Universidade Federal do Ceará

Resistência dos Materiais I

Propriedades dos Materiais – CAP 3

Profa. Tereza Denyse de Araújo

Março/2010

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Roteiro de aula

Ensaio de Cisalhamento Ensaio de Torção Falhas de Materiais Creep (Fluência) Fadiga

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Ensaio de Cisalhamento

Ensaio de cisalhamento => produtos acabadosEx. pinos, rebites, parafusos, cordões de solda, barras e chapas

Cisalhamento puro – material homogêneo isotrópico

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Ensaio de Cisalhamento

Máquina de tração

Pinos, rebites, parafusos -

Dispositivo de ensaio tipo gaveta

Ensaio de barras

Ensaio de

chapas

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Ensaio de Torção

Ensaio de torção => produtos acabados

Ex. virabrequim de automóvel, dos eixos de máquinas, polias, molas helicoidais e brocas

corpos de prova – material de seção circular cheia (barras) ou vazada (tubos)

Ensaio de Torção

Ensaio de torção manualMáquina de torção de alta

velocidade

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Diagrama Tensão - Deformação

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Falhas de materiais

Modos de falha: Deslocamentos excessivos

Recalque Flambagem de colunas

Escoamento À temperatura ambiente Altas temperaturas (creep)

Fratura Por descontinuidade geométrica (trincas) Fratura progressivo (fadiga)

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Creep (Fluência)

É a deformação plástica que ocorre nummaterial, sob tensão constante ou quaseconstante, em função do tempo

A temperatura tem um papel importantíssimonesse fenômeno

Ocorre devido à movimentação de falhas Limita o tempo de vida de um determinado

componente ou estrutura

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Exemplo: A fluência é a capacidade que um metal tem de alterar o seu tamanho e a sua resistência mecânica ao longo do tempo quando apenas sujeito à uma força constante e uma temperatura de 40% da sua temperatura de fusão (TF).

É importante para se projetar peças que resistam à uma alta força, como turbinas, pontes metálicas e gruas

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Creep (Fluência)

Objetivo: determinar a vida útil do material nas condições de carga constante, durante um período de tempo e sob temperaturas elevadas

Utiliza-se de técnicas de extrapolação dos resultados, devido ao longo tempo de ensaio

Ocorre em todos os materiais, e no caso de metais, é afetada por valores de T > 0,4 TF

Corpos de Prova: similares aos do ensaio de tração

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Ensaio de Fluência

Ensaio de Fluência

Carga de tração constante Forno elétrico a temperatura

constante e controlável Extensômetro para medir

deformação em função do tempo

Tempo de aplicação de carga é estabelecido em função da vida útil esperada do componente

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Ensaio de Fluência

Hastes de extensão

Pirômetros e termopares

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Ensaio de Fluência

Ensaio em 3 categorias: Ensaio de fluência propriamente dito Ensaio de ruptura por fluência Ensaio de relaxação

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Ensaio de Fluência

Ensaio de fluência propriamente dito Consiste em aplicar uma determinada carga em um

corpo de prova, a uma dada temperatura, e avaliar a deformação que ocorre durante a realização do ensaio

A duração do ensaio é muito variável: Em geral, o tempo é superior a 1.000 horas O normal é o tempo de ensaio ter a mesma duração

esperada para a vida útil do produto Extrapolação: o ensaio é realizado durante um tempo

mais curto

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Curva de Fluência – x t

Região de encruamento: onde a velocidade de fluência é rápida e ocorre nas primeiras horas. Velocidade de deformação (d/dt) é decrescente –aumento da resistência ao encruamento

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Curva de Fluência – x t

Região de taxa de deformação constante: A taxa de fluência (d/dt) é constante (linear). Estágio de duração mais longa. Equilíbrio entre os processos de encruamento e recuperação

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Curva de Fluência – x t

Região de ruptura: Aceleração da taxa de fluência, estricção seguido de ruptura.

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Ensaio de Fluência

Ensaio de ruptura por fluência É semelhante ao anterior, só que neste caso os

corpos de prova são sempre levados até a ruptura Os resultados obtidos no ensaio são:

Tempo para a ruptura do corpo de prova, Medida da deformação, e Medida da estricção, em certos casos.

Tempo de duração: 1000 h

Curva de Fluência – x t

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Ensaio de Fluência

Ensaio de relaxação Fornece informações sobre a redução da tensão

aplicada ao corpo de prova quando a deformação em função do tempo é constante a determinada temperatura

A duração do ensaio é muito variável: 1000 a 2000 horas Os resultados não têm relação direta com aplicações

práticas e são extrapolados empiricamente para situações reais

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Ensaio de Fluência

A resistência à fluência é definida como a tensão a uma determinada temperatura que produz uma taxa mínima de fluência (d/dt) de por exemplo 0,0001 por cento/hora ou 0,001 por cento/hora.

A resistência à ruptura refere-se à tensão a uma determinada temperatura que produz uma vida até a ruptura de 100, 1000 ou 10000 horas.

Ensaio de Fluência

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Fratura

Consiste na separação do material em duas ou mais partes devido à aplicação de uma carga estática à temperaturas relativamente baixas em relação ao ponto de fusão do material

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Fratura

Processo de fratura Formação da trinca Propagação da trinca

Tipos: Fratura dúctil Fratura frágil

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Fratura

Fratura dúctil O material se deforma substancialmente antes

de fraturar. O processo se desenvolve de forma

relativamente lenta à medida que a trinca propaga.

Este tipo de trinca é denomidado estável porque para ela se propagar deve haver um aumento da tensão aplicada no material.

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Fratura dúctil

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Fratura

Fratura frágil

O material se deforma pouco, antes de fraturar. O processo de propagação de trinca pode ser

muito veloz, gerando situações catastróficas. A partir de um certo ponto, a trinca é dita

instável porque se propagará mesmo sem aumento da tensão aplicada sobre o material.

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Fratura frágil

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A transição dúctil-frágil não é bem definida

Fadiga

Ocorre quando peças ou componentes estãosubmetidos a esforços dinâmicos ou cíclicos

Caracterizada pela formação e propagação lenta de trincas microscópicas

Nessas situações o material rompe com tensões muito inferiores à correspondente à resistência à tração (determinada para cargas estáticas)

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Fadiga

É comum ocorrer em estruturas como pontes, aviões, componentes de máquinas

A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil mesmo em materiais dúcteis (com pouca deformação plástica)

Ocorre subitamente e sem aviso prévio

Responsável por 90% das Falhas em componentes e peças.

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Cargas de fadiga

Carregamento alternado

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Cargas de fadiga

Carregamento repetido

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Cargas de fadiga

Carregamento flutuante

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Cargas de fadiga

Esforços que podem levar à fadiga: Tração Tração e compressão Torção Flexão

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Aplicação de carga cíclica em um CP; Extremamente empregado na indústria

automobilística e aeronáutica O ensaio mais empregado é o de flexão rotativa Fornece dados quantitativos sobre resistência a

formação de trincas

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Ensaio de Fadiga

Ensaio de Fadiga

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Durante o ensaio registra-se Carga (P) em função de número de ciclos (N)

Curva de Fadiga – x N

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Limite de resistência à fadiga(σRf ) = patamar horizontal

Curva de Fadiga – x N

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Resistência à fadiga (σf ) = tensão na qual rompe para um no de ciclos

Vida à fadiga (Nf) = no de ciclos que causará ruptura para uma tensão

Curva de Fadiga – x N

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