ou mdulo de elasticidade, e tem as mesmas unidades de

, N/m2.

N

Regio Plstica

Deformao

Plstica:

Tenso e deformao no so proporcionais;

A deformao no reversvel;

a deformao ocorre pela quebra e rearranjo

das ligaes atmicas

(em materiais cristalinos,

pelo movimento das

discordncias).

L

Tenso de Escoamento

O escoamento indica

o incio da

deformao plstica

do material

Capacidade de um material resistir deformao plstica

O ponto de escoamento (P),

tambm chamado limite de

proporcionalidade

corresponde posio na

curva onde a condio de

linearidade termina, ou seja,

onde a lei de Hook deixa de

valer.

N

Tenso de Ruptura

Corresponde tenso que provoca a

ruptura do material

O limite de ruptura geralmente inferior

ao limite de resistncia em virtude de que

a rea da seo reta para um material

dctil reduz-se antes da ruptura

Te

ns

o (

MP

a)

Deformao

Tenso de

ruptura

L


Metal

x

x

x

Polmero

Cermico

Elastmero

x

A

B

C

D

Polmeros, metais, elastmeros, cermicos

Teste-se

L

Mdulo de Elasticidade Fatores que influenciam: Ligao atmica

Comportamento:

- Similar entre metais e cermicos.

- Diferenciada para polmeros.

Quais so os 4 fatores?

N

Mdulo de Elasticidade

Fatores que influenciam: Ligao atmica

xidos de metais e ametais.

Carbono + ligante

L


Fatores que influenciam: Estrutura Cristalina

Cristais Inicos

Mx Mn Aleatrio

MgO CFC 341 249 315

NaCl CFC 33 44 37 (GPa)

Estrutura cristalina do NaCl e planos mais

susceptveis a deslocamentos.

Materiais metlicos

Mx Mn Aleatrio

Al CFC 75 60 70

Au CFC 110 40 80

CoHC 195 70 110

FeCCC 280 125 205

WCCC 345 345 345 (GPa)

N


Fatores que influenciam: Estrutura Cristalina

A deformao plstica ocorre, principalmente, devido ao deslizamento de planos

cristalinos. Esse deslocamento favorecido pela presena de discordncias.

Propriedade: ANISOTROPIA variao da propriedade (E) com a direo.

Ex: Fe ccc

E[111] = 272,2 GPa -> deforma menos (maior empacotamento)

E[100] = 125 Gpa -> deforma mais.

N/L


Fatores que influenciam: Estrutura Cristalina -> Estrutura Fsico -

Qumica (Morfologia)

polmeros

L

Mdulo de Elasticidade Fatores que influenciam: Microestrutura

POROSIDADE

Figura mostrando o comportamento acentuado da

diminuio da rigidez em relao a porosidade para

materiais cermicos, metlicos e polimricos.

E=E0(1-1,9P+0,9P2)

P = porosidade

E0 = E do mat. s/ porosidade

E = E do mat. Com porosidade P L


Fatores que influenciam: Microestrutura

ISO TROPIA

ANISO TROPIA

Dependendo do gro (sua

orientao, forma,...) o

valor do mdulo de

elasticidade varia.

menor tamanho de gro, mais

descontinuidades para travar o

movimento de discordncias.

direo igual

desigual

N


Fatores que influenciam: Temperatura

Cermicos Metais

Devido ao aumento da temperatura, h um aumento da vibrao das Ligaes

Qumicas, e seu enfraquecimento, de forma a diminuir o E. N



A ou B tem maior

temperatura?

A, j que tem o

menor E (suporta

uma tenso

menor)

Resposta:

N



Polmeros

Temperatura de processamento.

Tipo de polmero: termofixos, termoplsticos.

Histria trmica.

Modelo de Maxwell:

Ao aplicar-se uma tenso no sistema ocorre uma parcela de deformao

instantnea elstica (1) e outra deformao retardada plstica (2) que

acompanha a aplicao da tenso. Cessada a tenso haver uma recuperao

parcial elstica (3) e ficar mantida a deformao plstica (4).

