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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 Para deformações por cisalhamento a relação é equivalente: = G., onde G = módulo de cisalhamento.

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 após o 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

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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 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.

18 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

19 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

20 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

21 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.

22 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.

23 Propriedades Mecânicas dos Materiais 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.

24 Propriedades Mecânicas dos Materiais Técnicas de ensaio de dureza.

25 Propriedades Mecânicas dos Materiais Correlação entre dureza e o limite de resistência a tração LRT (MPa) Número índice de dureza Brinell LRT (10 3 psi) LRT (MPa) = 3,45 x HB LRT (psi) = 500 x HB

26 Propriedades Mecânicas dos Materiais Correlação entre dureza e o limite de resistência a tração Para projetos práticos em engenharia o limite de escoamento é o parâmetro mais importante Tensão de projeto: p = N c N = fator de projeto c = tensão calculada Tensão de trabalho: t = e /N N = fator de segurança e = tensão limite de escoamento


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