wlb

Prévia do material em texto

Discentes:Pedro Henrique de Sousa Gois;
DeniceBarroso;
Suzane Freitas;
Manoel Eduardo;
Leon Oliveira;
Pedro Henrique.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
Propriedade Mecânica dos Materiais
Tucuruí - 2024
Introdução
A compreensão das propriedades 
mecânicas dos materiais é crucial para a 
engenharia. Ao estudar como materiais 
reagem a diferentes forças, os engenheiros 
podem projetar estruturas seguras e 
eficientes. Propriedades como resistência, 
dureza, ductilidade e rigidez são essenciais 
para garantir que componentes como asas 
de aviões e eixos de carros não falhem sob 
carga. Para determinar essas propriedades, 
são realizados testes de laboratório que 
simulam as condições reais de uso. Ao 
conhecer as características dos materiais, 
os engenheiros podem otimizar projetos e 
evitar acidentes.
2
Conceitos de Tensão 
e Deformação
Discordâncias são defeitos cristalinos que 
permitem a deformação plástica dos metais. 
Ao se moverem através de planos específicos 
do cristal, as discordâncias facilitam o 
escorregamento atômico. A mobilidade das 
discordâncias é influenciada por diversos 
fatores e pode ser manipulada para controlar 
as propriedades mecânicas do material. Além 
disso, as discordâncias afetam outras 
propriedades, como a condutividade elétrica 
em semicondutores. A deformação plástica 
geralmente ocorre através do movimento de 
discordâncias em sistemas de 
escorregamento, que são definidos por planos 
e direções de maior densidade atômica no 
cristal.
3
Deformação elástica
A Lei de Hooke descreve a relação linear entre
tensão e deformação em materiais elásticos.
Quando um material é submetido a uma tensão de
tração, ele se deforma proporcionalmente até um
certo limite. Essa proporcionalidade é representada
pela constante de elasticidade, ou módulo de
Young (E). O gráfico dessa relação é uma linha
reta, indicando que a deformação é elástica. Isso
significa que o material retorna à sua forma original
quando a tensão é removida.
4
A Lei de Hooke é uma aproximação para pequenas 
deformações. Embora seja útil para descrever o 
comportamento elástico de muitos materiais, ela 
tem suas limitações. A deformação elástica é 
reversível, ou seja, o material retorna à sua forma 
original após a remoção da carga. Em nível 
atômico, a deformação elástica envolve pequenas 
alterações nas ligações interatômicas. O módulo de 
elasticidade, que relaciona tensão e deformação, é 
maior para cerâmicas e menor para polímeros, 
devido aos diferentes tipos de ligações atômicas. 
Além disso, a temperatura afeta o módulo de 
elasticidade. A lei de Hooke também se aplica a 
tensões compressivas, de cisalhamento e 
torcionais, com diferentes constantes de 
proporcionalidade. A deformação por cisalhamento, 
por exemplo, é relacionada à tensão de 
cisalhamento pelo módulo de cisalhamento (G).
5
Deformação plástica
A deformação plástica ocorre quando um 
material metálico é deformado além de 
seu limite elástico. Nesse ponto, a relação 
linear entre tensão e deformação (Lei de 
Hooke) não é mais válida, e a deformação 
se torna permanente, ou seja, o material 
não retorna ao seu estado original após a 
remoção da carga. A deformação plástica 
envolve a quebra e a formação de novas 
ligações atômicas, resultando em uma 
mudança permanente na estrutura do 
material. Em materiais cristalinos, esse 
processo ocorre principalmente através 
do movimento de discordâncias, defeitos 
cristalinos que permitem o 
escorregamento de planos atômicos.
6
Tensão nominal e deformação nominal.
Em ensaios de tração, a tensão e a deformação nominais são 
calculadas com base na área inicial do corpo de prova, 
assumindo que ela permanece constante durante todo o teste. 
Essa simplificação é utilizada porque a medida da área da seção 
transversal diminui à medida que o material se alonga, 
dificultando a obtenção de valores precisos da tensão real. A 
tensão nominal é calculada dividindo a força aplicada pela área 
inicial, enquanto a deformação nominal é determinada pela 
razão entre o alongamento e o comprimento inicial. Embora essa 
abordagem seja simplificada, ela fornece uma boa aproximação 
do comportamento do material, especialmente na região elástica.
