Profa. Gisele Rocha

PROPRIEDADES MECÂNICAS

Faculdade Anhanguera de Piracicaba

Materiais de Construção Mecânica II

A determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas é muito importante para a escolha do material para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e fabricação do componente.

As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos à esforços mecânicos.Estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável.

Conceito de Propriedade Mecânica

A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios mecânicos:

• Utilizam-se corpos de prova (amostra do material) para o ensaio mecânico, já que por razões técnicas e econômicas quase nunca é praticável realizar o ensaio na própria peça.

• Usam-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis.

Conceito de Propriedade Mecânica

Classificação dos Ensaios Mecânicos

QUANTO À INTEGRIDADE:

DESTRUTIVOSProvocam a inutilização parcial ou total da peçaEx: Tração, Dureza, Fadiga, Fluência, Torção, Flexão, Impacto, Tenacidade

NÃO-DESTRUTIVOSNão comprometem a integridade da peçaEx: Raios-X, Raios-γ, Ultra-som, Partículas Magnéticas, LíquidosPenetrantes, Microdureza, Tomografia

Classificação dos Ensaios Mecânicos

QUANTO À VELOCIDADE:

ESTÁTICOSCarga lenta (estados de equilíbrio)Ex: Tração, Compressão, Dureza, Torção, Flexão

DINÂMICOSCarga rápida ou cíclicaEx: Fadiga, Impacto

CARGA CONSTANTECarga aplicada durante um longo períodoEx: Fluência

• O comportamento mecânico de um material reflete a relação entrea sua resposta (ou DEFORMAÇÃO) a uma carga (ou TENSÃO)que esteja sendo aplicada sobre um corpo fabricado deste material.

• Algumas propriedades mecânicas importantes são a resistência, adureza, a ductilidade e a rigidez.

• As deformações podem ser ELÁSTICAS ou PLÁSTICAS.• As DEFORMAÇÕES ELÁSTICAS não são permanentes, isto é,

são deformações que desaparecem quando a tensão aplicada éretirada. Dito de outra forma, as deformações elásticas sãoreversíveis, sendo resultado da ação de forças conservativas.

• As DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS são permanentes, isto é,permanecem após a tensão aplicada ser retirada. Deformaçõesplásticas são irreversíveis, sendo acompanhadas pordeslocamentos atômicos permanentes.

Conceitos de Tensão e Deformação

Deformação Elástica e PlásticaDEFORMAÇÃO PLÁSTICA• É provocada por tensõesque ultrapassam o limite de elasticidade• É irreversível pois éresultado do deslocamentopermanente dos átomos eportanto não desaparecequando a tensão é removida

DEFORMAÇÃO ELÁSTICA• Precede à deformação plástica• É reversível• Desaparece quando atensão é removida• É praticamente proporcionalà tensão aplicada (obedecea lei de Hooke)

Conceitos de Tensão e Deformação

• A tensão e a pressão são grandezas fisicamente análogas, ambas tendounidades de força dividida por área (no Sistema Internacional:Newton/metro2).

A forma de aplicação das tensões varia em relação a reação de apoio ou inércia do corpo; elas podem ocorrer por tração, compressão, cisalhamento, flexão, torção e flambagem:Tração: solicitação que tende a alongar o corpo, ocorre no sentido inverso ao apoio ou inércia resultante do sistema de forças (semelhante aos cabos de aço de um guindaste);Compressão: solicitação que tende a encurtar o corpo, ocorre no mesmo sentido da reação de apoio ou inércia resultante do sistema de forças (semelhante às colunas de uma construção);Cisalhamento ou Corte: solicitação que tende a cortar o corpo, ocorre com o deslocamento paralelo em sentido oposto de duas seções contíguas (semelhante ao corte de uma tesoura ou guilhotina);Flexão: solicitação que tende a girar um corpo, ocorre quando a tensão tende a uma rotação angular no eixo geométrico do corpo e tangencial ao apoio ou inércia (semelhante a um trampolim de piscina);Torção: solicitação que tende a torcer o corpo, ocorre quando a tensão tende a uma rotação angular sobre o eixo geométrico do corpo e axial ao apoio ou inércia (semelhante ao eixo cardã dos caminhões).Flambagem: é um esforço de compressão em uma barra de seção transversal pequena em relação ao comprimento, que tende a produzir uma curvatura na barra.

do

d

x

yz

Ao

0

Tensão - Deformação: TRAÇÃO SIMPLES• TRAÇÃO SIMPLES (TENSÃO UNIAXIAL): força aplicada sobre o

corpo é perpendicular às suas superfícies.• Assumiremos que a reação à força de tração se distribui

homogeneamente no sólido.• TENSÃO DE ENGENHARIA

= F / Ao

• DEFORMAÇÃO DE ENGENHARIA

• Na deformação por tração, normalmente ocorre:alongamento ao longo do eixo de aplicação da força;contração ao longo dos dois outros eixos.

