propriedades mecânicas dos materiais.pdf

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.

Principais propriedades mecânicas

� Resistência à tração

� Elasticidade

� Ductilidade

� Fluência

� Fadiga

� Dureza

� Tenacidade,....

Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las

Principais propriedades mecânicas

• Elasticidade: comportamento do material ao sersubmetido a ação de uma força ocasionando umadeformação, e retornando à sua forma original quando aação da força é removida

• Ductilidade: capacidade de absorver grandesdeformações, ultrapassando a fase elástica

• Fluência: efeito que causa deformações permanentesquando o material está submetido a condições severascomo esforços mecânicos associados a alta temperatura

Principais propriedades mecânicas

• Tenacidade: é a quantidade de energia que um material pode absorver antes romper

Principais propriedades mecânicas• Resiliência: capacidade do material absorver esforços mecânicos sem

ocorrer a ruptura

Tipos de tensões que uma estrutura esta sujeita

� Tração

� Compressão

� Cisalhamento

� Torção

Como determinar as propriedades mecânicas?

� Feita através de ensaios mecânicos.

� Utiliza-se normalmente corpos de prova para o ensaio

mecânico, não é praticável realizar o ensaio na própria

peça, que seria o ideal.

� Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento

das medidas e confecção do corpo de prova para garantir

que os resultados sejam comparáveis.

NORMAS TÉCNICAS

Normas técnicas mais comuns:

� ASTM (American Society for Testing and Materials)

� ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)

Ensaios para determinação das propriedades mecânicas

� Resistência à tração

� Resistência à compressão

� Resistência à torção

� Resistência ao choque

� Resistência ao desgaste

� Resistência à fadiga

� Dureza

RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

� É medida submetendo-se o material à uma carga

ou força de tração, paulatinamente crescente, que

promove uma deformação progressiva de aumento

de comprimento

� NBR-6152 para metais

RESITÊNCIA À TRAÇÃOTENSÃO (σ) X Deformação (ε)

σ = F/AoKgf/cm2 ou Kgf/mm2 ou N/ mm2

Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a deformação (variação dimensional).

A deformação pode ser expressa:•O número de milímetros de deformação por milímetros de comprimento

• O comprimento deformado como uma percentagem do comprimento original

Deformação(εεεε)= lf-lo/lo= ∆∆∆∆l/lo

lo= comprimento inicial

lf= comprimento final

Força ou cargaÁrea inicial da seção reta transversal

EQUIPAMENTO PARA ENSAIO DE TRAÇÃO

Extensômetro eletrônico usado para determinação do limite de escoamento

Máquina de Tração

Comportamento dos metais quando submetidos à tração

Resistência à tração

Dentro de certos limites,

a deformação é proporcional

à tensão (a lei de Hooke é

obedecida)

Lei de Hooke: σσσσ = E εεεε

� Corresponde à tensão máxima aplicada ao material antes da ruptura

� É calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo material pela área de seção reta inicial

Resistência à Tração (Kgf/mm2)

A deformação pode ser:

• Elástica

• Plástica

Deformação Elástica e Plástica

DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

� Precede a deformação plástica

� É reversível

� Desaparece quando a tensão é removida

� É proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke)

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

� É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade

� É irreversível; é resultado do deslocamento permanente dos átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida

Elástica Plástica

Deformação Elástica e Plástica

Módulo de elasticidade ou Módulo de Young

E= σσσσ/ εεεε =Kgf/mm2

• É o quociente entre a tensãoaplicada e a deformação elásticaresultante.

