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Propriedades Mecânicas dos Materiais
• Formas de carregamento externo:
Tração
Compressão
Cisalhamento
Torção
Propriedades Mecânicas dos Materiais
• Teste de tração:
Célula de carga
Corpo de provaExtensômetro
Detalhe do início da estricção do
material
Gráfico de σσσσ x εεεε do material ensaiado
Propriedades Mecânicas dos Materiais
• Gráfico de tensão vs. deformação (σ x ε):
Fratura
Fratura
Propriedades Mecânicas dos Materiais
• Comportamento σ x ε:
elástica plásticate
nsã
o
deformação
• Deformação elástica: é reversível, ou
seja, quando a carga é retirada, o materialvolta às suas dimensões originais;
� átomos se movem, mas não ocupamnovas posições na rede cristalina;
� numa curva de σ x ε, a região elástica éa parte linear inicial do gráfico.
• Deformação plástica: é irreversível, ouseja, quando a carga é retirada, o materialnão recupera suas dimensões originais;
� átomos se deslocam para novas posiçõesem relação uns aos outros.
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• Comportamento σ x ε - Deformação Elástica:
� Em um teste de tração, se a deformação observada no material for do tipo elástica, então
a relação entre a tensão e a deformação é dada pela lei de Hook: σ = E.ε ;
� E é o módulo de Young, ou módulo de elasticidade, e tem as mesmas unidades de
σ, N/m2.
Descarga
Coeficiente angular = E
Carga
ten
são
deformação
Para deformações porcisalhamento a relação é
equivalente: ττττ = G.γγγγ, ondeG = módulo de cisalhamento.
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• Aneslaticidade: Para a maioria dos materiais de engenharia, existirá uma componente de deformação elástica que é dependente do tempo;
� A deformação elástica continuará após a aplicação da tensão e após o alívio da carga, passará um intervalo de tempo finito até que o material recupere sua forma original.
Para alguns materiais, a porção inicialda curva tensão vs. deformação nãoé linear, sendo necessário o uso deoutros métodos para a determinaçãodo seu módulo de elasticidade.
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• Módulo de elasticidade: fatores influentes:
� força das ligações atômicas:
Ligação forte
Ligação fraca
separação
força
Alto E
Baixo E
E ≈ (dF/dr) r0
r0 = separação interatômica de equilíbrio
Propriedades Mecânicas dos Materiais
• Módulo de elasticidade: fatores influentes
� temperatura.
• Coeficiente de Poisson (υ): definido como sendo a razão entre as deformações lateral e axial.
O coeficiente de Poisson pode ser usado paraestabelecer uma relação entre o módulo deelasticidade e o módulo de cisalhamento de ummaterial.
Propriedades Mecânicas dos Materiais
Propriedades Mecânicas dos Materiais
Propriedades Mecânicas dos Materiais
• Módulos de elasticidade, de cisalhamento e coeficientes de Poisson para várias ligas metálicas à temperatura ambiente.
Propriedades Mecânicas dos Materiais• Deformação Plástica:
� tensão e deformação não são proporcionais;
� a deformação não é reversível;
� a deformação ocorre pela quebra e rearranjo das ligações atômicas (em materiaiscristalinos, pelo movimento das discordâncias).
fratura
Corp
o d
e p
rova
pad
rão
Deformação elástica
Deformação plástica
uniforme
estricção
Propriedades Mecânicas dos Materiais
• Tipos de material e as curvas de σ x εte
nsã
o
ten
são
ten
são
deformação deformação deformação
Propriedades Mecânicas dos Materiais
• Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento:
� o escoamento indica o início da deformação plástica do material.
elástica plástica
deformação
Limite superior de escoamento
Limite inferior de escoamento
deformação
ten
são
ten
são
Propriedades Mecânicas dos Materiais
• Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento
elástica plástica
deformação
ten
são
� σy é determinado pelo método de pré-
deformação específica, geralmente de0,002; ou seja, é a tensão capaz decausar uma deformação permanente de0,2% no material;
� O ponto de escoamento (P), tambémchamado limite de proporcionalidadecorresponde à posição na curva onde acondição de linearidade termina, ou seja,onde a lei de Hook deixa de valer.
