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- 1. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
- 2. A determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas é muito importante para a escolha do material para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e fabricação do componente. As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável. POR QUÊ ESTUDAR?
- 3. PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS • Resistência à tração • Elasticidade • Ductilidade • Fadiga • Dureza • Tenacidade Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las
- 4. COMO DETERMINAR AS PROPRIEDADES MECÂNICAS? A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios mecânicos. Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra representativa do material) para o ensaio mecânico, já que por razões técnicas e econômicas não é praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal. Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis.
- 5. Normalização de métodos A Normalização dos ensaios tem por objetivo fixar os conceitos e procedimentos gerais que se aplicam aos diferentes métodos de ensaios. Principais normas ASTM (Ammerican Society for Testing and Materials); ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas); ISO (International Standards Organization); DIN (Deutsches Institut für Normung). NORMAS TÉCNICAS
- 6. CONCEITOS DE TENSÃO E DEFORMAÇÃO Para uma carga estática ou relativamente lenta ao longo do tempo aplicada uniformemente sobre uma seção reta ou superfície de um membro, o comportamento mecânico pode ser verificado através de um ensaio de tensão- deformação. Existem três maneiras as quais a carga pode ser aplicada: Tração Compressão Cisalhamento Na prática da engenharia, muitas cargas são de natureza torcional, e não de natureza puramente cisalhante.
- 7. ENSAIO DE TRAÇÃO Dentre os diversos tipos de ensaios disponíveis para a avaliação das propriedades mecânicas dos materiais, o mais amplamente utilizado é o ENSAIO DE TRAÇÃO. Ensaio relativamente simples e rápido. O ensaio de tração pode ser usado para avaliar diversas propriedades mecânicas dos materiais.
- 8. ENSAIO DE TRAÇÃO A amostra é deformada, geralmente até sua fratura, mediante uma carga de tração gradativamente crescente que é aplicada uniaxialmente ao longo do eixo mais comprido de um corpo de prova. Corpo-de-prova antes e após ensaio de tração. Seção transversal original Durante os ensaios, a deformação fica confinada à região central, mais estreita, do corpo de prova, que possui uma seção reta uniforme ao longo do seu comprimento.
- 9. F F Representação esquemática do ensaio de tração. ENSAIO DE TRAÇÃO A máquina de ensaios de tração é projetada para alongar o corpo de prova a uma taxa constante, além de medir contínua e simultaneamente a carga aplicada e os alongamentos resultantes; O ensaio é destrutivo; O resultado é um gráfico na forma de carga ou força em função do alongamento;
- 10. ENSAIO DE TRAÇÃO Os resultados obtidos com o ensaio de tração são dependentes de fatores geométricos do corpo de prova. Para minimizar esses fatores, a carga e o alongamento são normalizados de acordo com os seus respectivos parâmetros de tensão e deformação de engenharia.
- 11. COMO SE DEFINEM TENSÃO E DEFORMAÇÃO? • Tensão • Deformação oo oi l l l ll ∆ = − =ε oA F =σ Sendo: σ = tensão (Pa); F = carga instantânea aplicada (N) e Ao = área da seção reta original antes da aplicação da carga (m2 ). Sendo: ε = deformação (adimensional); li = comprimento instantâneo e lo = comprimento original. Como efeito da aplicação de uma tensão, tem-se a deformação (variação dimensional). Como efeito da aplicação de uma tensão, tem-se a deformação (variação dimensional).
- 12. Deformação (ε) Tensão(σ) COMPORTAMENTO DOS METAIS QUANDO SUBMETIDOS À UMA TENSÃO
- 13. Então, desta curva, observamos que os metais podem apresentar dois tipos de deformação: ELÁSTICAELÁSTICA PLÁSTICAPLÁSTICA
- 14. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA • Prescede à deformação plástica; • É reversível; • Desaparece quando a tensão é removida; • É praticamente proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke). DEFORMAÇÃO PLÁSTICA • É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade. • É irreversível porque é resultado do deslocamento permanente dos átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida. Elástica Plástica
- 15. EM UMA ESCALA ATÔMICA... Deformação elástica • É manifestada por pequenas alterações no espaçamento interatômico e na extensão de ligações interatômicas. Deformação plástica • Corresponde à quebra de ligações com os átomos vizinhos originais e em seguida formação de novas ligações com novos átomos vizinhos, uma vez que um grande número de átomos ou moléculas se move em relação aos outros; com a remoção da tensão, eles não retornam às suas posições originais.
- 16. DA CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO, PODEMOS OBTER: Módulo de elasticidade ou módulo de YoungMódulo de elasticidade ou módulo de Young • É o quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica resultante – Lei de Hooke. • Está relacionado com a rigidez do material ou à resistência à deformação elástica. • Está relacionado diretamente com as forças das ligações interatômicas. E = σσ /εε
- 17. MÓDULO DE ELASTICIDADE ε σ =E Sendo: σ = tensão (Pa); ε = deformação (adimensional); E = módulo de elasticidade (Pa);
- 18. MÓDULO DE ELASTICIDADE (E) Deformação (ε) Tensão(σ) σσ = E εε A lei de Hooke é válida até este ponto. σ Máxima tensão que o material suporta sem sofrer deformação permanente.
