RELATRIO: ENSAIO DE TRAO Mecnica dos Slidos 1 Professor: Carlson Aluno: Diego Ribeiro de Souza RECIFE, 17 de agosto de 2011

SUMARIO 1. Introduo 2. Objetivo 3. Normas 4. Parmetros do ensaio 4.1 Parmetros elsticos e de escoamento 4.1.1 Mdulo de elasticidade (E): 4.1.2 Mdulo de elasticidade transversal (G): 4.1.3 Coeficiente de Poisson (n): 4.1.4 Limite de escoamento (syss ou LE): 4.2 Parmetros plsticos 4.2.1 Tenso e deformao verdadeiros (s e e ): 5. Encruamento 6. Caracterizao do ensaio 7. Fontes de erro no diagrama tenso-deformao 8. Concluso 9. bibliografia

1. Introduo No existe ensaio mecnico que preveja completamente o real desempenho mecnico de um material, seja na etapa de produo (conformao, usinagem, etc.), seja na etapa de utilizao (como elemento estrutural, pea automobilstica, painel, etc.). No entanto, o ensaio de trao considerado o teste mecnico que apresenta a melhor relao entre informaes obtidas e custo/complexidade de ensaio. Apesar deste teste possa ser realizado em condies bem distintas daquelas nas quais o material ser requisitado, os parmetros obtidos deste ensaio so o ponto de partida para a caracterizao e especificao. Em termos gerais o teste de trao tem uma s conduta de procedimentos. Basicamente um corpo de prova submetido a uma carga de trao crescente at atingir a ruptura. As medies feitas ao longo do teste que diferem, de acordo com o tipo de comportamento do material. Assim, para materiais frgeis, os parmetros da zona elstica e a tenso de ruptura so identificados no teste. Para os materiais dcteis, necessrio identificar outros parmetros, como as tenses durante a fase no linear de informaes, as tenses durante o escoamento e a tenso mxima antes da ruptura. Devido sua simplicidade e ao grande nmero de informaes que pode ser obtido do ensaio de trao uniaxial dos metais, este ensaio amplamente utilizado e existem muitas normas tcnicas que o regulamentam. O traado da curva feito pelo registro das deformaes na direo da tenso, para cada valor da tenso no processo de carregamento. Obtm-se assim a curva tenso x deformao.

2. Objetivo O ensaio de trao tem como objetivo o estudo da resistncia de um determinado material e a anlise do seu comportamento quando submetido trao. Esse estudo complementa a anlise exigida em grande parte das empresas metal-metalrgico, assim como a qualificao de um material perante a exigncia de empresas e projetos.

3. Normas Os ensaios de trao geralmente so feitos de acordo com as normas da ASTM. Tambm possvel obter outras normas para realizao dos ensaios nas normas: 1. 2. 3. 4. ISO 547 SACMA RM 4 SACMA RM 9 ASTM D 5083

Existem pequenas diferenas entre a ASTM D 3039 e a ISO 547. J a ASTM D 5083 no muito recomendada, pois ela foi desenvolvida para compsitos avanados. O teste da norma D 3039 76 funcionam bem para corpos de prova orthotropic (que possuem diferentes propriedades em diferentes direes ortogonais), pois eles produzem tenses uniformes na pea. A ASTM D 3039/ D 3039 M-00 determina que os corpos de prova tenham uma espessura entre 0,508 a 2,54mm, uma largura de 12,7mm e um vo de no mnimo 12,7 mm para os ensaios de trao longitudinal, ou seja, com as fibras na direo longitudinal. Para os ensaios de trao transversal, ou seja, com as fibras na direo transversal, uma largura de 25,4mm e comprimento til mnimo de 38,1mm. Os tabs so pregados com adesivos nos extremos dos corpos para que as tenses sejam transmitidas das garras da mquina sem danificar os corpos de prova. Os tabs para fixao na mquina de ensaio so de fibra de vidro medindo 60 x 12,75 x 7,4mm para a trao longitudinal e 60x 25,4 x 7,4mm para trao transversal, sendo colados nas extremidades dos corpos de prova. Os tabs so colocados com filme adesivo para reduzir a concentrao de tenses na interface de colagem, e distribuir homogeneamente as foras de agarramento na fixao do corpo de prova na mquina de ensaio e proteger a superfcie do laminado

