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1 3-PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS. Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 2 PROPRIEDADES MECÂNICAS POR QUÊ ESTUDAR? A determinação e/ou conhecimento.

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1 1 3-PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS

2 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 2 PROPRIEDADES MECÂNICAS POR QUÊ ESTUDAR? 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.

3 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 3 Principais propriedades mecânicas Resistência à tração Elasticidade Ductilidade Fluência Fadiga Dureza Tenacidade,.... Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las

4 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 4 TIPOS DE TENSÕES QUE UMA ESTRUTURA ESTA SUJEITA Tração Compressão Cisalhamento Torção

5 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 5 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.

6 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 6 NORMAS TÉCNICAS As normas técnicas mais comuns são elaboradas pelas: ASTM (American Society for Testing and Materials) ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)

7 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 7 TESTES MAIS COMUNS PARA SE DETERMINAR AS PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS METAIS Resistência à tração (+ comum, determina a elongação) Resistência à compressão Resistência à torção Resistência ao choque Resistência ao desgaste Resistência à fadiga Dureza Etc...

8 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 8 CLASSIFICAÇÃO DOS Ensaios Mecânicos Fonte: Carlos Alexandre dos Santos-Pucrs

9 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 9 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de tração, paulatinamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento NBR-6152 para metais

10 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 10 ESQUEMA DE MÁQUINA PARA ENSAIO DE TRAÇÃO PARTES BÁSICAS Sistema de aplicação de carga dispositivo para prender o corpo de prova Sensores que permitam medir a tensão aplicada e a deformação promovida (extensiômetro)

11 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 11 RESITÊNCIA À TRAÇÃO TENSÃO () X Deformação () = F/A o Kgf/cm 2 ou Kgf/mm 2 ou N/ mm 2 Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a deformação (variação dimensional). A deformação pode ser expressa: O número de milímetrosa de deformação por milímetros de comprimento O comprimento deformado como uma percentagem do comprimento original ) Deformação( )= l f -l o /l o =l/l o lo= comprimento inicial lf= comprimento final Força ou carga Área inicial da seção reta transversal

12 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 12 Comportamento dos metais quando submetidos à tração Resistência à tração Dentro de certos limites, a deformação é proporcional à tensão (a lei de Hooke é obedecida) Lei de Hooke: = E

13 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 13 A deformação pode ser: Elástica Plástica

14 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 14 Deformação Elástica e Plástica 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 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 15 Módulo de elasticidade ou Módulo de Young / =Kgf/mm 2 E= / =Kgf/mm 2 É o quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica resultante. Está relacionado com a rigidez do material ou à resist. à deformação elástica Está relacionado diretamente com as forças das ligações interatômicas Lei de Hooke: = E P A lei de Hooke só é válida até este ponto Tg = E

16 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 16 Módulo de Elasticidade para alguns metais Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão

17 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 17 Comportamento não-linear Alguns metais como ferro fundido cinzento, concreto e muitos polímeros apresentam um comportamento não linear na parte elástica da curva tensão x deformação

18 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 18 Considerações gerais sobre módulo de elasticidade Como consequência 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

19 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 19 Anisotropia no Módulo de Elasticidade em material monocristalino o módulo de elasticidade depende da direção de aplicação da tensão nos eixos cristalográficos, pois a interação atômica varia com a direção. Neste caso especifica-se as constantes elásticas

20 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 20 O COEFICIENTE DE POISSON PARA ELONGAÇÃO OU COMPRESSÃO Qualquer elongação ou compressão de uma estrutura cristalina em uma direção, causada por uma força uniaxial, produz um ajustamento nas dimensões perpendiculares à direção da força x z

21 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 21 O COEFICIENTE DE POISSON PARA TENSÕES DE CISALHAMENTO Tensões de cisalhamento produzem deslocamento de um plano de átomos em relação ao plano adjacente A deformação elástica de cisalhamento é dada ( ): = tg Módulo de Cisalhamento ou de rigidez Como para metais ~0,3 G~0,4E

22 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 22 Módulo de Cisalhamento É conhecido também como módulo de elasticidade transversal.

23 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 23 Forças de compressão, cisalhamento e torção O comportamento elástico também é observado quando forças compressivas, tensões de cisalhamento ou de torção são impostas ao material

24 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 24 O FENÔMENO DE ESCOAMENTO Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns metais de natureza dúctil, como aços baixo teor de carbono. Caracteriza-se por um grande alongamento sem acréscimo de carga.

