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Propriedades Mecânicas
dos Materiais
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Introdução Conceitos de tensão deformação Deformação elástica Deformação plástica
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Por que estudar as propriedades mecânicas dos materiais?
Necessário para o projeto de estruturas/componentes de materiais predeterminados
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A queda de um guindaste de 500 toneladas matou dois operários na obra do estádio do Corinthians, que pretende sediar a abertura da Copa do Mundo, no dia 27 de novembro de Segundo noticiários, o acidente, que matou Fábio Luiz Pereira (42) e Ronaldo Oliveira dos Santos (44), ocorreu durante o intervalo do almoço; se assim não o fosse, a tragédia, lamentavelmente, poderia ser ainda maior.
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Cae puente en Belo Horizonte
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Como verificamos as propriedades mecânicas dos materiais?
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Quais são os fatores considerados durante o ensaio?
Tração Quais são os fatores considerados durante o ensaio? Natureza da carga aplicada Duração da aplicação Condições ambientais Tempo de aplicação Como fazer o ensaio?
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ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
As normas técnicas mais comuns são elaboradas pelas: ASTM (American Society for Testing and Materials) ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
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TIPOS DE TENSÕES QUE UMA ESTRUTURA ESTA SUJEITA
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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...
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CLASSIFICAÇÃO DOS Ensaios Mecânicos
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Conceitos de tensão e deformação
Se uma carga é estática ou se ela se altera de uma maneira relativamente lenta ao longo do tempo e é aplicada uniformemente sobre uma seção reta ou superfície de um membro, o comportamento mecânico pode ser verificado mediante um ensaio de tensão-deformação.
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Ensaio de tração 'Normas ASTM E 8 e E 8M. "Standard Test Methods for Tension Tesiing of Meiallic Materials" (Métodos Padrões de Ensaio para Testes de Tração em Materiais Metálicos).
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O resultado de um ensaio de tração é dado em carga ou força em função do alongamento
Tensão de engenharia = F/Ao Kgf/cm2 ou Kgf/mm2 ou N/ mm2 Deformação de engenharia Deformação()= lf-lo/lo= l/lo = deformação l0 = comprimento inicial da amostra li = comprimento instantâneo = tensão (MPa, Kgf/cm2, Kgf/mm2, N/ mm2) F = força (carga) aplicada (N ou lbf) A0 = área da seção reta transversal (cm2, mm2)
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II I II I
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Deformação elástica Lei de Hooke Modulo de elasticidade = Resistência
= tensão E = módulo de elasticidade (módulo de Young) (Gpa o psi) = deformação Modulo de elasticidade = Resistência do material à deformação elástica.
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Resumindo 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)
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Existem alguns materiais (por exemplo o ferro fundido cinzento, o concreto e muitos polímeros para os quais essa porção elástica inicial da curva tensão-deformação não é linear
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Modulo de elasticidade = Resistência
do material à deformação elástica.
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Deformação elástica Lei de Hooke Modulo de elasticidade = Resistência
= tensão E = módulo de elasticidade (módulo de Young) (Gpa o psi) = deformação Modulo de elasticidade = Resistência do material à deformação elástica.
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Deformação plástica I II I II
O Escoamento é definido como o nível de tensão onde a deformação plástica tem inicio. limite de escoamento: Resistência de um metal à deformação plástica. I II I II
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA fenômeno do pico de escoamento descontínuo
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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
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Escoamento e limite de escoamento
Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns metais de natureza dúctil, como aços com baixo teor de carbono. Caracteriza-se por um grande alongamento sem acréscimo de carga. Após o ponto de escoamento ocorre a deformação plástica (não-reversível). A lei de Hooke não é mais válida ! Em nível atômico, a deformação Plástica é causada pelo “deslizamento”, onde ligações atômicas são quebradas pelo movimento de deslocamento, e novas ligações são formadas.
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RECUPERAÇÃO ELÁSTICA DURANTE UMA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
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Propriedades elásticas dos materiais
Ao se aplicar uma força axial de tração em um corpo deformável esse corpo se alonga e ao mesmo tempo se contrai lateralmente
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Limite de “Resistência à Tração”
O “Limite de Resistência à Tração” - LRT, corresponde à tensão máxima (ponto M) aplicada ao material antes da ruptura. (se esta tensão for mantida ocorrerá a fratura do material)
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Ductilidade Representa uma medida do grau de deformação plástica que o material suportou quando de sua fratura, ou seja, corresponde ao alongamento total do material devido à deformação plástica.
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Materiais frágeis: são considerados, de maneira aproximada, como sendo aqueles que possuem uma deformação de fratura que é inferior a 0,5%.
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comportamento tensão-deformação do ferro variando em função da temperatura
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Resiliência É a capacidade de um material absorver energia quando este é deformado elasticamente e depois, com o descarregamento, ter essa energia recuperada.
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Dessa forma, os materiais resilientes são aqueles que possuem limites de escoamento elevados e módulos de elasticidade pequenos
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Tenasidade Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura. Para pequenas taxas de deformação, a tenacidade é determinada pela área da curva de tensão-deformação (teste de tração) Para condições de carregamento dinâmicas (elevada taxa de deformação), a tenacidade à fratura é uma propriedade indicativa da resistência do material à fratura quando este possui uma trinca. Para que um material seja tenaz, ele deve apresentar tanto resistência como ductilidade. Os materiais dúcteis são normalmente mais tenazes que os frágeis;
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Tenasidade
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A haste de alumínio mostrada na figura (a) tem seção transversal circular e está submetida a uma carga axial de 10 kN. Se uma parte do diagrama tensão-deformação do material é mostrado na figura (b), determinar o alongamento aproximado da haste quando a carga é aplicada. Suponha que Eal = 70 GPa.