contra danos. Os tabs so obtidos a partir de laminados de vidro/epxi, que devido as baixo mdulo de elasticidade do compsito, deformam-se elasticamente distribuindo tenses por uma grande rea e absorvendo energia. As figuras abaixo ilustram exemplos de corpos de prova segundo a norma ASTM. [2] Os corpos de prova para o ensaio de trao devem seguir um padro de forma e dimenses para que os resultados dos testes possam ser significativos. No Brasil seguida a norma MB-4 da ABNT que define formatos e dimenses para cada tipo de teste. A seo transversal do corpo de prova pode ser circular ou retangular dependendo da forma e dimenses do produto de onde for extrado.

Se ele for proveniente de uma chapa, placa ou perfil, em geral ter seo

transversal retangular.

Se for proveniente de um corpo de seo circular ou irregular, ou ainda

de dimenses muito grandes, ele ter seo circular.

No caso de peas produzidas por fundio, o corpo de prova obtido

fundindo-se um tarugo contguo pea, que posteriormente usinado.

Em produtos conformados mecanicamente as propriedades mecnicas

variam conforme a direo (anisotropia). A escolha da direo do eixo do corpo de prova dever cuidadosamente determinada.

4. Parmetros do ensaio 4.1 Parmetros elsticos e de escoamento So parmetros de limitada utilidade para o estudo da conformao plstica, mas que permitem o clculo e o dimensionamento das cargas necessrias para provocar a deformao plstica dos materiais. Em geral, nestes casos, pode-se considerar que as deformaes reais e de engenharia so praticamente iguais valores de deformao envolvidos so muito pequenos (da ordem de 0,2%). , pois os

4.1.1 Mdulo de elasticidade (E): Fornece uma indicao da rigidez do material, sendo inversamente proporcional temperatura e pouco dependente de pequenas variaes na composio qumica de elementos cristalinos (como por exemplo, nos aos). Segundo a expresso simplificada da lei de Hooke, o mdulo de elasticidade pode ser expresso como sendo:

Onde a tenso na qual se obtm a deformao real

Esta deformao deve

ser medida por meio de extensmetros para se evitar que a deformao do sistema de testes altere os valores do mdulo de elasticidade medidos.

4.1.2 Mdulo de elasticidade transversal (G): Corresponde rigidez do material quando submetido a um carregamento de cisalhamento, calculado por:

Onde

so as tenses e a respectiva deformao cisalhante que sofre o CP.

4.1.3 Coeficiente de Poisson (n): O coeficiente de Poisson mede a rigidez do material na direo perpendicular quela em que a carga est sendo aplicada, conforme ilustra a figura 1.14. O valor deste coeficiente determinado pela relao entre as deformaes na direo de aplicao de carga e a deformao medida na direo perpendicular ( ou ).

Deformaes de engenharia (ou convencionais) experimentadas por uma barra prismtica submetida a um carregamento unidirecional (como em um ensaio de trao), Helman e Cetlin.

4.1.4 Limite de escoamento (syss ou LE): Pode-se afirmar que o principal parmetro obtido do ensaio de trao, prestando-se para clculos de projeto estrutural (onde necessrio que o material no entre em deformao plstica) quanto para conformao plstica (quando desejado facilidade de deformao plstica do material). Normalmente quando um material tem suas propriedades mecnicas fixas por uma norma de qualidade, a varivel mais utilizada o limite de escoamento. Em um ensaio de trao, existem dois tipos de comportamento no que diz respeito determinao do limite de escoamento, materiais que apresentam um ponto descontnuo na curva teso vs deformao e materiais que apresentam escoamento contnuo (mudam do comportamento elstico para o plstico continuamente). No segundo caso, quando mais difcil determinar o exato limite de escoamento, as normas de execuo dos ensaios sugerem defini-lo como sendo a tenso para uma deformao entre e=0,2% a at e=0,5% para materiais excessivamente dcteis. Em ambos os casos, a deformao elstica do CP praticamente desprezvel e a rea real do material aproximadamente igual sua rea inicial (Ayss 0), o que A leva definio de limite de escoamento com o sendo igual a:

Onde Fys a fora exercida pelo sistema de testes sobre o CP de rea inicial A0.

