Relatório Compressão (2)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 
ESCOLA DE ENGENHARIA - CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
ENG06648 – CONFORMAÇÃO MECÂNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ENSAIO DE COMPRESSÃO 
 
 
 
 
 
 
 
Aaron Cappra 
Israel Anjos 
Rafael Hendler 
Ricardo José Belibio 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Porto Alegre, Abril de 2025 
 
1. INTRODUÇÃO 
Os ensaios mecânicos desempenham um papel fundamental nos processos de 
conformação mecânica. Eles fornecem dados essenciais, como a força e a potência 
envolvidas nas operações, além da relação entre tensão e deformação dos materiais. Esses 
dados são obtidos, principalmente, por meio das curvas de escoamento, que constituem o 
foco deste trabalho. 
Dentre os ensaios utilizados com esse propósito, destacam-se os de tração, 
compressão e torção. A escolha do ensaio mais apropriado varia conforme o tipo de 
conformação analisada. Neste estudo, será abordado o ensaio de compressão, realizado a 
partir de um corpo de prova confeccionado em Aço SAE 1045 de 9,88 mm de diâmetro e 
14,86 mm de comprimento. 
 
2. OBJETIVOS 
O ensaio de compressão realizado neste trabalho tem como finalidade a caracterização 
do aço SAE 1045. Para isso, foram definidos os seguintes objetivos específicos: 
● Determinar o limite de escoamento do material. 
● Comparar as curvas tensão-deformação nos domínios de engenharia e reais. 
● Linearização dos dados, com a intenção de obter a equação que modela o processo. 
 
3. METODOLOGIA 
O ensaio de compressão é amplamente utilizado para a caracterização do 
comportamento mecânico de materiais, especialmente em regimes de deformação plástica. 
Esse tipo de ensaio permite a obtenção de informações cruciais sobre o desempenho do 
material sob carga, como o limite de escoamento e a tensão máxima atingida durante a 
compressão. Esses parâmetros são fundamentais em processos de conformação mecânica, 
uma vez que definem a capacidade do material de se deformar plasticamente sem fraturar. 
Na prática, os ensaios de tração, compressão e torção são empregados para a 
construção da curva tensão-deformação, conhecida como curva de escoamento. Neste estudo, 
o foco recai sobre o ensaio de compressão, aplicado a um corpo de prova de Aço SAE 1045. 
Trata-se de um aço médio carbono, com cerca de 0,45% de C em sua composição, bastante 
utilizado na indústria por seu bom equilíbrio entre resistência mecânica e usinabilidade. É 
comumente empregado na fabricação de componentes como eixos, pinos, engrenagens leves, 
virabrequins, parafusos, entre outros. 
 
Durante a realização do ensaio, o corpo de prova é posicionado entre duas superfícies 
planas e submetido a uma força compressiva crescente até atingir um nível de deformação 
predefinido. Inicialmente, o material responde de forma elástica, seguindo a relação linear 
entre tensão e deformação prevista pela Lei de Hooke. Nessa etapa, as curvas de engenharia e 
verdadeira são praticamente coincidentes. 
No entanto, em muitos materiais metálicos, o limite de escoamento não se apresenta 
como um patamar claro. Por isso, adota-se frequentemente o critério da deformação plástica 
convencional de 0,2%, traçando-se uma linha paralela ao trecho elástico da curva que 
intercepta o ponto correspondente à tensão de escoamento. 
Ao ultrapassar o regime elástico, o material entra na zona plástica, onde a relação 
tensão-deformação deixa de ser linear. A partir deste ponto, observa-se uma divergência entre 
as curvas de engenharia e verdadeira, sendo esta última mais representativa do 
comportamento real do material durante a conformação. 
Para descrever o comportamento no regime plástico, diversas equações empíricas 
foram propostas, entre elas a equação de Hollomon, desenvolvida a partir de uma 
generalização da Lei de Hooke para deformações plásticas. Essa equação incorpora o 
conceito de encruamento, representado por um expoente que expressa o aumento da 
resistência do material com a deformação. 
A relação entre a tensão de escoamento verdadeira e a deformação plástica verdadeira 
pode ser expressa por meio da equação de Hollomon, que é formulada da seguinte maneira: 
 (Equação 3.1) 𝐾𝑓 = 𝐶φ𝑛
● é a tensão de escoamento verdadeira, 𝐾𝑓
 
