Download - Propriedades Mecânicas
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RELAO ENTRE
ESTRUTURAS E
PROPRIEDADES
Luce Helena Kochem
Nathlia Muniz
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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
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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
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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
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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
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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
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Ensaios trao
compresso toro
cisalhamento
N
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Diagrama tenso x deformao
Elstica Plstica E
N
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Diagrama tenso x deformao
Tenso
= F/A
= DL/LO
Deformao
Trs etapas: Elstica, Plstica e Ruptura
Deformao
reversvel
Deformao
irreversvel
ruptura
mxima
escoamento
Str
es
s
Strain N
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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
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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
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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
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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
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Ductilidade
tenso
deformao
1 2
Qual o mais ductil?
Resposta: 1
N
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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
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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
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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
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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
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Diagrama tenso x deformao
Metal
x
x
x
Polmero
Cermico
Elastmero
x
A
B
C
D
Polmeros, metais, elastmeros, cermicos
Teste-se
L
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Mdulo de Elasticidade Fatores que influenciam: Ligao atmica
Comportamento:
- Similar entre metais e cermicos.
- Diferenciada para polmeros.
Quais so os 4 fatores?
N
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Mdulo de Elasticidade
Fatores que influenciam: Ligao atmica
xidos de metais e ametais.
Carbono + ligante
L
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Mdulo de Elasticidade
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
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Mdulo de Elasticidade
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
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Mdulo de Elasticidade
Fatores que influenciam: Estrutura Cristalina -> Estrutura Fsico -
Qumica (Morfologia)
polmeros
L
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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
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Mdulo de Elasticidade
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
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Mdulo de Elasticidade
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
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Mdulo de Elasticidade
Fatores que influenciam: Temperatura
A ou B tem maior
temperatura?
A, j que tem o
menor E (suporta
uma tenso
menor)
Resposta:
N
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Mdulo de Elasticidade
Fatores que influenciam: Temperatura
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
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PAUSA DE 15 MIN.
Quais os fatores que influenciam na deformao plstica de metais e
cermicos?
Estrutura Cristalina
Temperatura
Pureza N
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Mdulo de Elasticidade
N
compsitos
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Mdulo de Cisalhamento
a razo entre a tenso de cisalhamento aplicada ao corpo e a sua
deformao especfica.
N
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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
-
N
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Deformao Plstica em Metais e
Cermicos at a ruptura Parmetro: Resistncia Mecnica.
Fatores:
1. Estrutura Cristalina
2. Temperatura
3. Pureza
Plstica L
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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
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RUPTURA
L
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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
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1 - Deslizamento de planos at a ruptura
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
1- Estrutura Cristalina
N
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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
1- Estrutura Cristalina
N
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1 - Deslizamento de planos at a ruptura
Deslizamento em monocristal
1- Estrutura Cristalina
N
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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
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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
1- Estrutura Cristalina
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)
1- Estrutura Cristalina
N
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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
1- Estrutura Cristalina
N
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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
1- Estrutura Cristalina
2 Defeito: Maclagem
N
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2- Temperatura
1 Efeito da resistncia mecnica
L
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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
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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
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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
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Deformao Plstica em Cermicos
N
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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
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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
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Deformao Plstica em Polmeros
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
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Deformao Plstica em Polmeros
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
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Deformao Plstica em Polmeros
L
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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
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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
Regio Plstica de Metais e Cermicos
N
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1 - Solubilizao de um segundo elemento na rede
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
Regio Plstica de Metais e Cermicos
N
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1 - Solubilizao de um segundo elemento na rede
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
Regio Plstica de Metais e Cermicos
N
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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
Regio Plstica de Metais e Cermicos
N
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2 Precipitao de uma segunda fase
Aumenta a RM Diminui a RM
Regio Plstica de Metais e Cermicos
N
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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.
Regio Plstica de Metais e Cermicos
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
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4 Deformao Plstica por Encruamento
ENCRUAMENTO OU ENDURECIMENTO PELA DEFORMAO FRIO
Regio Plstica de Metais e Cermicos
L
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QUANTIFICAO DA DEFORMAO PLSTICA
% CW = [(Ao - Af)/Ao]*100
%CW = % de trabalho a frio
Ao = rea inicial
Af = rea final
Regio Plstica de Metais e Cermicos
4 Deformao Plstica por Encruamento
L
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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
4 Deformao Plstica por Encruamento
Regio Plstica de Metais e Cermicos
Exemplo: trefilao
L
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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.
Regio Plstica de Metais e Cermicos
4 Deformao Plstica por Encruamento
L
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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
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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
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RUPTURA
N
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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
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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
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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
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DUREZA
N
-
DUREZA
N
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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
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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
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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
MECNICA EM METAIS E CERMICOS
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.
DEFORMAO A ALTAS TEMPERATURAS:
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.
MECNICA EM METAIS E CERMICOS
N
-
FLUNCIA
DEFORMAO A ALTAS TEMPERATURAS:
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
MECNICA EM METAIS E CERMICOS
N
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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
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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o coeficiente de expanso trmica. E, mdulo de elasticidade e T variao da T
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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
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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
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IMPACTO INFLUNCIA DA MICROESTRUTURA
Causa: aumento
da temperatura
transio numa
junta de solda
devido ao
CRESCIMENTO
DE GRO
Gros grossos
Gros finos
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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.
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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.
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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
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