4.2 Parmetros plsticos Os parmetros plsticos, medidos em um ensaio de trao, permitem avaliar seu desempenho sob conformao plstica. No caso da utilizao destes parmetros para avaliar a conformabilidade do material, deve-se levar em considerao as condies de carregamento e modo de deformao especficos do ensaio de trao.

4.2.1 Tenso e deformao verdadeiros (s e e ): A deformao real ou verdadeira no processo de carregamento pode ser estabelecida imaginando-se uma seqncia de etapas de carregamento onde o corpo alonga-se de um valor l. Tomados intervalos li muito pequenos, ou seja, aumentando indefinidamente o nmero de etapas i, a deformao pode ser definida como:

onde

l

o

comprimento

instantneo

do

corpo

tracionado.

Ou, na forma diferencial:

Que integrada resulta em:

Ao

valor

acima

se

d

o

nome

de

deformao

verdadeira.

Neste caso, se o carregamento feito em etapas. Por analogia ao caso da deformao de engenharia, as deformaes sero:

Com isto v-se que a deformao verdadeira uma grandeza aditiva. Similarmente, define-se a tenso verdadeira como:

Se o valor de tomado constante, sobre uma determinada seo transversal, isto , se a fora uniformemente distribuda sobre a rea da seo, tem-se:

Onde A o valor instantneo da rea da seo transversal. Deve-se ter em mente que o valor da tenso verdadeira um valor instantneo de tenso, portanto independente das dimenses originais do corpo carregado.

5. Encruamento O fenmeno do encruamento acontece para materiais solicitados alm do limite elstico. Ver os fundamentos em: Trabalho a Frio. Os tempos de relaxao para os metais e suas ligas em temperatura ambiente, em geral so to longos, que o equilbrio raramente atingido e por isto que apresentam a caracterstica de endurecerem-se por deformao: o encruamento. Assim, para

prosseguir o processo de deformao plstica, o nvel de tenso deve ser cada vez maior, at ser atingido o limite de resistncia (saturao plstica) e forma-se a estrico, seguida da ruptura do metal. Nota: O tempo de relaxao uma medida da mobilidade das cadeias atmicas e depende da estrutura cristalina e da temperatura. Qualquer metal ou liga metlica que tenha sido mecanicamente solicitado a certo nvel de tenso, experimentar um decrscimo gradual da resistncia com o tempo. Este fenmeno denominado Relaxao de Tenso, de interesse tanto prtico quando fundamental, oferece um meio para estudar a deformao dinmica dos metais.

6. Caracterizao do ensaio Equipamento: Mquina Instron 8801 Servo-hidrulica Material ensaiado (descrio): Corpo de prova cilndrico: dimetro menor: 6 mm Dimetro maior: 8 mm Comprimento: 28 mm Material: ao SAE 1020 Metodologia Preparao do corpo de prova para o ensaio de trao: 1. 2. Identificar o material do corpo de prova. H a usinagem da matria-prima com fim de obter o corpo de prova de

acordo com a norma ASTM E 8M-90. 3. Medir o do corpo de prova utilizando um paqumetro.

Fixa-se o corpo de prova na mquina por suas extremidades (o corpo de prova preso por garras), numa posio que permite ao equipamento aplicar-lhe uma fora axial de trao. A mquina de trao hidrulica, movida pela presso de leo, e est ligada a um dinammetro que mede a fora aplicada ao corpo de prova. Insere os valores obtidos do corpo de prova no software. E este traa um grfico de tenso por deformao. A fora de trao aplicada at haver ruptura do corpo de prova. Procedimento de segurana Utilizao de protetor auricular para a proteo contra rudos. Comportar-se adequadamente ao ambiente: manter o silncio e evitar movimentos bruscos.

