Propriedades Mecânicas dos Materiais

Apresentação em tema: "Propriedades Mecânicas dos Materiais"— Transcrição da apresentação:

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

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

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

4 Propriedades Mecânicas dos Materiais
Comportamento  x : elástica plástica 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. tensão deformação

5 Coeficiente angular = E
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/m2. Descarga tensão Coeficiente angular = E Carga deformação

6 Propriedades Mecânicas dos Materiais
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. 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.

7 r0 = separação interatômica de equilíbrio
Propriedades Mecânicas dos Materiais Módulo de elasticidade: fatores influentes: força das ligações atômicas: Ligação forte Alto E separação Baixo E força Ligação fraca E ≈ (dF/dr) r0 r0 = separação interatômica de equilíbrio

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

9 Propriedades Mecânicas dos Materiais
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.

10 Propriedades Mecânicas dos Materiais

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

12 Deformação plástica uniforme
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). estricção fratura Corpo de prova padrão Deformação plástica uniforme Deformação elástica

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

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

15 Propriedades Mecânicas dos Materiais
Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento elástica plástica 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. tensão deformação

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. frágil dúctil Alongamento percentual: AL % = [(lf – l0)/l0]/x100 tensão Redução de área percentual RA % = [(A0 – Af)/A0]/x100 deformação

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 formação de uma trinca; propagação de uma trinca.
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 a) não há deformação plástica apreciável;
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. Comportamento  x  do ferro com a temperatura. MPa 103 psi deformação

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 Ur 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 de fratura 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 deformação

24 Propriedades Mecânicas dos Materiais
Diagrama real vs. Diagrama de engenharia fratura Diagrama real  x  : v = F/Ai v = ln (li/l0) Tensão real Tensão (psi) x103 Tensão de engenharia Se Vi = V0 : v =  (1+ ) v = ln (1+ ) fratura Onde os índices: i = instantâneo 0 = inicial Deformação (mm/mm) x 10-2

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: verdadeira v = K.vn K e n são constantes que dependem da condição do material e são tabelados. corrigida tensão engenharia deformação

26 Propriedades Mecânicas dos Materiais
Recuperação elástica durante uma deformação plástica 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. descarga tensão Reaplicação da carga deformação Recuperação da deformação elástica