L

PAUSA DE 15 MIN.

Quais os fatores que influenciam na deformao plstica de metais e

cermicos?

Estrutura Cristalina

Temperatura

Pureza N


N

compsitos

Mdulo de Cisalhamento

a razo entre a tenso de cisalhamento aplicada ao corpo e a sua

deformao especfica.

N

Coeficiente de Poisson

Sempre que se aumenta elasticamente um

material em uma dimenso ele se reduz nas

demais.

A varivel que indica esse percentual de

variao se chama coeficiente de Poisson

Desta forma a deformao elstica sempre

maior no sentido da fora que nas direes

perpendiculares

O coeficiente de Poisson mede a deformao transversal de um material.

N

Coeficiente de Poisson

Relao do mdulo de elasticidade e do mdulo de cisalhamento atravs do

coeficiente de Poisson.

Esse valor est em geral entre 0,25 e 0,35 para os metais.

=

N

Deformao Plstica em Metais e

Cermicos at a ruptura Parmetro: Resistncia Mecnica.

Fatores:

1. Estrutura Cristalina

2. Temperatura

3. Pureza

Plstica L

RUPTURA O processo de fratura normalmente sbito e catastrfico, podendo gerar

grandes acidentes

Envolve duas etapas: formao de trinca e propagao Pode assumir dois modos: dctil e frgil

(a) Uma fratura altamente dctil na qual a amostra tem seu pescoo final reduzido a um ponto.

(b) Fratura moderadamente dctil apos a formao de algum pescoo.

(c) Fratura frgil sem nenhuma deformao plstica.

L

RUPTURA

L

1 - Deslizamento de planos at a ruptura

Solicitaes de

trao e

compresso

podem ser

decompostas

em tenses de

cisalhamento

puras

Cristais

apresentam

menor

resistncia ao

cisalhamento

que trao e

compresso,

logo esta a

solicitao

responsvel

pela deformao

destes materiais

1- Estrutura Cristalina

N


Deslizamento em monocristal

PLANO DE DESLIZAMENTO

DIREO DE DESLIZAMENTO

SISTEMA DE

DESLIZAMENTO

O nmero de sistemas (plano +

direo) atravs dos quais pode

ocorrer o deslizamento varia

com a estrutura cristalina


N

Menor densidade

planar, menor

NC:

- Ligao entre

os tomos mais

intensa

- Maior

resistncia

Maior densidade

planar, maior

NC:

- Ligao entre

os tomos

menos intensa

- Maior

ductilidade


N


Deslizamento em monocristal


N

1- Estrutura Cristalina Tenso cisalhante = tenso necessria para mover uma discordncia no

plano e na direo de escorregamento.

Conforme aumenta o movimento das discordncias, diminui a resistncia mecnica.

L

2 - Mecanismo de deslizamento associado a discordncias

Nos metais deformados plasticamente cerca de 5% da energia retida internamente, o restante dissipado na forma de calor.

A maior parte desta energia armazenada est associada com as tenses associadas s discordncias

Presena de discordncias promove uma distoro da rede cristalina: algumas regies ficam compridas e outras tracionadas.

Campos de deformao em torno (a) de uma discordncia em cunha (b) de uma discordncia em hlice


L

2 - Mecanismo de deslizamento associado a discordncias

Resumo:

- Deformao plstica em metais ocorre pelo

movimento de discordncias;

- Regio onde encontra-se a discordncia deixa a

rede comprimida

- Regio abaixo da discordncia a rede fica

tracionada

- Tenso de cisalhamento aplicada:

* planos interatmicos so deslocados

at quebrar

* forma-se um novo plano atmico no

cristal

Em cunha (aresta)

Em hlice (espiral)


N

2 Defeito: Maclagem

Segundo mecanismo de deformao plstica em METAIS Maclas tambm contribuem na deformao plstica Deformao em materiais CFC, como o cobre, comum ocorrer por maclao. Produo de maclas: uma fora cisalhante age ao longo do contorno de gro,

causando a transformao dos tomos para novas posies (baixas temperaturas)

Uma parte da rede atmica deforma-se originando a sua transformao a imagem,

num espelho plano, da parte no deformada da rede que lhe fica adjacente.