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• Propriedades de tração: Ductilidade
� é o grau de deformação plástica suportado até a fratura do material;
� pode ser medida pelo alongamento percentual ou pela redução de área percentual.
ten
são
deformação
frágil
dúctilAlongamento percentual:
AL % = [(lf – l0)/l0]/x100
Redução de área percentual
RA % = [(A0 – Af)/A0]/x100
Propriedades Mecânicas dos Materiais• Propriedades mecânicas típicas de vários metais e ligas em um estado recozido.
MP
a
103
psi
deformação
Comportamento σ x ε do
ferro com a temperatura.
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• Propriedades de tração: Resiliência:
� capacidade de um material estocar energia quando deformado elasticamente e depois dealiviada a carga, ter essa energia recuperada.
� o módulo de resiliência Ur representa a energia de deformação por volume necessária paratensionar um material de um estado sem carregamento até a sua tensão limite deescoamento.
Na região elástica linear:
ou
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• Deformação plástica: Tenacidade:
� representa uma medida da capacidade de um material absorver energia até a sua fratura;
� equivale a área sob a curva σ x ε até o ponto de fratura.
• O diagrama σ x ε de engenharia
ten
são
deformação
No diagrama de engenhariaclássico de tensão vs.deformação, teremos:
1- módulo de elasticidade;
2 – tensão de escoamento;
3 – limite de resistência à tração;
4 – ductilidade;
5 – tenacidade: ∫ σdε
Tensão de fratura
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• Diagrama real vs. Diagrama de engenhariaT
ensã
o (
psi
) x1
03
Deformação (mm/mm) x 10-2
Tensão real
fratura
fratura
Tensão de engenharia
• Diagrama real σ x ε :
σv = F/Ai
εv = ln (li/l0)
• Se Vi = V0 :
σv = σ (1+ ε)
εv = ln (1+ ε)
Onde os índices: i = instantâneo
0 = inicial
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• Tensão e deformação reais:
– para alguns metais e ligas, a relação entre a tensão verdadeira e a deformação verdadeira, até o ponto de estricção, pode ser aproximadamente dada pela relação:
ten
são
deformação
verdadeira
engenharia
corrigidaσv = K.εv
n
K e n são constantesque dependem dacondição do materiale são tabelados.
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• Recuperação elástica durante uma deformação plástica
ten
são
deformação
descarga
Reaplicaçãoda carga
Recuperação da
deformação elástica
Diagrama esquemático σ x ε em
tração, mostrando os fenômenosde recuperação da deformaçãoelástica e encruamento. O limitede escoamento inicial é designado
por σy0; σy1 é o limite de
elasticidade após a liberação dacarga no ponto D e depois sobreaplicação da carga.
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• Dureza: é a medida da resistência do material a uma deformação plástica localizada.
� Vantagens do teste de dureza:
� simples e barato;
� não-destrutivo;
� pode-se estimar outras propriedades a partir da dureza do material.
� Tipos de testes: os mais comuns são o de Rockwell e Brinell
Prof. Prof.
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• Técnicas de ensaio de dureza.
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• Correlação entre dureza e o limite de resistência a traçãoL
RT
(M
Pa)
Número índice de dureza Brinell
LR
T (
103
psi
)
LRT (MPa) = 3,45 x HB
LRT (psi) = 500 x HB
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• Correlação entre dureza e o limite de resistência a tração
Para projetos práticos emengenharia o limite deescoamento é o parâmetromais importante
• Tensão de projeto:
σp = N’ σc
N’ = fator de projeto
σc = tensão calculada
• Tensão de trabalho:
σt = σe/N
N = fator de segurança
σe = tensão limite de escoamento