Curso de Graduação em Engenharia de Materiais

Relatório 1

Propriedades Mecânicas

Guilherme Henrique Spinelli

Jéssica Grüber Lessa

Rafael Machado da Conceição

Florianópolis, 17 de Junho de 2011

Introdução

Um ensaio de tração consiste, basicamente, em submeter um corpo de prova a uma taxa de aumento de força trativa até sua ruptura. O corpo de prova é preso às garras de fixação da máquina, então se inicia a aplicação de força. A máquina fornece dados que possibilitam obter um gráfico que relaciona tensão e deformação ao longo da amostra. Através disto obtém-se dados quantitativos das características mecânicas do material. Nesse experimento foram utilizados dois corpos de prova, ambos com 4,9 mm de raio e 50 mm de comprimento, de aço SAE1045. Cada um dos corpos de prova possui um tipo de tratamento térmico. A partir dos dados obtidos no ensaio de tração foi possível obter informações complementares do material.

Desenvolvimento

1. Amostras 1 (CP 9) e 2 (CP 11)

O material das amostras é um aço 1045 com raio de 4,9(mm).

Após receber os dados obtidos no ensaio:

Tempo (mm), Deformação(mm) e Força(N)

Procuraram-se outros dados como:

●Deformação (mm/mm) - dividindo-se a deformação da peça pelo comprimento inicial.

●Área (mm²): Tendo o r=raio(mm) ( A=π r2).

●Tensão (MPa): dividiu-se a Força(N) pela área da seção transversal (mm²).

A partir dessas informações o seguinte gráfico foi construído:

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

2

4

6

8

10

12

Tensão (MPa) x deformação (mm/mm)

Deformação (mm/mm)

Tens

ão (M

Pa)

Gráfico 1: Tensão (MPa) pela deformação (mm/mm) para amostra 1.

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.060.0

200.0

400.0

600.0

800.0

1000.0

1200.0

1400.0

Tensão (MPa) x Deformação (mm/mm)

Deformação (mm/mm)

Tens

ão (M

Pa)

Gráfico 2: Tensão (MPa) pela deformação (mm/mm) para amostra 2.

Analisando os gráficos 1 e 2 obteve-se:

1.1. Resiliência: Capacidade de um material acumular energia elasticamente.

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 0.00180

2

4

6

8

10

12

Tensão(MPa) x deformação(mm/mm)

Deformação (mm/mm)

Tens

ão(M

Pa)

Gráfico 3: Tensão (MPa) pela Deformação(mm/mm) para amostra 1.

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.00450.0

100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.0

1000.0

f(x) = 216042.278589623 x − 7.31061122705819

Tensão x Deformação (regime elástico)

Deformação (mm/mm)

Tens

ão (M

Pa)

Gráfico 4: Tensão (MPa) pela Deformação(mm/mm) para amostra 2.

Sabendo que:

Resiliência = 1/2.(tensão de escoamento).(deformação no escoamento)

Então, resiliência para amostra 1 = 0,236 J/mm³ e para amostra 2 = 1,77J/mm³.

Tensão de escoamento: limite elástico do material, que foi de 300 MPa para amostra 1

e 870,9 MPa para amostra 2.

Deformação no ponto de escoamento: Ponto máximo que o material consegue ser

deformado elasticamente.

1.2. Tenacidade: Energia necessária para romper um material.

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.160

2

4

6

8

10

12

f(x) = 0

Tensão (MPa) x deformação (mm/mm)

Deformação(mm/mm)

Tens

ão(M

Pa)

Gráfico 5: Tensão (MPa) pela Deformação(mm/mm) para amostra 1.

0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.051125.01130.01135.01140.01145.01150.01155.01160.01165.01170.0

f(x) = − 62839.8673374201 x² + 5063.48599333174 x + 1062.46692627974

Tensão x Deformação (regime plástico)

Deformação (mm/mm)

Tens

ão (M

Pa)

Gráfico 6: Tensão (MPa) pela Deformação(mm/mm) para amostra 2.

A tenacidade pode ser calculada através da área abaixo da curva do gráfico, que neste caso foi feita pelo cálculo integral com o auxílio da ferramenta matemática Maple. O valor obtido para a tenacidade para a amostra 1 foi de 585 J/mm³ e a da amostra 2 foi 32 J/mm³.

1.3. Módulo de elasticidade: Medida de rigidez, coeficiente angular da zona elástica em relação ao eixo x dos gráficos 3 e 4.

Pode ser calculado pela fórmula:

E= Módulo de Young ou módulo de elasticidade.σ= Tensão aplicada (MPa)ε= Deformação elástica longitudinal (mm/mm)

Módulo de elasticidade amostra 1=205 GpaMódulo de elasticidade amostra 2=216 Gpa

1.4. Coeficiente de encruamento: Agrupamento de discordâncias ou encontro de discordâncias, que impede o deslizar dos planos cristalográficos no material.

Encontra-se o valor do coeficiente de escoamento através de ln [1+ (deformação no ponto de fratura)]

Coeficiente de encruamento amostra 1 = 0,182Coeficiente de encruamento amostra 2 = 0,04

1.5. Limite de resistência: Máxima tensão suportada pelo material antes de ocorrer estricção ou empescoçamento.

É o ponto máximo do gráfico, pode ser encontrado nos gráficos 1 e 2. O ponto máximo do gráfico apresenta uma tensão de 597 MPa para amostra 1 e 1164 MPa para amostra 2.

2. Análise das fotos:

Imagem 1: Fratura Dúctil.

A primeira imagem mostra uma fratura dúctil, pois apresente pescoço definido, borda “cisalhada” e centro plano abaixo do nível da borda

Imagem 2: Fratura frágil.

A segunda imagem mostra uma fratura frágil, perpendicular à tração exercida e fraturas acompanhando o direcionamento de grãos.

Conclusão

Após analisar todos os dados e valores obtidos, comparou-se com as informações fornecidas, assim pode-se concluir que a amostra 1 sofreu o tratamento térmico de recozimento pois se mostra dúctil, com 20% de deformação, e com tenacidade 20 vezes maior que a amostra 2. A amostra 2 foi temperada e depois revenida pois sofreu uma deformação de 5%, é duas vezes mais resiliente e com uma tenção de escoamento 3 vezes maior em relação a amostra 1. Analisando as fraturas, a imagem 1 é da amostra 1 e a imagem 2 é da amostra 2.

Referencias:

Souza, Sergio Augusto-Ensaios Mecânicos de Materiais MetalicosCallister, Willian D.-Ciência e Engenharia de Materiaishttp://www.mspc.eng.br/matr/resmat0140.shtmlhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ensaio_de_tra%C3%A7%C3%A3o