- 19. Módulo de elasticidade para algumas ligas metálicas Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão. Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão. MÓDULO DE ELASTICIDADE [E] GPa 106 Psi Magnésio 45 6.5 AlumÍnio 69 10 Latão 97 14 Titânio 107 15.5 Cobre 110 16 Níquel 207 30 Aço 207 30 Tungstênio 407 59 Fonte: Callister, 2002.
- 20. CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE MÓDULO DE ELASTICIDADE Como conseqüência do módulo de elasticidade estar diretamente relacionado com as forças interatômicas: Os materiais cerâmicos tem alto módulo de elasticidade, enquanto os materiais poliméricos tem baixo. Com o aumento da temperatura o módulo de elasticidade diminui. * Considerando o mesmo material, o módulo de elasticidade depende apenas da orientação cristalina
- 21. Relação entre temperatura de fusão e módulo de elasticidade Metal Temperatura de fusão (o C) Módulo de elasticidade (MPa) Alumínio 660 70.000 Cobre 1085 127.000 Ferro 1538 210.000 O módulo de elasticidade é fortemente dependente das forças de ligação entre os átomos. O módulo de elasticidade é fortemente dependente das forças de ligação entre os átomos. As forças de ligação entre os átomos, e consequentemente o módulo de elasticidade, são maiores para metais com temperaturas de fusão mais elevadas. As forças de ligação entre os átomos, e consequentemente o módulo de elasticidade, são maiores para metais com temperaturas de fusão mais elevadas. Fonte: Garcia, Spim e Santos, 2000.
- 22. ESBOÇO DA CURVA OBTIDA NO ENSAIO DE TRAÇÃO Fonte: Garcia, Spim e Santos, 2000. • AO – região de comportamento elástico. • AB – região de escoamento – se caracteriza por um aumento relativamente grande na deformação, acompanhado por uma pequena variação da tensão. • BF – região de comportamento plástico - a partir de B o material entra na região plástica, que é caracterizado pela presença de deformações permanentes.
- 23. LIMITE DE ELASTICIDADE • Corresponde à máxima tensão que o material suporta sem sofrer deformação permanente
- 24. DEFORMAÇÃO PLÁSTICA Elástic o Plástico Deformação (ε) Tensão(σ) Deformação (ε) Tensão(σ) Limite de escoamento (a) (b) (a) Curva tensão x deformação para um metal típico. A transição do comportamento elástico para o plástico é uma transição gradual para a maioria dos metais. (b) Curva tensão x deformação típica para o aço. A transição elastoplástica é muito bem definida (ocorre de forma abrupta). Fonte: Callister, 2002.
- 25. LIMITE DE ESCOAMENTO Onde não observa-se nitidamente o fenômeno de escoamento, a tensão de escoamento corresponde à tensão necessária para promover uma deformação permanente de 0,2% ou outro valor especificado (obtido pelo método gráfico indicado na fig. ao lado)
- 26. • Corresponde à tensão máxima aplicada ao material antes da ruptura (muitas vezes é superior à tensão de ruptura) • É calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo material pela área de seção reta inicial LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
- 27. • Corresponde à tensão que prove a ruptura do material • O limite de ruptura é geralmente inferior ao limite de resistência em virtude de que a área da seção reta para um material dúctil reduz-se antes da ruptura TENSÃO DE RUPTURA
- 28. Deformação (ε) Tensão(σ) Limite de resistência à tração - LRT Deformação (ε) Tensão(σ) Limite de resistência à tração - LRT Fratura do material
- 29. DUCTILIDADE Representa uma medida do grau de deformação plástica que foi suportado quando da fratura. Representa uma medida do grau de deformação plástica que foi suportado quando da fratura. A ductilidade dá uma indicação para o projetista do grau segundo o qual uma estrutura irá se deformar plasticamente antes de fraturar.
- 30. A ductilidade pode ser expressa quantitativamente como: 100% x l ll AL o of − = Alongamento percentual (AL%) Porcentagem da deformação plástica no momento da fratura Estricção (RA%) Redução da área percentual 100% x A AA RA o fo − =
- 31. RESILIÊNCIARESILIÊNCIA • Corresponde à capacidade do material de absorver energia quando este é deformado elasticamente e depois, com o descarregamento, ter essa energia recuperada. • Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite de elasticidade e baixo módulo de elasticidade (como os materiais utilizados para molas)
- 32. TENACIDADE Representa uma medida da habilidade de um material em absorver energia até a sua fratura. Representa uma medida da habilidade de um material em absorver energia até a sua fratura. Para que um material seja tenaz, este deve apresentar tanto resistência como ductilidade. Para que um material seja tenaz, este deve apresentar tanto resistência como ductilidade. É a área sob a curva tensão x deformação até o ponto de fratura.