PLANO DE MACLA: plano cristalogrfico

que separa as regies deformada e no

deformada da rede.

DIREO DE MACLAGEM: direo

especfica em que ocorre a maclagem


N

Comparao Deslizamentos e Maclagem

tomos se movem em distncias proporcionais s respectivas distncias ao plano de macla

Contorno de maclas interfere no escorregamento e RM


2 Defeito: Maclagem

N

2- Temperatura

1 Efeito da resistncia mecnica

L

2- Temperatura

2 Efeito tenso de cisalhamento x temperatura para diferentes estruturas cristalinas.

Faixa maior de tenso a que est

suscetvel o material variando a

temperatura

Faixa reduzida

de tenses

L

3- Pureza

1 Efeito das impurezas na resistncia mecnica

Pureza (%) Tenso cisalhante

(MPa)

99,90% 90,1

99,99% 13,1

Exemplo: Metal Titnio

Por qu as impurezas aumentam a resistncia mecnica??

Resposta: Pois impedem o movimento das discordncias.

L

Deformao Plstica em Cermicos

Cermicos cristalinos (alta T)

INICO COVALENTE

Cermicos amorfos

Dificuldade de deslocamento

em cermicos com carter

inico (repulso).

Plano no NaCl onde os ons esto

alinhados (pode ocorrer deslizamento).

- necessidade de

cinco sistemas de

deslizamento

Ex. Al2O3 disponvel

em 1550C

estrutura atmica no regular

deformam-se como um fluxo viscoso semelhante aos lquidos

Representao de um fluxo viscoso de um

lquido ou fluido vtreo em razo de uma fora

aplicada.

N

Deformao Plstica em Cermicos

N

Deformao Plstica em Polmeros

A deformao plstica ocorre por deslizamento das cadeias moleculares umas

sobre as outras, quebrando e refazendo as foras de ligao secundrias apolares.

A) Frgil B) Plstico (Cristalino ou Semicristalino C) Altamente elstico L

Deformao Plstica em Polmeros Termoplstico:

Comportamento elstico:

Dois mecanismo: Estiramento e distoro das ligaes covalentes das cadeias;

Se a recuperao das distores ocorrer somente aps um longo perodo de tempo

-o comportamento viscoelstico contribui para o comportamento elstico no linear.

Comportamento plstico:

Tenso aplicada > Tenso escoamento;

A deformao plstica nos polmeros no causada por deslocamento de

planos, mas pela rotao, desentrelaamento e deslizamento de cadeias, umas

sobre as outras, o que sob tenso causa uma deformao permanente; L


Em f do movimento

molecular:

Em T < Tg:

A cristalinidade tem pouco efeito sobre Er(t)

Em T > Tg:

Er(t) polmero amorfo decai mais

acentuadamente

Er(t) polmero S-C permanece alto at

prximo a Tf

Polmero reticulado Er(t) torna-se cte j que as

reticulaes no so

termicamente lbeis

(A)semi-cristalino

(B)Reticulado

(C)amorfo

L


INFLUNCIA DA

TEMPERATURA:

Curvas de tenso x

deformao do

polimetacrilato de metila,

obtidas em ensaio de trao

realizados a vrias

temperaturas . A transio

dctil/frgil ocorre prximo a

104F.

L


L

Regio Plstica de Metais e Cermicos

Como evitar o efeito de deslizamento?