● é o coeficiente de resistência do material, 𝐶
 
● é a deformação plástica verdadeira, φ
 
● é o expoente de encruamento. 𝑛
Aplicando o logaritmo em ambos os lados da equação, é possível transformá-la em 
uma forma linear. Esse recurso é amplamente utilizado para simplificar a determinação dos 
parâmetros (constante de resistência) e (expoente de encruamento). A equação resultante 𝐶 𝑛
assume a seguinte forma: 
 (Equação 3.2) 𝑙𝑜𝑔(𝐾𝑓) = 𝑙𝑜𝑔(𝐶) + 𝑛𝑙𝑜𝑔(φ)
 
Após os cálculos, é necessário definir a deformação real, que é diferente da 
deformação de engenharia. a fórmula é a seguinte: 
 
 (Equação 3.3) φ = 𝑙𝑛(1 + ε)
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
O ensaio de compressão exige a aplicação de cargas significativamente maiores do 
que as utilizadas em ensaios de tração, o que demanda uma estrutura de apoio mais robusta. 
Para a realização deste ensaio, foi utilizada uma prensa hidráulica com capacidade nominal 
de até 40 toneladas. Como mencionado anteriormente, o material utilizado no ensaio foi o 
Aço SAE 1045. Antes da execução do teste, foram realizadas medições da altura e do 
diâmetro do corpo de prova com o uso de um paquímetro digital, e foram registradas as 
dimensões de 9,88 mm de diâmetro e 14,86 mm de comprimento. O ensaio foi conduzido em 
temperatura ambiente, aproximadamente 20 °C. 
Para garantir um estado de tensão uniaxial durante o ensaio de compressão, é 
necessário seguir uma série de procedimentos descritos na norma ASTM E9 – 09, que 
regulamenta esse tipo de teste. Um dos cuidados fundamentais é assegurar o paralelismo 
entre as superfícies da prensa e as faces do corpo de prova, a fim de evitar desalinhamentos e 
distribuições irregulares de carga. Outro aspecto importante é a aplicação de lubrificante — 
neste caso, o Lubrificante Bonderite L-FG 31H, como ilustra a figura 4.1 — entre as 
superfícies de contato, com o objetivo de reduzir o atrito e, assim, minimizar o risco de 
deformações indesejadas, como o embarrilhamento da amostra. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.1 - Lubrificante Bonderite L-FG 31H 
Após as etapas de preparação, o corpo de prova foi devidamente posicionado no 
centro do equipamento. Em seguida, iniciou-se o ensaio. Durante toda a execução, os dados 
de força e deformação foram registrados continuamente por um sistema computacional 
 
integrado ao equipamento de medição, por meio do software Spider8. A figura 4.2 ilustra a 
geometria da amostra antes da realização do ensaio, enquanto a figura 4.3 ilustra a geometria 
da amostra após a realização do ensaio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 4.2 - Amostra indeformada Figura 4.3 - Amostra deformada 
 
 
Tabela 4.1 - Altura inicial e final do corpo de prova, Aço 1045. 
Altura inicial (ℎ ) Diâmetro inicial Altura final Diâmetro inicial 
14,86 mm 9,88 mm 
 
 
A primeira curva gerada a partir dos dados experimentais foi a curva de 
tensão-deformação de engenharia, construída com base nas tensões calculadas em função da 
área inicial da seção transversal do corpo de prova e nas deformações de engenharia, 
determinadas conforme a equação apresentada a seguir: 
 
 (Equação 4.1) 𝜀 = (ℎ1 − ℎ0)/ℎ0 = Δℎ/ℎ0 
 
Em uma etapa posterior, é gerado o gráfico de tensão verdadeira em função da 
deformação verdadeira, utilizando os valores instantâneos de tensão. Isso se justifica pelo fato 
de que, durante o ensaio, o corpo de prova sofre aumento no diâmetro, o que invalidaa 
consideração da área inicial para o cálculo da tensão. Da mesma forma, as deformações 
devem ser determinadas com base na expressão da deformação real, conforme apresentado na 
Equação 3.5. 
 