25 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 25 Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação Tensão de escoamento y= tensão de escoamento (corresponde a tensão máxima relacionada com o fenômeno de escoamento) De acordo com a curva a, onde não observa- se nitidamente o fenômeno de escoamento Alguns aços e outros materiais exibem o comportamento da curva b, ou seja, o limite de escoamento é bem definido (o material escoa- deforma-se plasticamente-sem praticamente aumento da tensão). Neste caso, geralmente a tensão de escoamento corresponde à tensão máxima verificada durante a fase de escoamento Não ocorre escoamento propriamente dito Escoamento

26 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 26 Limite de Escoamento quando 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) Fonte figura: Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia da PUC-Rio

27 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 27 Limite de Escoamento

28 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 28 Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação Resistência à Tração (Kgf/mm 2 ) Corresponde à tensão máxima aplicada ao material antes da ruptura É calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo material pela área de seção reta inicial

29 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 29 Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação Tensão de Ruptura (Kgf/mm 2 ) Corresponde à tensão que promove 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

30 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 30 Corresponde ao alongamento total do material devido à deformação plástica %alongamento= (l f -l o /l o )x100 onde l o e l f correspondem ao comprimento inicial e final (após a ruptura), respectivamente Ductilidade em termos de alongamento ductilidade Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação

31 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 31 Ductilidade expressa como alongamento Como a deformação final é localizada, o valor da elongação só tem significado se indicado o comprimento de medida Ex: Alongamento: 30% em 50mm

32 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 32 Ductilidade expressa como estricção Corresponde à redução na área da seção reta do corpo, imediatamente antes da ruptura Os materiais dúcteis sofrem grande redução na área da seção reta antes da ruptura Estricção= área inicial-área final área inicial

33 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 33 Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação Resiliência Corresponde à capacidade do material de absorver energia quando este é deformado elasticamente A propriedade associada é dada pelo módulo de resiliência (U r ) U r = esc 2 /2E Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite de elasticidade e baixo módulo de elasticidade (como os materiais utilizados para molas) esc

34 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 34 Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação Tenacidade Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura tenacidade

35 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 35 Módulo de tenacidade Materiais dúcteis U t = esc + LRT. f em N.m/m 3 2

36 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 36 Módulo de tenacidade Materiais frágeis U t = 2/3. LRT. f em N.m/m 3

37 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 37 Algumas propriedades mecânicas para alguns metais

38 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 38 VARIAÇÃO DA PROPRIEDADES MECÂNICAS COM A TEMPERATURA

39 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 39 TENSÃO E DEFORMAÇÃO REAIS OU VERDADEIRAS A curva de tensão x deformação convencional, estudada anteriormente, não apresenta uma informação real das características tensão e deformação porque se baseia somente nas características dimensionais originais do corpo de prova ou amostra e que na verdade são continuamente alteradas durante o ensaio.

40 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 40 TENSÃO E DEFORMAÇÃO REAIS TENSÃO REAL ( r ) r = F/A i onde A i é a área da seção transversal instantânea (m 2 ) DEFORMAÇÃO REAL ( r ) d r = dl/l r = ln li/lo Se não há variação de volume Ai.li = Ao.lo r = ln Ai/Ao

41 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 41 RELAÇÕES ENTRE TENSÕES E DEFORMAÇÕES VERDADEIRAS E CONVENCIONAIS RELAÇÃO ENTRE TENSÃO REAL E CONVENCIONAL r = (1+ ) RELAÇÃO ENTRE DEFORMAÇÃO REAL E CONVENCIONAL r = ln (1+ ) Estas equações são válidas para situações até a formação do pescoço

42 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 42 TENSÃO CORRETA PARA A REGIÃO DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA r = k r n K e n são constantes que dependem do material e dependem do tratamento dado ao mesmo, ou seja, se foram tratados termicamente ou encruados correta A tensão correta de ruptura é devido a outros componentes de tensões presentes, além da tensão axial

43 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 43 K e n K= coeficiente de resistência (quantifica o nível de resistência que o material pode suportar) n= coeficiente de encruamento (representa a capacidade com que o material distribui a deformação)

44 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 44 K e na para alguns materiais

45 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 45 Determinação de K e n Log r =log k+ n log r Para r = 1 r =k 1 K Inclinação= n r r extrapolando

46 Eleani Maria da Costa – PGETEMA/PUCRS 46


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