1. Solubilizao de um segundo

elemento na rede

2. Precipitao de uma segunda fase

3. Contorno de gro

4. Deformao plstica (excesso de

discordncias)

Endurecimento

por partculas de

segunda fase

Encruamento

Endurecimento

por refino de gro

N

1 - Solubilizao de um segundo elemento na rede

movimentao de discordncias dificultada

segundo elemento a barreira para tal movimento

maior a quantidade, maior o efeito

quanto maior a diferena de tamanho de tomos, mais acentuado o

efeito

Quando um tomo de uma impureza esta presente,

o movimento da discordncia fica restringido, ou

seja, deve-se fornecer energia adicional para que

continue havendo escorregamento.

solues slidas de metais so sempre

mais resistentes que metais puros de

seus constituintes


N


Presena de um ELEMENTO INTERSTICIAL

reduz a mobilidade de movimento de discordncias

aumenta a resistncia mecnica

Discordncia: regies comprimidas regies tracionadas

Elemento intersticial compensa a regio tracionada, aumentando a resistncia mecnica

Para deformar o material com o segundo elemento necessita-se de maior energia


N


Presena de um ELEMENTO SUBSTITUCIONAL

reduz a mobilidade de movimento de discordncias

aumenta a resistncia mecnica

Discordncia: regies comprimidas regies tracionadas

Elemento substitucional maior compensa a regio tracionada, aumentando a resistncia mecnica;

Elemento substitucional menor compensa a regio comprimida, aumentando a resistncia mecnica;

Para deformar o material com o segundo elemento necessita-se de maior energia.

Macroscopicamente aumenta-se a resistncia mecnica e a dureza


N

2 Precipitao de uma segunda fase

Movimentao de discordncias dificultada Segunda fase a barreira para tal movimento Maior a quantidade, maior o efeito Comportamento similar a presena de um segundo elemento na rede


N

2 Precipitao de uma segunda fase

Aumenta a RM Diminui a RM


N

3 Endurecimento por refino de Gro

Quanto menor o tamanho de gro, mais travamento para o movimento das

discordncias, pois as direes de escorregamento variam de gro para gro.

Aumenta a resistncia mecnica.


EQUAO DE HALL PETCH

y= o + k . d-1/2 k - constante do material

y - resistncia ao escoamento

o - resistncia inicial

d - dimetro mdio do contorno de gro

y

o

d-1/2

K

grosseiro fino

Em T < 1/3 a Tf

N

4 Deformao Plstica por Encruamento

ENCRUAMENTO OU ENDURECIMENTO PELA DEFORMAO FRIO


L

QUANTIFICAO DA DEFORMAO PLSTICA

% CW = [(Ao - Af)/Ao]*100

%CW = % de trabalho a frio

Ao = rea inicial

Af = rea final



L

durante a movimentao de discordncias, ocorre a multiplicao das discordncias a existncia de muitas discordncias impede o movimento de outras (encruamento) pode-se ter tantas discordncias que nenhuma se move e o material rompe



Exemplo: trefilao

L

Encruamento

aumenta a

resistncia

mecnica

Encruamento

aumenta o

limite de

escoamento

Encruamento

diminui a

ductilidade

Percentagem de deformao a frio

em funo da tenso de ruptura e

extenso at a fratura do Cu.

Percentagem de deformao a frio em

funo da tenso de ruptura e extenso

at fratura da liga 40%Cu 30%Zn.



L

ESTGIOS:

A) Recuperao:

Alvio das tenses internas devido ao movimento das discordncias travadas ativadas por difuso.

B) Recristalizao (Recozimento):

Atinge-se a temperatura em que h diminuio da dureza (temperatura de recristalizao).

As propriedades voltam ao estado original.

Rearranjo dos tomos em gros menos deformados.

C) Crescimento dos gros

Tratamento trmico

L

Tratamento trmico

L

O crescimento dos gros maiores ocorre em detrimento dos menores.

Existe uma maior densidade de movimento dos tomos internos aos gros maiores do

que a que ocorre nos gros menores, de tal forma que a presso interna aos gros

maiores maior do que a dos menores, gerando assim uma tenso superficial sobre as

arestas dos gros menores. Os gros maiores tendero a incorporar os gros menores,

dependendo da taxa de difuso dos tomos ao redor dos gros.

Deformao quente: quando a deformao ou trabalho mecnico

realizado acima da temperatura de recristalizao do material

Deformao frio: quando a deformao ou trabalho mecnico

realizado abaixo da temperatura de recristalizao do material

Tratamento trmico

VANTAGENS:

Permite o emprego de menor esforo mecnico para a mesma deformao (necessita-se ento

de mquinas de menor capacidade se comparado com o trabalho a frio).

