Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial

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1 Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial
Tensão e deformação Ensaios: Tração Compressão Cisalhamento Torção

2 Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial
Tensão e Deformação Cálculo da tensão (Para tração e compressão): Onde: σ= Tensão F= Força normal à seção transversal Ao= Área original da seção transversal Cálculo da deformação (Para tração e compressão): Onde: ∈= Deformação li= Comprimento instantâneo lo= Comprimento original

3 Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial
Deformação Elástica Resiliência Onde: σ= Tensão E= Módulo de elasticidade (ou módulo de Young) ∈= Deformação

4 Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial
Deformação Plástica Tensão Limite de Escoamento

5 Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial
Deformação Plástica Tensão Limite de Resistência à Tração Localização da Deformação plástica através da estricção. Empescoçamento. Critério de Considère dσ/dε = σ

6 Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial
Deformação Plástica %AL Ductilidade x Tenacidade Onde: %AL= Alongamento percentual lf= Comprimento na fratura lo= Comprimento original Onde: %RA= Redução de área percentual Af = Área final Ao = Área original

7 Curvas de Tração para o Ferro
Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Curvas de Tração para o Ferro

8 Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial
Deformação Plástica Tensão verdadeira Tensão verdadeira e deformação verdadeira σv Deformação verdadeira ∈v Onde: σv = Tensão verdadeira F= Força normal à seção transversal Ai= Área instantânea da seção transversal ∈v = Deformação verdadeira li= Comprimento instantâneo lo= Comprimento original

9 Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Propriedades Mecânicas

10 Efeito do Sistema Deformante
Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Efeito do Sistema Deformante Um gráfico carga vs. deslocamento (Pi vs. lTi) produzido por um ensaio de tração é influenciado pela elasticidade do sistema deformante; Entende-se por sistema deformante toda a região fora do comprimento útil da amostra (l0), compreendendo parte do corpo de prova, garras, travessão de aplicação de carga, etc; A influência da elasticidade do sistema (Ks) será tão maior quanto menor for sua rigidez (resistência à deformãção elástica); Traçar uma curva tensão nominal vs. deformação nominal sem excluir os valores elásticos do sistema deformante resulta em erros. OBS: Exemplos baseados em resultados reais para um ensaio de tração em uma liga de alumínio D16T.

11 Gráfico Carga vs. Alongamento
Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Gráfico Carga vs. Alongamento (mm)

12 Tratamento Matemático
Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Tratamento Matemático ( ) l i p e a D + Alongamento elásto-plástico da amostra Alongamento elasto-plástico total Alongamento elástico total Alongamento elástico da amostra l Ti D k P s i E A l P o i

13 Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial

14 Tensão Verdadeira vs. Deformação Verdadeira
Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Tensão Verdadeira vs. Deformação Verdadeira Uma vez que a deformãção elástica é não permanente, a deformação verdadeira é considerada somente a parcela plástica da deformação; Os valores são obtidos a partir da curva tensão nominal vs. deformação nominal.

15 Tratamento Matemático
Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Tratamento Matemático A partir dos valores obtidos, obtem-se um polinômio que melhor se ajuste à curva original; A partir desse polinômio, traça-se uma nova curva tensão verdadeira vs. deformação verdadeira ajustada; Os cálculos da cinética da deformação plástica são obtidos a partir da curva ajustada.

16 Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial
Comparação A seguir aparecem 3 exemplos práticos; A curva não corrigida A inclui as informações elasto-plásticas tanto da amostra quanto do sistema deformante; Aplicando a correção, mas ainda deixando os valores elásticos da amostra, gera a curva não corrigida B; A curva corrigida leva em conta somente valores plásticos.

17 Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial
Comparação

18 Tratamento Matemático
Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Tratamento Matemático Equações empíricas buscam descrever o comportamento do material durante a deformação plástica; São determinados matematicamente os estágios de encruamento; As equações mais utilizadas são as de Hollomon, Ludwig e Swift.

19 Tratamento Matemático
Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Tratamento Matemático Hollomon -  = Ken Normalmente descreve curvas que apresentam um único estágio de encruamento; Em um gráfico logarítmico o traço é uma reta; K representa um coeficiente de resistência enquanto n é o expoente de encruamento. Ludwig -  = 0 + Ken Descreve um ou mais estágios de encruamento; Em um gráfico logarítmico o traço é parabólico ou linear; 0 representa uma tensão de escoamento. Swift -  = K(ε+ ε0)n Em um gráfico logarítmico o traço é hiperbólico ou linear; ε0 representa uma deformação inicial.

20 Obtenção dos Estágios de Encruamento
Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Obtenção dos Estágios de Encruamento A partir da curva tensão verdadeira vs. deformação verdadeira ajustada, aplicar o logarítimo nos dois eixos (Hollomon) e depois traçar a derivada (Ludwig e Swift); Fazer ajustes lineares convenientes; A partir das equações constitutivas linearizadas, identificar os valores de inclinação (m) das retas ajustadas e de b. Equação da reta: y – y0 = m(x – x0) Hollomon linearizada: ln σ = ln K + n * ln ε Ludwig derivada - linearizada: ln dσ/dε = ln(n*K) + (n-1)*ln ε Swift derivada – linearizada: ln dσ/dε = ln(n) + 1/n * ln(k) + ((n-1)/n) * ln (σ)

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22 Monocristais III II  I  Estágio I – Deslizamento Fácil
Estágio II – Encruamento Estágio III – Recuperação Dinâmica II  I 

23 Estágios de Encruamento
Estágio I – Deslizamento Fácil Baixa densidade de discordâncias, logo, há pouca restrição à movimentação das mesmas (não há interação entre discordâncias). A tensão cresce muito pouco com a deformação; Estágio II – Encruamento A densidade de discordâncias aumenta muito rápido, as discordâncias começam a interagir, encruando o material. A tensão cresce muito com a deformação; Estágio III – Recuperação Dinâmica A densidade de discordâncias está próxima a de saturação, podendo formar arranjos que minimizem a energia total do sistema (sub-grãos). A tensão cresce menos com a deformação.

24 Policristais σn εn III II
SÓ POSSUEM OS ESTÁGIOS II E III (em alguns casos apresentam um estágio de comportamento semelhante ao de deslizamento fácil e há estudos sobre estágios IV e V em ensaios em temperaturas elevadas) εn

25 Arranjos de Discordâncias
Estágio II Estágio III Encruamento Linear Encruamento Parabólico (concavidade negativa) Pequeno alívio de tensão Grande alívio de tensão Estrutura Celular Sub-grãos Mais atuante em materiais de elevada resistência mecânica Mais atuante em materiais de elevada ductilidade

26 Dureza Resistência do material à deformação plástica localizada
Qualitativa: Mohs: Talco: 1; Diamante: 10 Quantitativas: Uso de indentadores, carga aplicada com certa taxa Indentação: profundidade ou diâmetro Testes simples e rápido, não destrutivo, correlacionável com parâmetros de tração e outros

27 Técnicas de Medida de Dureza
espessura Mais simples e popular 20<Dureza<100

28 Escalas de Dureza Apatita Topázio KAlSi3O8 Ca3(PO4)2(OH, F, Cl)
Al2O3 + Fe, Ti, Cr KAlSi3O8 Apatita Ca3(PO4)2(OH, F, Cl) Topázio Al2SiO4(F,OH)2