Propriedades Mecânicas dos Materiais

Prévia do material em texto

<p>CIÊNCIAS DOS MATERIAIS</p><p>AULA4 – PROPRIEDADES MECÂNICAS</p><p>PROPRIEDADES MECÂNICAS</p><p>POR QUÊ ESTUDAR?</p><p>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.</p><p>As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável.</p><p>Como determinar as propriedades mecânicas?</p><p>A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios mecânicos.</p><p>Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra representativa do material) para o ensaio mecânico, já que por razões técnicas e econômicas não é praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal.</p><p>Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis.</p><p>ENSAIOS DE TRAÇÃO</p><p>O ensaio de tração pode ser usado para avaliar diversas propriedades mecânicas dos materiais que são importantes em projetos. Uma amostra é deformada, geralmente até a sua fratura, mediante uma carga de tração gradativamente crescente que é aplicada uniaxialmente ao longo do eixo mais comprido de um corpo de prova.</p><p>O resultado de um ensaio de tração deste tipo é registrado em um registrador gráfico (ou por um computador), na forma de carga ou força em função do alongamento. Essas características carga-deformação são dependentes do tamanho da amostra.</p><p>TENSÃO DE CISALHAMENTO</p><p>1. TENSÃO () x DEFORMAÇÃO ()</p><p> = F/Ao</p><p>Kgf/cm2 ou Kgf/mm2 ou N/ mm2</p><p>Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a deformação (variação dimensional).</p><p>A deformação pode ser expressa:</p><p>O número de centímetros de deformação por centímetro de comprimento</p><p>O comprimento deformado como uma percentagem do comprimento original</p><p>Deformação= lf-lo/lo= l/lo</p><p>lo= comprimento inicial</p><p>lf= comprimento final</p><p>Força ou carga</p><p>Área inicial da seção reta transversal</p><p>O processo de deformação no qual a tensão e a deformação são proporcionais é chamado de deformação elástica; um gráfico da tensão (ordenada) em função da deformação (abscissa)</p><p>resulta em uma relação linear. A inclinação (coeficiente angular) deste segmento linear corresponde ao módulo de elasticidade E.</p><p>Em uma escala atômica, a deformação elástica macroscópica é manifestada como pequenas alterações no espaçamento interatômico e na extensão de ligações interatômicas. Como conseqüência, a magnitude do módulo de elasticidade representa uma medida da resistência à separação de átomos adjacentes, isto é, as forças de ligação interatômicas.</p><p>Os valores dos módulos de elasticidade para materiais cerâmicos são caracteristicamente maiores do que para os metais; para os polímeros, são menores. Essas diferenças são uma conseqüência direta dos diferentes tipos de ligação atômica nesses três tipos de materiais. Ademais, com o aumento da temperatura, o módulo de elasticidade tende a diminuir</p><p>PROPRIEDADES ELÁSTICAS DOS MATERIAIS</p><p>Se a tensão aplicada for uniaxial (apenas na direção z) e o material for isotrópico, então ex = ey. Um parâmetro conhecido por coeficiente de Poisson, v, é definido como sendo a razão entre as deformações lateral e axial, ou seja,</p><p>Para materiais isotrópicos. os módulos de cisalhamento e de elasticidade estão relacionados entre si e com o coeficiente de</p><p>Poisson de acordo com a expressão</p><p>Deformação Elástica e Plástica</p><p>DEFORMAÇÃO ELÁSTICA</p><p>Prescede à deformação plástica</p><p>É reversível</p><p>Desaparece quando a tensão é removida</p><p>É praticamente proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke)</p><p>DEFORMAÇÃO PLÁSTICA</p><p>É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade</p><p>É irreversível porque é resultado do deslocamento permanente dos átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida</p><p>A partir de uma perspectiva atômica, a deformação plástica corresponde à quebra de ligações com os átomos vizinhos originais e em seguida formação de novas ligações com novos átomos vizinhos, uma vez que um grande número de átomos ou moléculas se move em relação uns aos outros; com a remoção da tensão, eles não retornam às suas posições originais.