Promove o refinamento da estrutura do material, melhorando a tenacidade

Elimina porosidades

Deforma profundamente devido a recristalizao

DESVANTAGENS:

Exige ferramental de boa resistncia ao calor, o que implica em custo

O material sofre maior oxidao, formando casca de xidos

No permite a obteno de dimenses dentro de tolerncias estreitas

DEFORMAO QUENTE

L

VANTAGENS:

Aumenta a dureza e a resistncia dos materiais.

Produz melhor acabamento superficial.

DESVANTAGENS:

A ductilidade diminui

Permite a obteno de dimenses dentro de tolerncias estreitas.

DEFORMAO FRIO

Tratamento trmico

L

RUPTURA

N

RUPTURA

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

Este tipo de trinca denominado estvel por que ela para de se propagar a menos que haja um

aumento da tenso aplicada no material

FRATURA DCTIL TRANSGRANULAR

Materiais Metlicos

FRATURA DCTIL INTERGRANULAR

Microestrutura de um

ao inoxidvel: corroso

no contorno de gro

provocando a fratura

intergranular pelo

excesso da temperatura

no tratamento trmico

em ao inoxidvel 316L.

Fissurao interna na zona

de estrico de um corpo

policristalino de cobre de

elevada pureza.

N

RUPTURA

FRATURA FRGIL

Materiais Metlicos

O material se deforma pouco, antes de fraturar

O processo de propagao de trinca pode ser mito veloz,

gerando situaes catastrficas

A partir de um certo ponto, a trinca dita instvel porque se

propagar mesmo sem aumento

da tenso aplicada sobre o

material

N

DUREZA

Metais: dureza medida pela resistncia a penetrao por algum metal

duro.

Resistncia ao risco.

Valor da propriedade varia com o mtodo empregado

Dureza dos metais:

Brinell Vickers Rocwell Microdureza de Knoop

Dureza dos cermicos:

Vickers Knoop

mede-se profundidade e largura da identao

mede-se microfissuras no material

N

DUREZA

N

DUREZA Microestrutura de ferro dctil de um corpo-de-prova retirado de um compressor.

Na microstrutura salienta-se as marcas do identador de diamante devido a

medio de microdureza Knoop. (100X)

Dureza Knoop aproximada de alguns

cermicos

Material Dureza aproximada em Knoop

Diamante 7000

B4C 2800

SiC 2500

WT 2100

Al2O3 2100

Quartzo (SiO2) 800

Vidro 550

N

FADIGA x FLUNCIA ENSAIO CCLICO

CARREGAMENTO/DESCARREGAMENTO

Inicia na superfcie do material DEFORMAO A ALTA TEMPERATURA

Inicia quando atinge-se uma determinada

temperatura em que os tomos difundem.

Temperatura equicoesiva (T.EQ.) = a 1/3 da Tf (K)

Difuso! No,

fuso!

Exemplo de difuso

atmica:

substitucional e

intersticial

T. EQ.

quente

frio

Mecanismo da deformao ocorre pela difuso.

Os tomos se movimentam nos contornos de gro.

Mecanismo da deformao ocorre pelo movimento das discordncias.

As discordncias so travadas pelos contornos de gro.

Tamanho

de gro

Tamanho

de gro

Resist.

Mecnica

Resist.

Mecnica

Qual a diferena entre

difuso e solubilidade?

MECNICA EM METAIS E CERMICOS

L

FLUNCIA

Material submetido a uma carga ou tenso constante pode sofrer uma deformao plstica

ao longo do tempo, em temperatura elevada.

ENSAIO PARA DETERMINAO DA RESISTNCIA FLUENCIA

Variao do

comprimento do

corpo-de-prova ao

longo do tempo, em

funo do tempo.

