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Propriedades Mecânicas dos Materiais Formas de carregamento externo: Tração Compressão Cisalhamento Torção.

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1 Propriedades Mecânicas dos Materiais Formas de carregamento externo: Tração Compressão Cisalhamento Torção

2 Propriedades Mecânicas dos Materiais Teste de tração: Célula de carga Corpo de prova Extensômetro Detalhe do início da estricção do material Gráfico de x do material ensaiado

3 Propriedades Mecânicas dos Materiais Gráfico de tensão vs. deformação ( x ): Fratura

4 Propriedades Mecânicas dos Materiais Comportamento x : elásticaplástica tensão deformação Deformação elástica: é reversível, ou seja, quando a carga é retirada, o material volta às suas dimensões originais; átomos se movem, mas não ocupam novas posições na rede cristalina; numa curva de x, a região elástica é a parte linear inicial do gráfico. Deformação plástica: é irreversível, ou seja, quando a carga é retirada, o material não recupera suas dimensões originais; átomos se deslocam para novas posições em relação uns aos outros.

5 Propriedades Mecânicas dos Materiais Comportamento x - 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: = E. ; E é o módulo de Young, ou módulo de elasticidade, e tem as mesmas unidades de, N/m 2. Descarga Coeficiente angular = E Carga tensão deformação

6 Propriedades Mecânicas dos Materiais 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 alívio da carga, passará um intervalo de tempo finito até que o material recupere sua forma original. Para alguns materiais, a porção inicial da curva tensão vs. deformação não é linear, sendo necessário o uso de outros métodos para a determinação do seu módulo de elasticidade.

7 Propriedades Mecânicas dos Materiais Módulo de elasticidade: fatores influentes: força das ligações atômicas: Ligação forte Ligação fraca separação força Alto E Baixo E E (dF/dr) r 0 r 0 = separação interatômica de equilíbrio

8 Propriedades Mecânicas dos Materiais Módulo de elasticidade: fatores influentes temperatura.

9 Coeficiente de Poisson ( ): definido como sendo a razão entre as deformações lateral e axial. O coeficiente de Poisson pode ser usado para estabelecer uma relação entre o módulo de elasticidade e o módulo de cisalhamento de um material. Propriedades Mecânicas dos Materiais

10

11 Módulos de elasticidade, de cisalhamento e coeficientes de Poisson para várias ligas metálicas à temperatura ambiente.

12 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 materiais cristalinos, pelo movimento das discordâncias). fratura Corpo de prova padrão Deformação elástica Deformação plástica uniforme estricção

13 Propriedades Mecânicas dos Materiais Tipos de material e as curvas de x tensão deformação

14 Propriedades Mecânicas dos Materiais Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento: o escoamento indica o início da deformação plástica do material. elásticaplástica deformação Limite superior de escoamento Limite inferior de escoamento deformação tensão

15 Propriedades Mecânicas dos Materiais Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento elásticaplástica deformação tensão y é determinado pelo método de pré- deformação específica, geralmente de 0,002; ou seja, é a tensão capaz de causar uma deformação permanente de 0,2% no material; O ponto de escoamento (P), também chamado limite de proporcionalidade corresponde à posição na curva onde a condição de linearidade termina, ou seja, onde a lei de Hook deixa de valer.

16 Propriedades Mecânicas dos Materiais 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. tensão deformação frágil dúctil Alongamento percentual: AL % = [(l f – l 0 )/l 0 ]/x100 Redução de área percentual RA % = [(A 0 – Af)/A 0 ]/x100

17 Fratura Frágil x Fratura Dúctil Material dúctil: altas deformação plástica e estocagem de energia antes da fratura; Material frágil: baixas deformação plástica e estocagem de energia antes da fratura;

18 Etapas da fratura: formação de uma trinca; propagação de uma trinca. Os materiais podem fraturar de 2 modos: dúctil e frágil. A diferença se baseia na quantidade de deformação plástica que o material sofre antes de fraturar. (a) fratura altamente dúctil: material sofre longa estricção, a partir de uma determinada tensão, até um único ponto no momento da fratura; (b) fratura moderamente dúctil: material fratura após sofrer alguma deformação plástica; (a) fratura frágil: material fratura sem que ocorra nenhuma deformação plástica;

19 Fratura dúctil: a) início do empescoçamento; b) formação de pequenas cavidades; c) coalescimento de cavidades para formar uma trinca; d) propagação da trinca; e) Fratura por cisalhamento em um ângulo de 45° com relação à direção da carga aplicada. Na fratura dúctil a trinca é estável e só aumenta de tamanho se a carga aplicada sobre o material for aumentada.

20 Fratura frágil: a) não há deformação plástica apreciável; b) trincas se propagam rapidamente; c) trincas se propagam aproximadamente perpendicularmente à direção da carga aplicada; d) propagação da trinca ocorre comumente por clivagem: quebra de ligações atômicas ao longo de planos cristalográficos específicos; Na fratura frágil a trinca é instável e se propaga rapidamente mesmo sem aumento da carga aplicada.

21 Propriedades Mecânicas dos Materiais Propriedades mecânicas típicas de vários metais e ligas em um estado recozido. MPa10 3 psi deformação Comportamento x do ferro com a temperatura.

22 Propriedades Mecânicas dos Materiais Propriedades de tração: Resiliência: capacidade de um material estocar energia quando deformado elasticamente e depois de aliviada a carga, ter essa energia recuperada. o módulo de resiliência U r representa a energia de deformação por volume necessária para tensionar um material de um estado sem carregamento até a sua tensão limite de escoamento. Na região elástica linear: ou

23 Propriedades Mecânicas dos Materiais Deformação plástica: Tenacidade: representa uma medida da capacidade de um material absorver energia até a sua fratura; equivale a área sob a curva x até o ponto de fratura. O diagrama x de engenharia tensão deformação No diagrama de engenharia clássico de tensão vs. deformação, teremos: 1- módulo de elasticidade; 2 – tensão de escoamento; 3 – limite de resistência à tração; 4 – ductilidade: 100x fratura 5 – tenacidade: d Tensão de fratura

24 Propriedades Mecânicas dos Materiais Diagrama real vs. Diagrama de engenharia Tensão (psi) x10 3 Deformação (mm/mm) x Tensão real fratura Tensão de engenharia Diagrama real x : v = F/A i v = ln (l i /l 0 ) Se V i = V 0 : v = (1+ ) v = ln (1+ ) Onde os índices: i = instantâneo 0 = inicial

25 Propriedades Mecânicas dos Materiais 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: tensão deformação verdadeira engenharia corrigida v = K. v n K e n são constantes que dependem da condição do material e são tabelados.

26 Propriedades Mecânicas dos Materiais Recuperação elástica durante uma deformação plástica tensão deformação descarga Reaplicação da carga Recuperação da deformação elástica Diagrama esquemático x em tração, mostrando os fenômenos de recuperação da deformação elástica e encruamento. O limite de escoamento inicial é designado por y0 ; y1 é o limite de elasticidade após a liberação da carga no ponto D e depois sob reaplicação da carga.


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