7
Ensaio de tração 
O ensaio de tração é um teste mecânico 
fundamental para determinar as propriedades de 
materiais. Um corpo de prova com seção 
transversal uniforme é submetido a uma carga 
crescente até a fratura. Durante o ensaio, a 
deformação se concentra na região central do 
corpo de prova, enquanto as extremidades são 
fixadas. Uma máquina de ensaio aplica a carga e 
mede continuamente a força e o alongamento. 
Esse teste fornece informações cruciais sobre as 
características mecânicas do material, como 
resistência à tração, limite elástico e ductilidade, e é 
essencial para o projeto de componentes 
mecânicos.
8
Em ensaios de tração, a tensão nominal é 
calculada utilizando a área da seção 
transversal inicial do corpo de prova, mesmo 
que durante o teste essa área diminua devido 
ao alongamento. Essa simplificação é feita 
para facilitar os cálculos e a análise dos 
resultados. A tensão nominal, obtida pela 
divisão da força aplicada pela área inicial, é 
então plotada em um gráfico contra a 
deformação nominal para gerar a curva 
tensão-deformação. Essa curva fornece 
informações importantes sobre o 
comportamento do material, como o limite 
elástico e a resistência à tração.
9
Resistência à fratura
A tenacidade é a capacidade de um material resistir à fratura, 
absorvendo energia antes de se romper. É como se fosse a 
"resistência à quebra" do material. Essa propriedade é medida 
pela área sob a curva tensão-deformação em um ensaio de 
tração, representando a energia total absorvida até a fratura. 
Materiais tenazes possuem tanto alta resistência (dificuldade de 
deformar) quanto alta ductilidade (capacidade de deformar antes 
de fraturar). A ductilidade é fundamental para a tenacidade, pois 
permite que o material dissipe energia através da deformação 
plástica antes de fraturar. Em geral, materiais dúcteis são mais 
tenazes que materiais frágeis.
10
Dureza 
A dureza é a resistência de um material à deformação plástica 
localizada. Inicialmente medida pela capacidade de riscar outros 
materiais, hoje é quantificada por ensaios que indentam a 
superfície com um penetrador. A profundidade ou tamanho da 
marca indica a dureza: quanto menor a marca, maior a dureza. 
Os valores de dureza são relativos e dependem do método de 
ensaio. A dureza está relacionada a outras propriedades como 
resistência à abrasão e resistência à penetração.
11
Ensaios de dureza Rockwell & Brinell
• Os ensaios Rockwell são uma ferramenta valiosa para avaliar a 
dureza de materiais, fornecendo resultados precisos e 
confiáveis de forma rápida e simples. A escolha do tipo de 
ensaio e do penetrador depende das características do material 
a ser testado.
• Os ensaios de dureza Brinell fornecem uma medida da 
resistência de um material à penetração. A escolha entre os 
ensaios Brinell e Rockwell depende de diversos fatores, como o 
tipo de material, a espessura da amostra e a precisão 
desejada.
12
Ensaios de 
microdureza Knoop e 
Vickers 
O ensaio de dureza Vickers é um 
método padrão para determinar a 
dureza de materiais, especialmente 
em aplicações que exigem alta 
precisão e pequenas cargas. A 
geometria precisa do penetrador e a 
possibilidade de utilizar cargas baixas 
tornam esse ensaio ideal para uma 
variedade de materiais, desde metais 
muito duros até materiais cerâmicos e 
plásticos.
13
Resistência ao cisalhamento e à torção 
O comportamento de metais sob cargas cisalhantes e torcionais 
é similar ao observado em testes de tração. Inicialmente, o 
material se deforma elasticamente de forma proporcional à carga 
aplicada. Ao ultrapassar o limite elástico, a deformação se torna 
permanente (plástica). A magnitude dessa deformação varia com 
o material.Ao atingir a tensão de ruptura, o material se rompe. 
