4- propriedades mecanicas

7/31/2019 4- propriedades mecanicas

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3-PROPRIEDADESMECNICAS DOS METAIS


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PROPRIEDADESMECNICASPOR QU ESTUDAR? A determinao e/ou conhecimento das

propriedades mecnicas muito importantepara a escolha do material para umadeterminada aplicao, bem como para o projetoe fabricao do componente.

As propriedades mecnicas definem o

comportamento do material quando sujeitos esforos mecnicos, pois estas estorelacionadas capacidade do material de resistirou transmitir estes esforos aplicados sem

romper e sem se deformar de formaincontrolvel.


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Principais propriedadesmecnicas Resistncia trao Elasticidade Ductilidade Fluncia Fadiga Dureza

Tenacidade,....

Cada uma dessas propriedades est associada habilidadedo material de resistir s foras mecnicas e/ou de

transmiti-las


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TIPOS DE TENSES QUE UMAESTRUTURA ESTA SUJEITA

Trao Compresso Cisalhamento Toro


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Como determinar aspropriedades mecnicas? A determinao das propriedades mecnicas

feita atravs de ensaios mecnicos. Utiliza-se normalmente corpos de prova

(amostra representativa do material) para oensaio mecnico, j que por razes tcnicas eeconmicas no praticvel realizar o ensaio naprpria pea, que seria o ideal.

Geralmente, usa-se normas tcnicas para oprocedimento das medidas e confeco do corpode prova para garantir que os resultados sejamcomparveis.


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NORMAS TCNICASAs normas tcnicas mais comuns so

elaboradas pelas:

ASTM (American Society for Testing andMaterials)

ABNT (Associao Brasileira deNormas Tcnicas)


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TESTES MAIS COMUNS PARA SEDETERMINAR AS PROPRIEDADESMECNICAS DOS METAIS

Resistncia trao (+ comum,determina a elongao)

Resistncia compresso Resistncia toro Resistncia ao choque

Resistncia ao desgaste Resistncia fadiga Dureza Etc...


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CLASSIFICAO DOSEnsaios Mecnicos

Fonte: Carlos Alexandre dos Santos-Pucrs


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RESISTNCIA TRAO medida

submetendo-se omaterial uma cargaou fora de trao,

paulatinamentecrescente, quepromove umadeformaoprogressiva de

aumento decomprimento NBR-6152 para

metais


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ESQUEMA DE MQUINAPARA ENSAIO DE TRAO

PARTES BSICAS

Sistema de aplicao de carga dispositivo para prender o corpo de prova Sensores que permitam medir a tenso

aplicada e a deformao promovida(extensimetro)


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RESITNCIA TRAOTENSO () X Deformao ()

= F/Ao Kgf/cm2 ouKgf/mm2 ou N/ mm2

Como efeito da aplicao de uma tenso tem-se adeformao (variao dimensional).

A deformao pode serexpressa:O nmero de milmetrosa de deformaopor milmetros de comprimento

O comprimento deformado como umapercentagem do comprimento original

Deformao( )= lf-lo/lo=l/lo

lo= comprimento inicial

lf= comprimento final

Fora ou cargarea inicial da seo reta transversal


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Comportamento dos metais quandosubmetidos trao

Resistncia trao

Dentro de certos limites,

a deformao proporcional

tenso(a lei de Hooke

obedecida)

Lei de Hooke: = E


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A deformao pode ser:

Elstica Plstica


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Deformao Elstica e Plstica

DEFORMAO ELSTICA Prescede deformao

plstica

reversvel Desaparece quando a tenso

removida praticamente proporcional

tenso aplicada (obedece a leide Hooke)

DEFORMAO PLSTICA

provocada por tenses que

ultrapassam o limite de elasticidade irreversvel porque resultado do

deslocamento permanente dostomos e portanto no desaparecequando a tenso removida

Elstica Plstica


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Mdulo de elasticidade ouMdulo de Young

E= / =Kgf/mm2

o quociente entre a tensoaplicada e a deformaoelstica resultante.

