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Universidade Federal do Ceará
Resistência dos Materiais I
Propriedades dos Materiais – CAP 3
Profa. Tereza Denyse de Araújo
Março/2010
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2
Roteiro de aula
Ensaio de Cisalhamento Ensaio de Torção Falhas de Materiais Creep (Fluência) Fadiga
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3
Ensaio de Cisalhamento
Ensaio de cisalhamento => produtos acabadosEx. pinos, rebites, parafusos, cordões de solda, barras e chapas
Cisalhamento puro – material homogêneo isotrópico
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Ensaio de Cisalhamento
Máquina de tração
Pinos, rebites, parafusos -
Dispositivo de ensaio tipo gaveta
Ensaio de barras
Ensaio de
chapas
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5
Ensaio de Torção
Ensaio de torção => produtos acabados
Ex. virabrequim de automóvel, dos eixos de máquinas, polias, molas helicoidais e brocas
corpos de prova – material de seção circular cheia (barras) ou vazada (tubos)
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Ensaio de Torção
Ensaio de torção manualMáquina de torção de alta
velocidade
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Diagrama Tensão - Deformação
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Falhas de materiais
Modos de falha: Deslocamentos excessivos
Recalque Flambagem de colunas
Escoamento À temperatura ambiente Altas temperaturas (creep)
Fratura Por descontinuidade geométrica (trincas) Fratura progressivo (fadiga)
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Creep (Fluência)
É a deformação plástica que ocorre nummaterial, sob tensão constante ou quaseconstante, em função do tempo
A temperatura tem um papel importantíssimonesse fenômeno
Ocorre devido à movimentação de falhas Limita o tempo de vida de um determinado
componente ou estrutura
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Exemplo: A fluência é a capacidade que um metal tem de alterar o seu tamanho e a sua resistência mecânica ao longo do tempo quando apenas sujeito à uma força constante e uma temperatura de 40% da sua temperatura de fusão (TF).
É importante para se projetar peças que resistam à uma alta força, como turbinas, pontes metálicas e gruas
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Creep (Fluência)
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Objetivo: determinar a vida útil do material nas condições de carga constante, durante um período de tempo e sob temperaturas elevadas
Utiliza-se de técnicas de extrapolação dos resultados, devido ao longo tempo de ensaio
Ocorre em todos os materiais, e no caso de metais, é afetada por valores de T > 0,4 TF
Corpos de Prova: similares aos do ensaio de tração
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Ensaio de Fluência
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Ensaio de Fluência
Carga de tração constante Forno elétrico a temperatura
constante e controlável Extensômetro para medir
deformação em função do tempo
Tempo de aplicação de carga é estabelecido em função da vida útil esperada do componente
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Ensaio de Fluência
Hastes de extensão
Pirômetros e termopares
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Ensaio de Fluência
Ensaio em 3 categorias: Ensaio de fluência propriamente dito Ensaio de ruptura por fluência Ensaio de relaxação
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Ensaio de Fluência
Ensaio de fluência propriamente dito Consiste em aplicar uma determinada carga em um
corpo de prova, a uma dada temperatura, e avaliar a deformação que ocorre durante a realização do ensaio
A duração do ensaio é muito variável: Em geral, o tempo é superior a 1.000 horas O normal é o tempo de ensaio ter a mesma duração
esperada para a vida útil do produto Extrapolação: o ensaio é realizado durante um tempo
mais curto
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Curva de Fluência – x t
Região de encruamento: onde a velocidade de fluência é rápida e ocorre nas primeiras horas. Velocidade de deformação (d/dt) é decrescente –aumento da resistência ao encruamento
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Curva de Fluência – x t
Região de taxa de deformação constante: A taxa de fluência (d/dt) é constante (linear). Estágio de duração mais longa. Equilíbrio entre os processos de encruamento e recuperação
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Curva de Fluência – x t
Região de ruptura: Aceleração da taxa de fluência, estricção seguido de ruptura.
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Ensaio de Fluência
Ensaio de ruptura por fluência É semelhante ao anterior, só que neste caso os
corpos de prova são sempre levados até a ruptura Os resultados obtidos no ensaio são:
Tempo para a ruptura do corpo de prova, Medida da deformação, e Medida da estricção, em certos casos.
Tempo de duração: 1000 h
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Curva de Fluência – x t
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Ensaio de Fluência
Ensaio de relaxação Fornece informações sobre a redução da tensão
aplicada ao corpo de prova quando a deformação em função do tempo é constante a determinada temperatura
A duração do ensaio é muito variável: 1000 a 2000 horas Os resultados não têm relação direta com aplicações
práticas e são extrapolados empiricamente para situações reais
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Ensaio de Fluência
A resistência à fluência é definida como a tensão a uma determinada temperatura que produz uma taxa mínima de fluência (d/dt) de por exemplo 0,0001 por cento/hora ou 0,001 por cento/hora.
A resistência à ruptura refere-se à tensão a uma determinada temperatura que produz uma vida até a ruptura de 100, 1000 ou 10000 horas.
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Ensaio de Fluência
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Fratura
Consiste na separação do material em duas ou mais partes devido à aplicação de uma carga estática à temperaturas relativamente baixas em relação ao ponto de fusão do material
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Fratura
Processo de fratura Formação da trinca Propagação da trinca
Tipos: Fratura dúctil Fratura frágil
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Fratura
Fratura dúctil O material se deforma substancialmente antes
de fraturar. O processo se desenvolve de forma
relativamente lenta à medida que a trinca propaga.
Este tipo de trinca é denomidado estável porque para ela se propagar deve haver um aumento da tensão aplicada no material.
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Fratura dúctil
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Fratura
Fratura frágil
O material se deforma pouco, antes de fraturar. O processo de propagação de 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.
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Fratura frágil
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A transição dúctil-frágil não é bem definida
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Fadiga
Ocorre quando peças ou componentes estãosubmetidos a esforços dinâmicos ou cíclicos
Caracterizada pela formação e propagação lenta de trincas microscópicas
Nessas situações o material rompe com tensões muito inferiores à correspondente à resistência à tração (determinada para cargas estáticas)
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Fadiga
É comum ocorrer em estruturas como pontes, aviões, componentes de máquinas
A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil mesmo em materiais dúcteis (com pouca deformação plástica)
Ocorre subitamente e sem aviso prévio
Responsável por 90% das Falhas em componentes e peças.
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Cargas de fadiga
Carregamento alternado
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Cargas de fadiga
Carregamento repetido
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Cargas de fadiga
Carregamento flutuante
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Cargas de fadiga
Esforços que podem levar à fadiga: Tração Tração e compressão Torção Flexão
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Aplicação de carga cíclica em um CP; Extremamente empregado na indústria
automobilística e aeronáutica O ensaio mais empregado é o de flexão rotativa Fornece dados quantitativos sobre resistência a
formação de trincas
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Ensaio de Fadiga
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Ensaio de Fadiga
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Durante o ensaio registra-se Carga (P) em função de número de ciclos (N)
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Curva de Fadiga – x N
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Limite de resistência à fadiga(σRf ) = patamar horizontal
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Curva de Fadiga – x N
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Resistência à fadiga (σf ) = tensão na qual rompe para um no de ciclos
Vida à fadiga (Nf) = no de ciclos que causará ruptura para uma tensão
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Curva de Fadiga – x N
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