</p><p>LIMITE DE ELASTICIDADE</p><p>Corresponde à máxima tensão que o material suporta sem sofrer deformação permanente</p><p>O FENÔMENO DE ESCOAMENTO</p><p>Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns metais de natureza dúctil, como aços baixo teor de carbono.</p><p>Caracteriza-se por um grande alongamento sem acréscimo de carga.</p><p>Escoamento</p><p>Não ocorre escoamento propriamente dito</p><p>Comportamento dos metais quando submetidos à uma tensão</p><p>TENSÃO () X DEFORMAÇÃO ()</p><p>Resistência à tração</p><p>Dentro de certos limites,</p><p>a deformação é proporcional</p><p>à tensão (a lei de Hooke é</p><p>obedecida)</p><p>Lei de Hooke:  = E </p><p>RESISTÊNCIA A TRAÇÃO (Kgf/mm2)</p><p>Corresponde à tensão máxima aplicada ao material antes da ruptura (muitas vezes é superior à tensão de ruptura)</p><p>É calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo material pela área de seção reta inicial</p><p>DUCTILIDADE</p><p>A ductilidade é uma outra propriedade mecânica importante. Ela representa uma medida do grau de deformação plástica que foi suportado quando da fratura. Um material que experimenta uma deformação plástica muito pequena ou mesmo nenhuma deformação</p><p>plástica quando da sua fratura é chamado de frágil.</p><p>DUCTILIDADE</p><p>Corresponde à elongação total do material devido à deformação plástica</p><p>Onde lf corresponde ao comprimento final após a ruptura</p><p>TENSÃO DE RUPTURA (Kgf/mm2)</p><p>Corresponde à tensão que prove a ruptura do material</p><p>O limite de ruptura é geralmente inferior ao limite de resistência em virtude de que a área da seção reta para um material dúctil reduz-se antes da ruptura</p><p>RESILIÊNCIA</p><p>Corresponde à capacidade do material de absorver energia quando este é deformado elasticamente</p><p>A propriedade associada é dada pelo módulo de resiliência (Ur)</p><p>Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite de elasticidade e baixo módulo de elasticidade (como os materiais utilizados para molas)</p><p>TENACIDADE</p><p>Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura</p><p>Para que um material seja tenaz, ele deve apresentar tanto resistência como ductilidade; e freqüentemente materiais dúcteis são mais tenazes do que materiais frágeis.</p><p>TENSÃO VERDADEIRA E DEFORMAÇÃO VERDADEIRA</p><p>Algumas vezes faz mais sentido utilizar um esquema baseado em tensão verdadeira-deformação verdadeira. A tensão verdadeira σv é definida como sendo a carga F dividida pela área da seção reta instantânea Ai, sobre a qual a deformação está ocorrendo (isto é, o pescoço após o limite de resistência à tração).</p><p>Relacionando as tensões verdadeiras e de engenharia</p><p>RECUPERAÇÃO ELÁSTICA DURANTE UMA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA</p><p>Com a liberação da carga durante o curso de um ensaio tensão – deformação, uma fração da deformação total é recuperada na forma de deformação elástica. Durante o ciclo de descarga, a curva traça uma trajetória próxima à de uma Unha reta, a partir do ponto de</p><p>descarga (ponto D), e a sua inclinação é virtualmente idêntica ao módulo de elasticidade, ou seja, paralela à porção elástica inicial da curva.</p><p>DUREZA</p><p>Outra propriedade mecânica que pode ser importante considerar é a dureza, que é uma medida da resistência de um material a uma deformação plástica localizada (por exemplo, uma pequena impressão ou um risco).</p><p>Os ensaios de dureza são realizados com mais freqüência do que qualquer outro ensaio mecânico por diversas razões:</p><p>1. Eles são simples e baratos — normalmente, nenhum corpo de prova especial precisa ser preparado, e os equipamentos de ensaio são relativamente baratos.</p><p>2. O ensaio é não-destrutivo — o corpo de prova não é fraturado, tampouco é excessivamente deformado; uma peque na impressão é a única deformação.