•Está relacionado com a rigidez domaterial ou à resistência àdeformação elástica

•Está relacionado diretamentecom as forças das ligaçõesinteratômicas

Lei de Hooke: σσσσ = E εεεε

P A lei de Hooke só éválida até este ponto

Tg αααα= Eα

Módulo de Elasticidade para alguns metaisQuanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão

MÓDULO DE ELASTICIDADE

[E]

GPa 106 Psi

Magnésio 45 6.5

AlumÍnio 69 10

Latão 97 14

Titânio 107 15.5

Cobre 110 16

Níquel 207 30

Aço 207 30

Tungstênio 407 59

Considerações gerais sobre módulo de elasticidade

Como consequência do módulo de elasticidadeestar diretamente relacionado com as forçasinteratômicas:

• Os materiais cerâmicos tem alto módulo deelasticidade, enquanto os materiais poliméricostem baixo.

• O módulo de elasticidade dos metais seencontra em um nível intermediário entre osmódulos dos materiais cerámicos e dospoliméros.

O Fenômeno de Escoamento

� Esse fenômeno é nitidamente observado em

alguns metais de natureza dúctil, como aços baixo

teor de carbono.

� Caracteriza-se por um grande alongamento sem

acréscimo de carga.

Tensão de escoamento

Não ocorre escoamento propriamente dito

Escoamento

Ductilidade

�A ductilidade é a propriedade física dosmateriais de suportar a deformaçãoplástica, sob a ação de cargas, sem seromper ou fraturar.

�Ela é caracterizada pelo fluxo domaterial sob ação de uma tensãocisalhante.

Ductilidade

�A ductilidade é a propriedade queapresentam alguns metais e ligasmetálicas quando estão sob a ação deuma força, podendo estirar-se semromper-se, transformando-se num fio.

�Os metais que apresentam estapropriedade são denominados dúcteis.

Ductilidade em termos de alongamento

ductilidade

• Corresponde ao alongamento total do materialdevido à deformação plástica

%alongamento= (lf-lo/lo)x100

Ductilidade expressa como estricção

� Corresponde à redução na área da seção retado corpo, imediatamente antes da ruptura

� Os materiais dúcteis sofrem grande redução naárea da seção reta antes da ruptura

Estricção = área inicial - área finalárea inicial

Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação

Resiliência• Corresponde à capacidade do material de

absorver energia quando este é deformadoelasticamente.

• A propriedade associada é dada pelo módulode resiliência (Ur)

Ur= (σe)2/2E

• Materiais resilientes são aqueles que têmalto limite de elasticidade e baixo módulo deelasticidade (como os materiais utilizadospara molas)

σe

� Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite deelasticidade e baixo módulo de elasticidade (como osmateriais utilizados para molas)

Resiliência

� Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura

tenacidade

Tenacidade

� 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

Tensão de Ruptura (Kgf/mm²)

� Resistência de um material ao sofre uma deformaçãoplástica localizada, devido a impressão ou a risco

� Inicialmente os primeiros ensaios de dureza eram feitoscom base em minerais naturais, onde se media acapacidade de um material mais duro riscar outro materialmais mole (Dureza Mohs)

� Atualmente usa-se um penetrador que é forçado contra asuperfície do material a ser testado. A profundidade ou otamanho da impressão é relacionada a um número índice

de dureza. Quanto mais mole for o material, maisprofunda ou maior será a impressão.

Dureza

� Não há necessidade de preparação de corpo de prova

� Os equipamentos que medem dureza são baratos

� O ensaio é não-destrutível, ou seja o material não éfraturado ou excessivamente deformado. O material sofreuma pequena impressão

� Possibilidade de realizar o ensaio na peça definitiva

� Outras propriedades mecânicas podem ser estimadasatravés do ensaio de dureza

Vantagens do ensaio de Dureza

� Permite a medida de várias escalas de dureza, variandotipos de penetradores ou a intensidade da carga aplicada

� Os penetradores podem ser esferas, aço cônico dediamante para materiais mais duros ou pirâmides

� A dureza é medida pela profundidade ou área da impressão

Tipos de ensaios de Dureza

Tipos de ensaios de Dureza

Escalas de Ensaios de Dureza

Dureza Rockwell - Representasão

80HRBrepresenta dureza Rockwell de 80 na escala B

60HR30Wrepresenta dureza Rockwell Superficial de 60 na escala 30W