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A partir do comportamento tensão-deformação em tração para um corpo de proba de latão determine:
O modulo de elasticidade. A tensão limite de escoamento. A carga máxima que pode ser suportada por um corpo de proba cilíndrico que possui um diâmetro original de 12,8 mm Variação no comprimento de um corpo de prova que tenha originalmente 250 mm de comprimento e que esteja submetido a uma tensão de tração de 345 MPa
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Propriedades Mecânicas Vs Temperatura
A temperatura é uma variável que influencia as propriedades mecânicas dos materiais. O aumento da temperatura provoca: -- Módulo de Elasticidade (Parametro mecânico insensível ) Limite de escoamento Tensão máxima de tração ductibilidade Comportamento tensão deformação para o ferro em três temperaturas.
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TENSÃO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRAS
No cálculo da tensão de deformação ( = F/A0) não é levado em consideração a variação da área da seção reta (A0). TENSÃO VERDADEIRA: v = F/Ai DEFORMAÇÃO VEDADEIRA: v = ln (li/l0) Onde: Ai = é a área da seção transversal instantânea (m2) li = comprimento instantâneo l0 = comprimento inicial *Se não há variação de volume Ai.li = A0.l0 * v = ln (Ai/A0)
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TENSÃO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRAS
RELAÇÃO ENTRE TENSÃO VERDADEIRA E CONVENCIONAL: v = (1+ ) RELAÇÃO ENTRE DEFORMAÇÃO VERDADEIRA E CONVENCIONAL: v = ln (1+ ) As equações acima são válidas apenas para situações até a formação do pescoço. A partir deste ponto, a tensão e deformação verdadeiras devem ser computadas partir de medições de carga (força), da área da seção reta e do comprimento útil reais.
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TENSÃO E DEFORMAÇÃO VERDADEIRAS
Durante a formação do pescoço existe um estado de “tensão complexo” na região do pescoço, devido a existência de componentes de tensão além da tensão axial. Deste modo a curva de tensão correta (axial) x deformação deve ser corrigida pela expressão: correta v = k.vn K (coefic. de resistência) e n (coefic. de encruamento) são constantes que dependem do material e do tratamento (térmico ou por encruamento) dado ao material.
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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)
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K e na para alguns materiais
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Um corpo de prova cilíndrico, de aço, com diâmetro original de 12,8 mm (0,505 pol.) é testado sob tração até a sua fratura, sendo determinado que ele possui uma resistência à fratura oy, expressa em tensão de engenharia de 460 MPa ( psi). Se o seu diâmetro da seção reta no momento da fratura é de 10,7 mm (0,422 pol.), determine: (a) A ductilidade em termos da redução de área percentual. (b) A tensão verdadeira no momento da fratura.
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Um corpo de prova cilíndrico, de aço, com diâmetro original de 12,8 mm (0,505 pol.) é testado sob tração até a sua fratura, sendo determinado que ele possui uma resistência à fratura σf, expressa em tensão de engenharia de 460 MPa ( psi). Se o seu diâmetro da seção reta no momento da fratura é de 10,7 mm (0,422 pol.), determine: (a) A ductilidade em termos da redução de área percentual. (b) A tensão verdadeira no momento da fratura Calcule o expoente de encruamento n na para uma liga cuja tensão verdadeira de 415 MPa ( psi) produz umade formação verdadeira de 0,10; suponha um valor de 1035 MPa ( psi) para K.
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Propriedades Mecânicas
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Dureza Representa a resistência de um material a uma deformação plástica localizada (penetração, risco); Para medir dureza um pequeno penetrador é forçado contra a superfície do material a ser testado, sob condições controladas de carga e taxa de aplicação. Faz-se então a medida da profundidade ou do tamanho da impressão que por sua vez é relacionada a um índice de dureza: quanto mais macio o material, maior e mais profunda é a impressão e menor é o índice de dureza; Ao contrário de outras propriedades como limite de escoamento, de resistência, tenacidade e outras a dureza não é uma grandeza absoluta => depende da técnica (máquina, carga, tipo de penetrador) => cuidado deve ser tomado ao se comparar durezas obtidas por técnicas diferentes
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Nota: a espessura da peça tem que ser maior a 17 vezes d
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LIMITAÇÃO DO MÉTODO BRINELL
Não pode ser utilizado para peças muito finas e não é aplicável à materiais muito duros, como aço duro temperado, metal duro e outros de dureza idêntica ou superior à das esferas penetradoras
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Correlação entre dureza e limite de resistência à tração
Ensaios de dureza Correlação entre dureza e limite de resistência à tração Tanto a dureza quanto o limite de resistência à tração são medidas de resistência do material à deformação plástica. Sendo assim, eles são praticamente proporcionais para alguns metais como ferro fundido, aço e latão; Como regra geral para a maioria dos aços, a HB e o limite de resistência à tração estão relacionados de acordo com as expressões:
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Dureza Vickers
