Propriedades Mecânicas dos Materiais Formas de carregamento externo: Tração Compressão...
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• Formas de carregamento externo:
Tração
Compressão
Cisalhamento
Torção
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• Teste de tração:
Célula de carga
Corpo de provaExtensômet
ro
Detalhe do início da estricção do
material
Gráfico de x do material
ensaiado
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• Gráfico de tensão vs. deformação ( x ):
Fratura
Fratura
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• Comportamento x :
elástica plástica
ten
são
deformação
• Deformação elástica: é reversível, ou seja, quando a carga é retirada, o material volta às suas dimensões originais;
átomos se movem, mas não ocupam novas posições na rede cristalina;
numa curva de x , a região elástica é a parte linear inicial do gráfico.
• Deformação plástica: é irreversível, ou seja, quando a carga é retirada, o material não recupera suas dimensões originais;
átomos se deslocam para novas posições em relação uns aos outros.
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• Comportamento x - Deformação Elástica:
Em um teste de tração, se a deformação observada no material for do tipo elástica, então a relação entre a tensão e a deformação é dada pela lei de Hook:
= E. ;
E é o módulo de Young, ou módulo de elasticidade, e tem as mesmas
unidades de , N/m2.
Descarga
Coeficiente angular = E
Carga
ten
são
deformação
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• Aneslaticidade: Para a maioria dos materiais de engenharia, existirá uma componente de deformação elástica que é dependente do tempo;
A deformação elástica continuará após a aplicação da tensão e alívio da carga, passará um intervalo de tempo finito até que o material recupere sua forma original.
Para alguns materiais, a porção inicial da curva tensão vs. deformação não é linear, sendo necessário o uso de outros métodos para a determinação do seu módulo de elasticidade.
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• Módulo de elasticidade: fatores influentes: força das ligações atômicas:
Ligação forte
Ligação fraca
separação
forç
a
Alto E
Baixo E
E ≈ (dF/dr) r0
r0 = separação interatômica de equilíbrio
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• Módulo de elasticidade: fatores influentes temperatura.
• Coeficiente de Poisson (): definido como sendo a razão entre as deformações lateral e axial.
O coeficiente de Poisson pode ser usado para estabelecer uma relação entre o módulo de elasticidade e o módulo de cisalhamento de um material.
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• Módulos de elasticidade, de cisalhamento e coeficientes de Poisson para várias ligas metálicas à temperatura ambiente.
Propriedades Mecânicas dos MateriaisPropriedades Mecânicas dos Materiais• Deformação Plástica:
tensão e deformação não são proporcionais;
a deformação não é reversível;
a deformação ocorre pela quebra e rearranjo das ligações atômicas (em materiais cristalinos, pelo movimento das discordâncias).
fratura
Corp
o d
e p
rova
pad
rão
Deformação elástica
Deformação plástica uniforme
estricção
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• Tipos de material e as curvas de x
ten
são
ten
sã o
ten
sã o
deformação
deformação
deformação
Propriedades Mecânicas dos MateriaisPropriedades Mecânicas dos Materiais• Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento:
o escoamento indica o início da deformação plástica do material.
elástica plástica
deformação
Limite superior de escoamento
Limite inferior de escoamento
deformação
ten
são
ten
são
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• Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento
elástica plástica
deformação
ten
sã o
y é determinado pelo método de
pré-deformação específica, geralmente de 0,002; ou seja, é a tensão capaz de causar uma deformação permanente de 0,2% no material;
O ponto de escoamento (P), também chamado limite de proporcionalidade corresponde à posição na curva onde a condição de linearidade termina, ou seja, onde a lei de Hook deixa de valer.