Realizaremos experimentalmente.

uma

anlise

do

grfico

do

ensaio

de

trao

obtido

Comparando o grfico tenso x deformao com a figura 1, observamos que o corpo de prova do material ensaiado dctil. O limite de resistncia mecnica (u) obtido diretamente do grfico e o ponto de mxima tenso ou no quadro fornecido (tensile stress at maximum load).

u=645,75MPa O limite de escoamento (e) pode ser obtido pela interseco da curva tenso x deformao com uma reta paralela a parte que representa a deformao elstica do grfico deslocada de 0,2% ou no quadro fornecido (tensile stress at Yield (offset 0.2%)). e=241,86MPa O mdulo de elasticidade (E) pode ser encontrado pela tangente da reta que representa a deformao elstica do corpo no grfico ou no quadro fornecido (modulus (E-modulus)) E= 19,77 GPa Limite de ruptura (r) obtido diretamente a partir do ponto final do grfico. r= 460MPa O alongamento calculado subtraindo o comprimento inicial do comprimento final e dividindo o resultado pelo comprimento inicial. A= 4,14/30=0.138=13.8% H tambm a resilincia cujo mdulo igual rea sob a curva tenso x deformao at o escoamento. E a tenacidade cujo mdulo toda a rea sob a curva tenso x deformao. Valor Propriedades mecnicas experimental Mdulo de elasticidade Limite de escoamento Limite mecnica Limite de ruptura Alongamento 460MPa 13,8% 360MPa 25% de resistncia 645,75MPa 380GPa 19,77GPa 241,86MPa 170GPa 210GPA Valor tericos

Como pode ser observado no quadro comparativo houve uma grande discrepncia entre os valores experimentais e os valores tericos. Essa diferena pode ser explicada pelos valores das medidas do corpo de prova no apresentarem a preciso especificada pela norma utilizada, mas a utilizao destes foi aceita por se tratar de apenas uma atividade didtica. Alm dos erros de detalhes de execuo do ensaio. E a composio do material, pois no sabemos se realmente igual a do ao 1020.

7. Fontes de erro no diagrama tenso-deformao Muitos fatores influenciam o diagrama tenso deformao. Se eles no forem devidamente controlados, srios erros podem ser gerados, invalidando os testes. So muito comuns as seguintes fontes de erro: O extensmetro no teste de metais, a deflexo do quadro de carga (composta pelas colunas da mquina, cabeote e mesa) em relao deformao do corpo de prova pode ser grande suficiente para introduzir um, erro significativo. Portanto o extensmetro a ser usado para teste de metais dever medir somente a deformao do corpo de prova. Em geral os extensmetros so ligados diretamente no corpo de prova, mas deve-se lembrar que h possibilidade de usar sistemas de medio sem contato. As principais caractersticas de um extensmetro so: 1. 2. 3. 4. 5. O mecanismo de fixao As pontas em faca O comprimento de medio O movimento percentual A preciso

O escorregamento devido ao ajustamento precrio do mecanismo de fixao e/ou de pontas desgastadas podem resultar numa curva tenso x deformao