I - Alongamento inicial instantneo do corpo-de-prova

taxa de fluncia diminui ao longo do tempo

II - Declive da curva de fluncia a taxa de fluncia, que

constante nesta fase

III - Velocidade de fluncia aumenta rapidamente com o

tempo at a ruptura


L

FLUNCIA

DEFORMAO A BAIXAS TEMPERATURAS:

Metais de granulao fina so mais duros, e portanto mais resistentes do que os de granulometria grosseira

DEFORMAO A ALTAS TEMPERATURAS:

Acima de temperaturas em que os tomos iniciam o movimento, o contorno de gro uma ponte de fraqueza para o material.


Na figura: diversos gros so solicitados por uma carga trativa vertical

trao numa direo

contrao na outra

contornos verticais so aglomerados

contornos horizontais h um aumento no seu espaamento

ocorre a difuso dos tomos dos contornos verticais para os horizontais e o efeito global a deformao do metal.


N

FLUNCIA


Na figura: gros menores

maior rea de contorno

fluncia mais rpida: existem mais alapes para os tomos ao longo dos contornos

horizontais e mais fontes de tomos de contornos verticais em materiais de

granulometria fina as distncias de difuso so

bem menores

este mecanismo no ocorre a baixas temperaturas, pois o

movimento dos tomos so desprezveis

temperatura onde ocorre esses efeitos do tamanho de

gro funo do tempo, da resistncia e de impurezas


N

FLUNCIA MECNICA EM POLMEROS

Material submetido a uma carga ou tenso constante pode sofrer uma deformao

viscoelstica ao longo do tempo.

Diferentemente dos metais e cermicos, um valor constante durante o ensaio praticamente

difcil de se manter devido ao comportamento viscoelstico do material.

Muitos polmeros mesmo a temperatura ambiente apresentam o fenmeno do escoamento.

Exemplo: bolhas, barrigas de pneus

L

tenses

contrrias

tenses

aleatrias

tenses

repetidas

FADIGA

O processo de fadiga normalmente dividido

em trs fases :

3. Fratura rpida

2. Propagao da trinca

1. Nucleao da trinca

Deformao a que o material est suscetvel quando submetido a tenses dinmicas e

flutuantes (variam com o tempo)

A falha geralmente ocorre aps ciclos de tenses repetidos em tenses inferiores a

tenses estticas suportveis

A falha por fadiga do tipo frgil, com pouca deformao plstica

L

FADIGA

ENSAIO PARA DETERMINAO DA RESISTNCIA FADIGA

Mais comum ensaio de flexo rotativa amostra sujeita a trao e compresso sucessivamente de igual intensidade

N

FADIGA FATORES QUE AFETAM A RESISTNCIA FADIGA

1. Concentrao de tenso: a resistncia fadiga reduzida por concentradores de tenso

como: entalhes; irregularidades; poros. Portanto, quanto mais lisa (menos rugosa) for a

superfcie da amostra maior a resistncia fadiga

como a fratura inicia-se na superfcie do material, qualquer alterao na superfcie do

material afeta a resistncia fadiga

2. Ambiente: o ataque ou interaes de natureza qumico acelera a velocidade com que a trinca

de fadiga se propaga: UMIDADE para cermicos

Superfcie de um corpo cermico, salientando-se defeitos. Fratura por fadiga de um eixo

rotativo de ao. Os sulcos de

marcas de praia sao visiveis na fotografia.

N

FADIGA

MECNICA EM POLMEROS

Os termorrgidos apresentam Fratura Frgil e os termoplsticos apresentam Fratura Frgil e Dctil

A fratura frgil favorecida pela diminuio da temperatura, aumento da velocidade de deformao e modificao da estrutura do polmero;

Polmeros termoplsticos vtreos que apresentam estrutura frgil, so quebradios e com aumento de temperatura passam a apresentar fratura dctil prximo a sua Tg.

PMMA (Tg = 105C) A 4C: quebradio e apresenta fratura frgil A 60C: Apresenta fratura dctil, h escoamento plstico antes da fratura.

Limite de fadiga inferior ao de metais e tambm mais sensveis freqncia. Altas frequncias ou altas tenses podem amolecer o polmero por aquecimento.

RUPTURA

L

FADIGA

MECNICA EM CERMICOS

Devido s ligaes inicas e covalentes h a ausncia de plasticidade durante o carregamento cclico

a fratura em cermicos por fadiga rara e ocorre pela propagao

por trincas.