- 33. Freqüentemente, materiais dúcteis são mais tenazes do que materiais frágeis. Freqüentemente, materiais dúcteis são mais tenazes do que materiais frágeis. Embora, o material frágil tenha maior limite de escoamento e maior limite de resistência à tração, possui menor tenacidade do que o material dúctil, em virtude da sua falta de ductilidade (comparar as áreas ABC e AB’C’). Embora, o material frágil tenha maior limite de escoamento e maior limite de resistência à tração, possui menor tenacidade do que o material dúctil, em virtude da sua falta de ductilidade (comparar as áreas ABC e AB’C’).
- 34. Curvas de Tração de Materiais Frágeis (Materiais Cerâmicos) Curva tensão x deformação para a alumina e para o vidro.
- 35. Curvas de Tração de Materiais Poliméricos Relação entre a tensão e a deformação para: A- polímero frágil; B- polímero plástico; C- elastômero
- 36. Efeito da temperatura sobre as curvas tensão x deformação Curvas tensão x deformação de engenharia para o ferro em três temperaturas diferentes Efeito da temperatura sobre as curvas tensão x deformação de um acrílico.
- 37. DUREZA A dureza depende diretamente das forças de ligação entre os átomos, íons ou moléculas. A dureza é uma medida da resistência de um material a uma deformação plástica localizada, como por exemplo, à penetração de um corpo (uma pequena impressão ou risco).
- 38. O ensaio consiste na aplicação de uma carga conhecida através de um penetrador de geometria conhecida e na medição da área da impressão produzida na superfície do corpo de prova. Ensaio de grande importância tecnológica (controle de qualidade) Dureza, ao contrário do limite de escoamento e da tenacidade à fratura, não é um parâmetro característico do material (depende da máquina, da carga, do tipo de penetrador, etc…) DUREZA
- 39. DUREZA Os ensaios de dureza são realizados com mais frequência do que outros ensaios mecânicos pois: Eles são simples e baratos; O ensaio é não-destrutivos; Outras propriedades mecânicas podem, com frequência, ser estimadas a partir de dados obtidos para ensaios de dureza, tais como o limite de tração.
- 40. Se usa para determinar a dureza dos minerais. Se baseia em que um corpo é riscado por outro mais duro. Escala de Mohs: 1 - Talco 2 - Gesso 3 - Calcita 4 - Fluorita 5 - Apatita 6 - Feldspato 7 - Quartzo 8 - Topázio 9 - Coríndon 10 - Diamante Dureza MOHS
- 41. 1) Talco (Pedra Sabão) Arranhável com a unha Estátuas Aleijadinho 2) Gipsita (Gesso) Arranhável dificilmente com a unha Construção Civil 3) Calcita (Calcário) Arranhável com moeda de cobre Construção civil 4) Fluorita Arranhável com faca Siderurgia (fundente) DUREZA MOHS
- 42. 5) Apatita Dificilmente arranhável com faca Osso humano (hidroxiapatita) 6) Fedspato Arranhável com liga de aço Vidros e cerâmicas brancas 7) Quartzo (ametista) Capaz de arranhar o fedspato Vidros DUREZA MOHS
- 43. 9) Coríndon (rubi e safira) Capaz de arranhar o topásio Pedra preciosa, laser 10) Diamante Substância mais dura conhecida Pedra preciosa, lentes 8) Topásio Capaz de arranhar o quartzo Pedra semi preciosa DUREZA MOHS
- 44. Dureza Brinell TIPOS DE ENSAIOS PARA MEDIÇÃO DA DUREZA Dureza Rockwell Dureza Vickers
Quais as propriedades mecânicas avaliadas no ensaio de flexão?
As principais propriedades que podem ser obtidas são a deflexão máxima de ruptura, os módulos de ruptura, elasticidade, resiliência e tenacidade.
Quais são as principais propriedades mecânicas?
Deste modo, esse texto visa mostrar de forma clara as principais propriedades mecânicas dos materiais: • resistência à tração; • elasticidade; • ductilidade; • fluência; • fadiga; • dureza; • tenacidade entre outras.
Quais as propriedades podem ser determinadas no ensaio de compressão de metais dúcteis e frágeis?
A única propriedade mecânica que é avaliada nos ensaios de compressão de materiais frágeis é o seu limite de resistência à compressão. Do mesmo modo que nos ensaios de tração, o limite de resistência à compressão é calculado pela carga máxima dividida pela seção original do corpo de prova.
Quais tipos de produtos podem ser avaliados através do ensaio de compressão?
O ensaio de compressão é amplamente utilizado na indústria de construção civil, para analisar madeira, concreto armado e ferro fundido e de materiais cerâmicos, para os metais, em geral, o ensaio é dificultado devido à existência de alguns fatores, como, possibilidade de flambagem, atrito na interface entre o CP e a ...