</p><p>3. Outras propriedades mecânicas podem, com freqüência, ser estimadas a partir de dados</p><p>obtidos para ensaios de dureza, tais como o limite de resistência a tração</p><p>As principais técnicas para ensaio de dureza são:</p><p>ENSAIOS DE DUREZA ROCKWELL</p><p>ENSAIOS DE DUREZA BRINELL</p><p>ENSAIOS DE MICRODUREZA KNOOP E VICKERS</p><p>CONVERSÃO DE DUREZA</p><p>CORRELAÇÃO ENTRE A DUREZA E O LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO</p><p>2. FRATURA</p><p>Consiste na separação do material em 2 ou mais partes devido à aplicação de uma carga estática à temperaturas relativamente baixas em relação ao ponto de fusão do material.</p><p>Qualquer processo de fratura envolve duas etapas, a formação e a propagação de trincas, em resposta à imposição de uma tensão.</p><p>Dúctil - a deformação plástica continua até uma redução na área para posterior ruptura (É OBSERVADA EM MATERIAIS CFC)</p><p>Frágil - não ocorre deformação plástica, requerendo menos energia que a fratura dúctil que consome energia para o movimento de discordâncias e imperfeições no material (É OBSERVADA EM MATERIAIS CCC E HC)</p><p>Fratura frágil</p><p>Fraturas dúcteis</p><p>Fratura Dúctil</p><p>Fratura Frágil</p><p>ENSAIOS DE FRATURA POR IMPACTO</p><p>As técnicas Charpy e Izod, foram concebidos e são ainda utilizados para medir a energia de impacto, algumas vezes também chamada de tenacidade ao entaIhe. A técnica Charpy do entalhe em "V" de (CVN) é a mais fomumente usada nos Estados Unidos. Tanto na técnica Charpy como na técnica Izod, o corpo de prova possui o formato de uma barra com seção reta quadrada, na qual é usinado um entalhe com formato em "V"</p><p>3. FLUÊNCIA</p><p>Quando um metal é solicitado por uma carga, imediatamente sofre uma deformação elástica. Com a aplicação de uma carga constante, a deformação plástica progride lentamente com o tempo (fluência) até haver um estrangulamento e ruptura do material</p><p>Velocidade de fluência (relação entre deformação plástica e tempo) aumenta com a temperatura</p><p>Esta propriedade é de grande importância especialmente na escolha de materiais para operar a altas temperaturas</p><p>Então, fluência é definida como a deformação permanente, dependente do tempo e da temperatura, quando o material é submetido à uma carga constante</p><p>FATORES QUE AFETAM A FLUÊNCIA</p><p>Temperatura</p><p>Módulo de elasticidade</p><p>Tamanho de grão</p><p>Em geral, quanto maior o ponto de fusão, maior o módulo de</p><p>elasticidade e o tamanho de grão maior é a resist. à fluência.</p><p>4. FADIGA</p><p>É a forma de falha ou ruptura que ocorre nas estruturas sujeitas à forças dinâmicas e cíclicas</p><p>Nessas situações o material rompe com tensões muito inferiores à correspondente à resistência à tração (determinada para cargas estáticas)</p><p>É comum ocorrer em estruturas como pontes, aviões, componentes de máquinas</p><p>A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil mesmo em materiais dúcteis.</p><p>A fratura ou rompimento do material por fadiga geralmente ocorre com a formação e propagação de uma trinca.</p><p>A trinca inicia-se em pontos onde há imperfeição estrutural ou de composição e/ou de alta concentração de tensões (que ocorre geralmente na superfície)</p><p>A superfície da fratura é geralmente perpendicular à direção da tensão à qual o material foi submetido</p><p>Os esforços alternados que podem levar à fadiga podem ser:</p><p>Tração</p><p>Tração e compressão</p><p>Flexão</p><p>Torção,...</p><p>image1.png</p><p>image2.png</p><p>image3.png</p><p>image4.png</p><p>image5.png</p><p>image6.png</p><p>image7.png</p><p>image8.png</p><p>image9.png</p><p>image10.png</p><p>image11.png</p><p>image12.png</p><p>image13.png</p><p>image14.png</p><p>image15.png</p><p>image16.png</p><p>image17.png</p><p>image18.png</p><p>image19.png</p><p>image20.png</p><p>image21.png</p><p>image22.png</p><p>image23.png</p><p>image24.png</p><p>image25.png</p><p>image26.png</p><p>image27.png</p><p>image28.png</p><p>image29.png</p><p>image30.png</p><p>image31.png</p><p>image32.png</p><p>image33.png</p><p>image34.png</p><p>image35.png</p><p>image36.png</p><p>image37.png</p><p>image38.png</p><p>image39.png</p><p>image40.png</p><p>image41.png</p><p>image42.png</p>