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• Propriedades de tração: Ductilidade é o grau de deformação plástica suportado até a fratura do material; pode ser medida pelo alongamento percentual ou pela redução de área percentual.
ten
são
deformação
frágil
dúctilAlongamento percentual:
AL % = [(lf – l0)/l0]/x100
Redução de área percentual
RA % = [(A0 – Af)/A0]/x100
Fratura Frágil x Fratura DúctilFratura Frágil x Fratura Dúctil Material dúctil: altas deformação plástica e estocagem de energia antes da fratura;
Material frágil: baixas deformação plástica e estocagem de energia antes da fratura;
Etapas da fratura:
formação de uma trinca;
propagação de uma trinca.
Os materiais podem fraturar de 2 modos: dúctil e frágil. A diferença se baseia na quantidade de deformação plástica que o material sofre antes de fraturar.
(a) fratura altamente dúctil: material sofre longa estricção, a partir de uma determinada tensão, até um único ponto no momento da fratura;
(b) fratura moderamente dúctil: material fratura após sofrer alguma deformação plástica;
(a) fratura frágil: material fratura sem que ocorra nenhuma deformação plástica;
Fratura dúctil:
a) início do empescoçamento;
b) formação de pequenas cavidades;
c) coalescimento de cavidades para formar uma trinca;
d) propagação da trinca;
e) Fratura por cisalhamento em um ângulo de 45° com relação à direção da carga aplicada.
Na fratura dúctil a trinca é estável e só aumenta de tamanho se a carga aplicada sobre o material for aumentada.
Fratura frágil:
a) não há deformação plástica apreciável;
b) trincas se propagam rapidamente;
c) trincas se propagam aproximadamente perpendicularmente à direção da carga aplicada;
d) propagação da trinca ocorre comumente por clivagem: quebra de ligações atômicas ao longo de planos cristalográficos específicos;
Na fratura frágil a trinca é instável e se propaga rapidamente mesmo sem aumento da carga aplicada.
Propriedades Mecânicas dos MateriaisPropriedades Mecânicas dos Materiais• Propriedades mecânicas típicas de vários metais e ligas em um estado recozido.
MPa
10
3
psi
deformação
Comportamento x do ferro com a temperatura.
Propriedades Mecânicas dos MateriaisPropriedades Mecânicas dos Materiais• Propriedades de tração: Resiliência:
capacidade de um material estocar energia quando deformado elasticamente e depois de aliviada a carga, ter essa energia recuperada.
o módulo de resiliência Ur representa a energia de deformação por volume necessária para tensionar um material de um estado sem carregamento até a sua tensão limite de escoamento.
Na região elástica linear:
ou
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• Deformação plástica: Tenacidade: representa uma medida da capacidade de um material absorver energia até a sua fratura; equivale a área sob a curva x até o ponto de fratura.
• O diagrama x de engenharia
ten
sã o
deformação
No diagrama de engenharia clássico de tensão vs. deformação, teremos:
1- módulo de elasticidade;
2 – tensão de escoamento;
3 – limite de resistência à tração;
4 – ductilidade: 100x fratura
5 – tenacidade: d
Tensão de fratura
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• Diagrama real vs. Diagrama de engenhariaTen
são (
psi
) x1
03
Deformação (mm/mm) x 10-2
Tensão real
fratura
fratura
Tensão de engenharia
• Diagrama real x :
v = F/Ai
v = ln (li/l0)
• Se Vi = V0 :
v = (1+ )
v = ln (1+ )
Onde os índices: i = instantâneo
0 = inicial
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• Tensão e deformação reais:
– para alguns metais e ligas, a relação entre a tensão verdadeira e a deformação verdadeira, até o ponto de estricção, pode ser aproximadamente dada pela relação:
ten
sã o
deformação
verdadeira
engenharia
corrigidav = K.v
n
K e n são constantes que dependem da condição do material e são tabelados.
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• Recuperação elástica durante uma deformação plásticate
nsã o
deformação
descarga
Reaplicação
da carga
Recuperação da
deformação elástica
Diagrama esquemático x em tração, mostrando os fenômenos de recuperação da deformação elástica e encruamento. O limite de escoamento inicial é
designado por y0; y1 é o
limite de elasticidade após a liberação da carga no ponto D e depois sob reaplicação da carga.