indeterminada.O escorregamento a fonte mais comum de erros em testes com metais. Um programa adequado de manuteno deve ser estabelecido para garantir que as pontas sejam substitudas quando desgastadas e que as molas e garras criem presso suficiente sobre o corpo de prova. Comprimentos de medio padro para extensmetros so em geral 1 2 e 8. O comprimento de medio necessrio depende do tamanho do corpo de prova e do mtodo de teste. Deve ser tomado cuidado para fixar o comprimento de medio na hora de fixar o extensmetro. O ajustamento adequado e a operao das paradas mecnicas eliminam os erros de comprimento de medio. O curso total do movimento do extensmetro deve ser compatvel com o alongamento total do corpo de prova. Um extensmetro com curso muito grande pode tornar difcil medir o mdulo E com preciso. Um extensmetro com curso insuficiente poder impedir completamente a medio de alguns parmetros. Muitos mtodos de teste exigem a seleo de extensmetros dentro de um grau estabelecido de preciso. recomendado que estas escolhas e procedimentos sejam feitos antes de cada medio. As garras de fixao da mquina de ensaio - garras de aperto (em v) so as mais comuns para testes com metais. medida que a carga axial aumenta, as garras agem no sentido de aumentar a presso de aperto sobre o corpo de prova. As garras podem ser ajustadas manualmente, hidraulicamente ou pneumaticamente. Para grande volume de testes so recomendados ajustes hidrulicos ou pneumticos. Garras de fixao com superfcies sujas ou desgastadas podem resultar em escorregamento do corpo de prova, o que invalida o diagrama tenso-deformao. Portanto as superfcies devero ser inspecionadas periodicamente. Insertos desgastados devem ser substitudos e insertos sujos limpos com escova.

importante o alinhamento do corpo de prova com as garras na montagem do teste. Desvios de alinhamento causaro o aparecimento de tenses de flexo e diminuio dos valores lidos da tenso de trao. Este erro poder inclusive causar a ruptura do corpo de prova em ponto fora da regio de medida. Algumas mquinas de teste requerem o uso de contra-porcas para manter as morsas em posio. As contraporcas devem ser apertadas com a mquina carregada na sua capacidade mxima de carga usando-se um corpo de prova especfico para ajuste. O corpo de prova: a maioria dos mtodos de teste exige um formato de corpo de prova que concentra as tenses dentro da regio de medida. Se o corpo de prova no bem usinado poder quebrar fora da regio de medida, resultando em erro na deformao. Leituras errneas das dimenses do corpo de prova criam erros para o clculo das tenses. Paqumetros, micrmetros ou outros instrumentos usados para a medio dos corpos de prova devero ser verificados e/ou substitudos. Outras fontes de erro: a forma e a magnitude do diagrama tenso-deformao podem ser afetadas pela velocidade do carregamento. Por exemplo, alguns materiais apresentam um significativo aumento da resistncia trao quando as velocidades de carregamento so mais altas. Portanto necessrio usar uma velocidade de carregamento compatvel com o mtodo de teste. Componentes desgastados da mquina de teste podem resultar em

desalinhamento, criando tenses de flexo indesejveis. A mquina deve ser verificada e acionada para o curso previsto no teste, assegurando-se a concentricidade do cabeote para todo o curso de elevao. Com a introduo dos sistemas de teste com micro-processamento , as cargas podem inadvertidamente ser zeradas, resultando em leituras reduzidas para as tenses.

Para evitar este erro recomenda-se fixar o corpo de prova na morsa superior, zerar a carga, e finalmente fixar a extremidade inferior.

7. Concluso

Apesar da grande discrepncia apresentada entre os valores experimentais das propriedades mecnicas e os valores tericos. O ensaio de trao foi de grande importncia para termos um conhecimento prtico deste assunto. Alm de aprendermos a obter as propriedades mecnicas, atravs dos grficos, necessrias engenharia de determinado material. Por fim essa diferena nos resultados nos faz perceber a importncia da utilizao da norma e fazer uma maior verificao dos detalhes prticos.

8. Bibliografia HIBBELER, R.C. Resistncia dos Materiais, 3. Ed., Editora Livros Tcnicos e Cientficos, 2000; BEER, F.P. e JOHNSTON, E.R.. Resistncia dos Materiais, 4. Ed., Makron Books; JR, William D. Callister. Cincias e Engenharia de Materiais: Uma Introduo. Ed. LTC, 5 ed. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ensaio_de_tra%C3%A7%C3%A3o http://home.utad.pt/~pontesfct/Relatorios_ficheiros/Relatorio_Execucao_Material_Jan0 9.pdf http://www.abnt.org.br/cb04/admin/Proj%20Rev%20NBR%206152.pdf http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6520-ensaio-de-trao