Assim como na tração, a curva tensão-deformação apresenta 
uma região elástica inicial, seguida por uma região plástica e, 
finalmente, a ruptura. A forma exata da curva depende das 
propriedades específicas de cada material.
14
Fluência 
A fluência é uma deformação plástica lenta e gradual que ocorre em 
materiais sob tensão constante, especialmente em altas temperaturas. Essa 
deformação é causada pelo movimento de defeitos cristalinos e é 
influenciada significativamente pela temperatura. Metais diferentes 
apresentam diferentes resistências à fluência. Materiais utilizados em altas 
temperaturas, como turbinas e caldeiras, necessitam de alta resistência à 
fluência para garantir sua integridade estrutural ao longo do tempo. Os 
ensaios de fluência simulam as condições reais de serviço, permitindo 
avaliar a resistência de materiais a longos períodos de exposição a altas 
temperaturas e cargas constantes. Pequenas variações de temperatura 
podem causar grandes diferenças na taxa de fluência, como demonstrado 
no exemplo do aço carbono.
15
Fadiga
A fadiga é um fenômeno que leva à falha de materiais sob cargas cíclicas 
repetidas, mesmo que essas cargas sejam inferiores ao limite de resistência do 
material. Essa falha é iniciada por pequenas descontinuidades na microestrutura, 
como grãos de cristal, inclusões ou trincas iniciais. A não homogeneidade dos 
materiais e a presença de tensões concentradas aceleram o processo de fadiga. 
Em materiais dúcteis, a fadiga se inicia por deslizamento nos planos cristalinos, 
enquanto em materiais menos dúcteis, a falha se concentra em defeitos 
preexistentes. A propagação da trinca de fadiga ocorre de forma gradual, deixando 
marcas características na superfície de fratura. A natureza da fratura final pode ser 
dúctil ou frágil, dependendo da geometria da peça, das condições de 
carregamento e das propriedades do material. A compreensão da fadiga é crucial 
para o projeto e a análise de componentes mecânicos sujeitos a cargas cíclicas, 
como eixos, molas e componentes de aeronaves.
16
Conclusão
• A compreensão das propriedades mecânicas dos materiais é fundamental para o 
desenvolvimento de engenharias e tecnologias modernas. Ao estudar como os materiais 
se deformam e falham sob diferentes condições de carga, os engenheiros podem 
projetar estruturas e componentes mais seguros e eficientes, otimizando o uso de 
recursos e garantindo a durabilidade dos produtos.
• As propriedades mecânicas dos materiais são influenciadas por diversos fatores, como a 
composição química, a microestrutura, a temperatura e o tipo de carregamento. Defeitos 
cristalinos, como as discordâncias, desempenham um papel crucial na deformação 
plástica dos metais, afetando suas propriedades mecânicas.
• Os ensaios mecânicos são ferramentas essenciais para caracterizar os materiais e 
avaliar seu comportamento sob diferentes condições. Esses testes permitem determinar 
propriedades como resistência, ductilidade, tenacidade, dureza e fadiga, que são 
fundamentais para o projeto de componentes mecânicos.
• A lei de Hooke descreve o comportamento elástico dos materiais, enquanto a 
deformação plástica envolve a quebra e a formação de novas ligações atômicas. A 
fluência e a fadiga são fenômenos que ocorrem em condições de carga específicas e 
podem levar à falha do material ao longo do tempo.
17
Referencia
CALLISTER, W. D. JR. Ciência de Engenharia de Materiais: uma Introdução. 5. ed. 
18
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3: Conceitos de Tensão e Deformação
	Slide 4: Deformação elástica 
	Slide 5
	Slide 6: Deformação plástica
	Slide 7: Tensão nominal e deformação nominal.
	Slide 8: Ensaio de tração 
	Slide 9
	Slide 10: Resistência à fratura
	Slide 11: Dureza 
	Slide 12: Ensaios de dureza Rockwell & Brinell
	Slide 13: Ensaios de microdureza Knoop e Vickers 
	Slide 14: Resistência ao cisalhamento e à torção 
	Slide 15: Fluência 
	Slide 16: Fadiga
	Slide 17: Conclusão
	Slide 18: Referencia