Ciência e Tecnologia de Materiais Prof. Ms. Patrícia ... · acúmulo de energia inelástica de...
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Ensaios e propriedades Mecânicas em Materiais
FACULDADE SUDOESTE PAULISTA
Ciência e Tecnologia de Materiais
Prof. Ms. Patrícia Corrêa
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• Os ensaios mecânicos consistem num conjunto de procedimentos normalizados, que permitem caracterizar o comportamento dos materiais quando solicitados a esforços.
• Determina as propriedades mecânicas dos materiais.
Ensaios Mecânicos
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Classificação dos ensaios mecânicos
Tração;
Compressão;
Cisalhamento;
Dobramento/Flexão;
Embutimento;
Torção;
Dureza;
Impacto
• Ensaios destrutivos: são aqueles que deixam algum sinal na peça ou no corpo de prova submetido ao ensaio, mesmo que estes não fiquem inutilizados.
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• Tipos de Ensaios Mecânicos - Tensão
Tração
Compressão
Cisalhamento
Torção
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Dobramento/Flexão
Embutimento
Impacto
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Dureza
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Classificação dos ensaios mecânicos
Visual;
Líquido penetrante;
Partículas magnéticas;
Ultra-som;
Radiografia industrial.
• Ensaios não destrutivos: são aqueles que após sua realização não deixam nenhuma marca ou sinal e, por consequência, nunca inutilizam a peça ou corpo de prova.
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Líquido penetrante – não magnéticos Partículas Magnéticas
–magnéticos
Ultra-som
Radiografia Industrial
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Leitura gráfica de ensaios Tensão x Deformação
Limite de proporcionalidade/elasticidade
Limite de escoamento
Limite de resistência
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Propriedades Mecânicas dos Materiais
Propriedades analisadas:
1. Elasticidade/Plasticidade - Deformações
elástica plástica
tens
ão
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.
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Propriedade elástica • 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 Hooke: = E. ;
Descarga
Coeficiente angular = E
Carga
tens
ão
deformação
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• Observe a deformação na tração:
Célula de carga
Corpo de prova Extensômetro
Detalhe do início da estricção do material
Gráfico de x do material ensaiado
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• 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.
Há fatores que influenciam o
coeficiente de deformação elástica?
Sim! Temperatura
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• 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
Corp
o de
pro
va p
adrã
o
Deformação elástica
Deformação plástica uniforme
estricção
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2. Ductilidade/Fragilidade
Ductilidade: É a capacidade do material, de experimentar deformações inelásticas sem a perda de sua capacidade resistente, atingindo a ruptura após um considerável acúmulo de energia inelástica de deformação. A ductilidade é uma medida da capacidade do elemento estrutural se deformar antes que a ruptura ocorra. Fragilidade: Materiais frágeis se rompem facilmente, ainda em deformação elástica. Não costumam apresentar altos graus de deformação antes da ruptura.
tens
ão
tens
ão
tens
ão
deformação deformação deformação
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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;
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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.
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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.
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3. Tenacidade:
representa a medida da capacidade de um material absorver energia até a sua fratura. Quão maior for a distribuição da energia recebida, maior o tempo até a ruptura.
4. Resiliência:
capacidade de absorver deformação no regime elástico;
te
nsão
deformação
Tensão de fratura
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4. Maleabilidade: Materiais que se permitem moldar a temperatura ambiente.
5. Friabilidade: Materiais que não se permitem moldar a temperatura ambiente e se apresentam quebradiços.
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6. Dureza Resistência do material a deformação plástica Ensaios por penetração, risco ou choque.
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7. Fadiga – cansaço (50 a 90%) Ruptura progressiva de materiais sujeitos a ciclos repetidos de tensão ou
deformação. A fadiga é uma redução gradual da capacidade de carga do
componente, pela ruptura lenta do material.
Ocorre sob solicitações bastante inferiores ao limite de resistência do metal ou
outros materiais, isto é, na região elástica. É consequência de esforços
alternados, que produzem trincas, em geral na superfície, devido à
concentração de tensões.
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8. Fluência É o fenômeno de deformação lenta, sob ação de uma carga constante aplicada durante longo período de tempo.
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9. Flambagem: Ou encurvadura é um fenômeno que ocorre em peças esbeltas (peças onde a área de secção transversal é pequena em relação ao seu comprimento), quando submetidas a um esforço de compressão axial. A flambagem acontece quando a peça sofre flexão tranversalmente devido à compressão axial. A flambagem é considerada uma instabilidade elástica, assim, a peça pode perder sua estabilidade sem que o material já tenha atingido a sua tensão de escoamento.