Est relacionado com a rigidez

do material ou resist. deformao elstica

Est relacionadodiretamente com as forasdas ligaes interatmicas

Lei de Hooke: = E

P A lei de Hooke s vlida at este ponto

Tg = E


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Mdulo de Elasticidade paraalguns metaisQuanto maior o mdulo de elasticidade mais rgido omaterial ou menor a sua deformao elstica quandoaplicada uma dada tenso

MDULO DE ELASTICIDADE

[E]GPa 106 Psi

Magnsio 45 6.5

Alumnio 69 10

Lato 97 14

Titnio 107 15.5

Cobre 110 16

Nquel 204 30

Ao 207 30

Tungstnio 407 59


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Comportamento no-linear Alguns metais

como ferro fundidocinzento, concreto

e muitos polmerosapresentam umcomportamento nolinear na parte

elstica da curvatenso xdeformao


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Consideraes gerais sobremdulo de elasticidadeComo consequncia do mdulo de

elasticidade estar diretamenterelacionado com as foras interatmicas:

Os materiais cermicos tem alto mdulode elasticidade, enquanto os materiaispolimricos tem baixo

Com o aumento da temperatura o mdulode elasticidade diminui


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Anisotropia no Mdulo deElasticidade em material monocristalino o

mdulo de elasticidade depende

da direo de aplicao datenso nos eixoscristalogrficos, pois a interaoatmica varia com a direo.

Neste caso especifica-se asconstantes elsticas


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O COEFICIENTE DE POISSON PARAELONGAO OU COMPRESSO

Qualquerelongao oucompresso deuma estruturacristalina emuma direo,causada poruma forauniaxial, produz

um ajustamentonas dimensesperpendiculares direo dafora

x

z


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O COEFICIENTE DE POISSON PARATENSES DE CISALHAMENTO

Tenses decisalhamentoproduzemdeslocamentode um plano detomos emrelao ao planoadjacente

A deformaoelstica decisalhamento

dada ( ):

= tg

Mdulo deCisalhamento ou derigidez

Como para metais ~0,3 G~0,4E


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Mdulo de Cisalhamento

conhecido tambm como mdulode elasticidade transversal.


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Foras de compresso,cisalhamento e toro

O comportamento elstico tambm

observado quando forascompressivas, tenses decisalhamento ou de toro so

impostas ao material


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O FENMENO DEESCOAMENTO

Esse fenmeno nitidamenteobservado em alguns metais de

natureza dctil, como aos baixoteor de carbono. Caracteriza-se por um grande

alongamento sem acrscimo decarga.


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Outras informaes que podem serobtidas das curvas tensoxdeformao

Tenso de escoamentoy= tenso de escoamento

(corresponde a tenso mximarelacionada com o fenmeno de

escoamento)

De acordo com a curva a, onde no observa-se nitidamente o fenmeno de escoamento

Alguns aos e outros materiais exibem ocomportamento da curva b, ou seja, o limitedeescoamento bem definido (o materialescoa- deforma-se plasticamente-sempraticamente aumento da tenso). Neste caso,geralmente a tenso de escoamentocorresponde tenso mxima verificada durantea fase de escoamento

No ocorre escoamentopropriamente dito

Escoamento


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Limite de Escoamento

quando no observa-se

nitidamente o fenmeno

de escoamento, a tenso de

escoamento corresponde

tenso necessria para promover

uma deformao permanente de

0,2% ou outro valor especificado(obtido pelo mtodo grfico

indicado na fig. Ao lado)

Fonte figura: Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Cincia dos Materiaise Metalurgia da PUC-Rio


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Limite de Escoamento


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Resistncia Trao(Kgf/mm2)