Aplicando-se tenses compresso-compresso em corpos-de-prova

entalhados de alumina policristalina, pode-se observar o crescimento

estvel de trincas por fadiga.

observou-se a propagao de microtrincas no contorno de gro que

levaram a ruptura final

O que se quer obter cermicos mais tenazes para suportar tenses cclicas

por exemplo em aplicaes de prteses.

L

FADIGA MECNICA EM METAIS

Macroscopicamente duas regies distintas podem ser observadas na superfcie

de fratura:

A primeira de aparncia lisa, onde esto contidas as fases de nucleao e

propagao, tem um aspecto de fratura do tipo frgil, sem sinais de

deformao plstica.

Apesar da deformao plstica no ocorrer a nvel macroscpio ela pode ser

observada microscopicamente com a formao de estrias.

Liga de Alumnio fundido

Falha por fadiga

L

FADIGA

TRMICA ESTTICA

= a E DT

Afetada pelo ambiente

Induzida em T elevadas por tenses trmicas flutuantes

Corpo slido aquecido e resfriado

Tenses trmicas: expanso ou contrao restringida

rompimento do material sob um estado de tenses constante, durante um certo tempo em ambientes midos.

ocorre em cermicos

Visualizao de um mecanismo alternativo para explicar a

influncia da umidade no crescimento subcrtico de trincas.

N

o coeficiente de expanso trmica. E, mdulo de elasticidade e T variao da T

IMPACTO

A ductilidade dos materiais funo da temperatura e da presena de impurezas.

Materiais dcteis se tornam frgeis a temperaturas mais baixas.

ENSAIO PARA DETERMINAO DA ENERGIA DE IMPACTO

Charpy

Izod

Corpo-de-prova

Um martelo cai como um pndulo e bate na amostra que fratura.

A energia necessria para fraturar (ENERGIA DE IMPACTO) obtida

diretamente da diferena entre a

altura final e altura inicial do

martelo

Influenciado: entalhe

temperatura de

transio N

IMPACTO TEMPERATURA DE TRANSIO

Temperatura caracterstica onde ocorre a transio dctil-frgil dos materiais

Baixas temperaturas

trinca se propaga mais velozmente que os mecanismos de deformao plstica

pouca energia absorvida

Temperaturas elevadas

fratura precedida de uma

deformao que consome energia

Temperatura de transio varia

com a taxa de carregamento

CFC permanecem dteis mesmo em temperaturas extremamente baixas. Ligas CCC e

HC experimentam esta transio N

IMPACTO INFLUNCIA DA MICROESTRUTURA

Causa: aumento

da temperatura

transio numa

junta de solda

devido ao

CRESCIMENTO

DE GRO

Gros grossos

Gros finos

N

IMPACTO INFLUNCIA DA ESTRUTURA CRISTALINA

Teste de impacto Charpy em V, mostrando a

capacidade de absoro de energia de

diferentes planos em uma mesma estrutura

CCC do ao carbono, e em uma estrutura CFC

no ao inoxidvel.

Efeito da temperatura na energia absorvida por

diferentes tipos de materiais durante o impacto.

N

IMPACTO

Para os polmeros amorfos ou semicristalinos a resistncia ao impacto e a

conseqente falha frgil/dctil, depender da temperatura de solicitao em que

o polmero est sendo testado.

L

Revisando

Fatores que alteram o mdulo de elasticidade:

Ligao Qumica

Estrutura Cristalina

Microestrutura (porosidade)

Temperatura

Materiais com altos valores de E, como os ___________, deformam-se

minimamente; contudo podem suportar altas tenses de impacto.

Os ___________ suportam altas tenses e conseguem resistir a fadiga sem

deformar-se plasticamente por uma grande faixa de tenses aplicadas.

Materiais com baixos valores de E, como os ___________ tm alta

deformao, e suportam baixas tenses, de forma que seu comportamento

viscoelstico amortecem tenses de impacto.

cermicos

metais

polmeros

L

Propriedades Mecânicas

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