Para Deformações Elásticas:

• COEFICIENTE DE POISSON : = - (x / ) = - (y / )

onde x = y = (do - d) / do = d / do .• MÓDULO DE ELASTICIDADE (MÓDULO DE YOUNG ou MÓDULO DE

RIGIDEZ) = E.

Epolímeros ~ 1 GPa e Emetais e cerâmicas ~ 50 - 600 GPa

( 0 ) / 0 / 0

Ensaio de Tração• Os CORPOS DE PROVA utilizados nos ensaios de tração podem ter diferentes formas

e dimensões.• As medidas de TENSÃO são feitas com uma CÉLULA DE CARGA.• As medidas de DEFORMAÇÃO são feitas com um EXTENSÔMETRO ou diretamente

sobre o corpo de prova.

CORPO DE PROVA

MÁQUINA DE ENSAIO

Corpode Prova

.P

LRT

LP

.ELE

TEN

SÃ

O (

)

u0,2% TDEFORMAÇÃO ()

• O ponto E corresponde ao LIMITE DE LIMITE DE ESCOAMENTO (LE), que será discutido maisadiante.

• O ponto M corresponde ao LIMITE DE RESISTÊNCIA A TRAÇÃO (LRT), que é a tensão máximaatingida durante o ensaio.

• A deformação (u) no ponto M corresponde ao máximo valor de com alongamentouniforme. Deformações maiores que u ocorrem com estricção (empescoçamento).

• A fratura ocorre no ponto F. A deformação (T) na fratura corresponde ao alongamento total.

Comportamento representativo da curva TENSÃO DE ENGENHARIA em função da DEFORMAÇÃO DE ENGENHARIA obtida num ENSAIO DE TRAÇÃO de um corpo metálico.

= F / Ao

( - o) / o = / o

Curva Tensão -Deformação

• O ponto P corresponde ao LIMITE DE PROPORCIONALIDADE(LP); a deformação a partir do ponto P é plástica, e antes do ponto P é elástica.

LE

.E

• Em uma escala atômica, a DEFORMAÇÃO ELÁSTICA macroscópica émanifestada como pequenas alterações no espaçamento interatômicoe na extensão de ligações interatômicas.

• Para a maioria dos materiais metálicos, as deformações elásticasocorrem até deformações de ~0,5%.

• Quando as deformações ultrapassam o limite de proporcionalidade, arelação entre a tensão e a deformação deixa de ser linear (lei deHooke), produzindo-se deformação permanente, a chamadaDEFORMAÇÃO PLÁSTICA.

Curva Tensão -Deformação

• Na prática, muitas vezes, é difícil definira posição do ponto P com precisão.Como conseqüência, geralmente sedefine uma TENSÃO LIMITE DEESCOAMENTO (LE) como sendo atensão necessária para se produzir umapequena quantidade de deformaçãoplástica. Para os metais, o ponto Ecorresponde a uma deformação deengenharia =0,002 = 0,2%.

Curva Tensão -DeformaçãoPorcentagem de

alongamento %T

%T f 0

0

x100

Porcentagem deredução de área %RA

100% xAAA

RAO

fO

TPE

(deformaçãoplástica total)

(deformaçãoelástica total)

LE

LRT

LE LR

• LE, LRT e E representam habilidades do material de suportar cargas emdiferentes condições.

• LE, E, LR, P, a resiliência e a tenacidade quantificam a habilidade do material emse deformar

Tenacidade: medida da quantidade de energia absorvida até a fratura e é Indicada pela área total sob a curva tensão-deformação em tração.

Materiais Dúcteis e Frágeis

Curva Tensão - Deformação

Curva Tensão - Deformaçãopara o latãomaterial frágil

material dúctil

TENACIDADE=

ÁREA SOB A CURVA=

Capacidade de absorverEnergia sem fraturar

Yield strength : limite (ou tensão) de escoamento, Tensile strength : limite de resistência a tração, Ductility : ductilidade (medida pela porcentagem de alongamento)

Material dúctil com alto coef de encruamento

Material dúctil com baixo coef de encruamento

Material frágil

Material com escoamento descontínuo

Material compósito

Fibras de vidro/carbono em matriz polimérica

Vidros, cerâmicos, FF e alguns metaisLigas de alumínio

Aços inoxidáveis e ao carbono

Aço de baixo carbono