Corresponde tensomxima aplicada aomaterial antes daruptura

calculada dividindo-sea carga mximasuportada pelo materialpela rea de seo reta

inicial


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Tenso de Ruptura(Kgf/mm2)

Corresponde tenso que

promove a ruptura domaterial O limite de ruptura

geralmente inferior aolimite de resistncia emvirtude de que a rea daseo reta para ummaterial dctil reduz-seantes da ruptura


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Corresponde aoalongamento total do

material devido deformao plstica

%alongamento=

(lf-lo/lo)x100onde lo e lfcorrespondemao comprimento inicial efinal (aps a ruptura),

respectivamente

Ductilidade em termos de alongamento

ductilidade

Outras informaes que podem ser obtidas dascurvas tensoxdeformao


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Ductilidade expressa comoalongamento

Como adeformao final localizada, o valor

da elongao stem significado seindicado ocomprimento de

medida Ex: Alongamento:

30% em 50mm


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Ductilidade expressa comoestrico Corresponde reduo na rea da seo

reta do corpo, imediatamente antes daruptura

Os materiais dcteis sofrem grandereduo na rea da seo reta antes daruptura

Estrico= rea inicial-rea finalrea inicial


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Resilincia Corresponde capacidade do

material de absorver energiaquando este deformadoelasticamente

A propriedade associada dada pelo mdulo de resilincia(Ur)

Ur=

esc

2/2E

Materiais resilientes soaqueles que tm alto limite deelasticidade e baixo mdulo deelasticidade (como os materiaisutilizados para molas)

esc


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Tenacidade

Corresponde capacidadedo material de absorverenergia at sua ruptura

tenacidade


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Mdulo de tenacidadeMateriais dcteis

Ut= esc + LRT . f em N.m/m3

2


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Mdulo de tenacidadeMateriais frgeis

Ut= 2/3 . LRT. f em N.m/m3


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Algumas propriedadesmecnicas para alguns metais


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VARIAO DA PROPRIEDADESMECNICAS COM A TEMPERATURA


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TENSO E DEFORMAOREAIS OU VERDADEIRAS A curva de tenso x

deformao convencional,estudada anteriormente,no apresenta uma

informao real dascaractersticas tenso edeformao porque sebaseia somente nascaractersticas

dimensionais originais docorpo de prova ou amostrae que na verdade socontinuamente alteradasdurante o ensaio.


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TENSO E DEFORMAOREAIS

TENSO REAL (r)

r = F/Ai

onde Ai a rea daseo transversal

instantnea (m2)

DEFORMAO REAL (r)

d r = dl/l r = ln li/lo

Se no h variao de

volumeAi.li = Ao.lo r = ln Ai/Ao


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RELAES ENTRE TENSES EDEFORMAES VERDADEIRAS ECONVENCIONAIS

RELAO ENTRETENSO REAL ECONVENCIONAL

r = (1+ )

RELAO ENTREDEFORMAO REAL ECONVENCIONAL

r = ln (1+ )

Estas equaes so vlidas para situaes at

a formao do pescoo


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TENSO CORRETA PARA A REGIO DEDEFORMAO PLSTICA

r = krn

K e n so constantesque dependem domaterial e dependem

do tratamento dadoao mesmo, ou seja, seforam tratadostermicamente ouencruados

correta

A tenso correta de ruptura devido a outros componentesde tenses presentes, alm da

tenso axial


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K e n

K= coeficiente de resistncia

(quantifica o nvel de resistncia queo material pode suportar) n= coeficiente de encruamento

(representa a capacidade com que omaterial distribui a deformao)


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K e na para algunsmateriais

Material n K (MPa)Ao baixo teor de carbono

recozido0,26 530

Ao 4340 recozido 0,15 640Ao inox 304 recozido 0,45 1275

Alumnio recozido 0,2 180

Liga de Alumnio 2024 T 0,16 690

Cobre recozido 0,54 315

Lato 70-30 recozido 0,49 895


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