 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Os resultados do ensaio de compressão realizado no Aço SAE 1045 permitiram a 
obtenção de dados cruciais para a caracterização do seu comportamento mecânico. A curva 
de Força x Deslocamento (Figura 5.1) demonstra a resposta do material à carga compressiva, 
evidenciando a relação entre a força aplicada e a deformação resultante. Observa-se um 
comportamento não linear, típico de materiais metálicos que exibem deformação plástica 
após o escoamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.1 - Curva de Força [N] x Deslocamento [mm]. 
 
A curva de Tensão de Escoamento x Deformação Verdadeira (Figura 5.2) é 
fundamental para a análise do comportamento do material. Ela revela o limite de escoamento, 
do qual ocorre a deformação plástica, e a subsequente resposta do material ao aumento da 
deformação. Ademais, foi revelado o limite de escoamento encontrado foi no ponto a partir 
da intersecção das funções, de 550 MPa, sendo superior ao encontrado na literatura de 450 
MPa (ASM International, 2002). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.2 - Curva de Tensão [MPa] x Deformação Verdadeira [-]. 
 
 
A análise da região elástica (Figuras 5.3 e 5.4) permitiu a determinação do módulo de 
elasticidade, um parâmetro importante para projetos de engenharia. A equação linear obtida 
(y = 30312,14x + 37,35) com um coeficiente de determinação R² de 0,94, indica uma boa 
linearidade nesta porção inicial da curva. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.3 e 5.4 - Região elástica e plástico do material tracionado na curva verdadeira. 
 
A Figura 5.5 apresenta a curva referente à equação de Hollomon, que descreve o 
comportamento do material na região plástica. Os parâmetros obtidos a partir desta curva 
permitem modelar matematicamente a relação entre tensão e deformação plástica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.5 - Curva referente a equação de Hollomon. 
 
 
A partir da leitura dos gráficos pode-se obter os parâmetros elencados na Tabela 5.1 a 
seguir. 
Tabela 5.1 - Propriedades obtidas no ensaio de tração. 
Limite de Escoamento 550 MPa (Figura 5.3) 
Coeficiente de resistência (C) 1188,5 MPa (Figura 5.5) 
Coeficiente de encruamento (n) 0,1466 (Figura 5.5) 
 
 (Equação 5.2) 𝑘𝑓 = 1188, 5φ0,1466
 
 
A sobreposição das curvas de tensão-deformação de engenharia e verdadeira (Figura 
5.6) ilustra a divergência entre as medidas em deformações elevadas, ressaltando a 
importância de se utilizar a curva verdadeira para análises precisas em conformação 
mecânica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.6 - Sobreposição de curva real e de engenharia 
 
Os resultados obtidos neste ensaio de compressão podem ser comparados com dados 
encontrados em literatura técnica e normas para o Aço SAE 1045. Para um aço 1045, a ASM 
 
International (2002) estabelece valores de encruamento entre 0,10 a 0,19, o que enquadraria o 
achado de 0,1466 dentro da margem. Ainda Dagnese (2012) utiliza um valor de coeficiente 
de resistência de 1413 MPa para curva de escoamento de um aço 1045, próximo ao valor de 
1188,5 MPa. 
O Aço SAE 1045, como um aço médio carbono, apresenta um comportamento 
mecânico característico. A curva tensão-deformação obtida no ensaio de compressão 
demonstra a resposta elástica inicial, seguida por um escoamento e subsequente deformação 
plástica com encruamento. A capacidade de deformação plástica é essencial em processos de 
conformação mecânica, permitindo que o material seja moldado em diferentes formas. A 
equação de Hollomon descreve adequadamente o comportamento na região plástica, 
fornecendo parâmetros para modelagem e simulação de processos de conformação. 
 
6. CONCLUSÃO 
 
 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
ASM INTERNATIONAL. Atlas of stress-strain curves. 2nd. Materials Park, OH: ASM 
International, 2002. iv., 816 p. 
 
DAGNESE, J. Análise do comportamento elasto-plástico de um aço AISI 1045 em baixas 
deformações. Dissertação de mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto 
Alegre, 2012, 70 p,