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PROPRIEDADES MECÂNICAS
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1. INTRODUÇÃO
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O Comportamento mecânico de um materialreflete a relação entre sua resposta oudeformação a uma carga ou força aplicada.
Principais Propriedades mecânicas (projeto):
Rigidez,
resistência,dureza,ductilidade e
tenacidade
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade
do material de resistir às forças mecânicas e/ou detransmiti-las
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1. INTRODUÇÃO
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As propriedades mecânicas são verificadasatravés dos ensaios (destrutivos e nãodestrutivos);
Variáveis dos ensaios:
Carga aplicada
Duração da carga aplicadaCondições ambientais
Técnicas padronizadas: Sociedade Americana
para Ensaios de Materiais (ASTM)
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Propriedades Mecânicas de Metais
•
Como os metais são materiais estruturais, oconhecimento de suas propriedades mecânicas éfundamental para sua aplicação.
•
Um grande número de propriedades pode serderivado de um único tipo de experimento, o testede tração.
• Neste tipo de teste um material é tracionado e sedeforma até fraturar. Mede-se o valor da força e doelongamento a cada instante, e gera-se uma curvatensão-deformação.
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2. TENSÃO E DEFORMAÇÃO
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- ENSAIO: Aplicação uniforme de uma carga sobre uma seçãotransversal.
- A carga pode ser aplicada: tração, compressão e cisalhamento (ou torção):
a) Carga de tração produzindoalongamento e umadeformação linear positiva.
b) Carga de compressãoproduzindo contração e umadeformação linear negativa.
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2. TENSÃO E DEFORMAÇÃO
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c) Deformação cisalhante (gamma), em que = tan θ (theta); c) Deformação cisalhante (gamma), em que = tan θ (theta);d) Deformação torcional (com ângulo de torção ) produzido pela aplicação de umtorque T)
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2.1 ENSAIO DE TRAÇÃO
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- Uma amostra é deformada, até sua fratura, por uma carga detração que é aumentada gradativamente e é aplicadauniaxialmente ao longo do eixo de um corpo de provas.
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2.1 ENSAIO DE TRAÇÃO
8Dispositivo usado para a condução de ensaios tensão-deformação sob tração.
1) O corpo de provas é alongadopelo travessão móvel;
2) Uma célula de carga e umextensômetro medem,respectivamente, a magnitude
da carga aplicada e oalongamento.
3) Gráfico tensão e deformação
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2.1 ENSAIO DE TRAÇÃO
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- O parâmetro TENSÃO, σ (sigma) é calculado através darelação:
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2.1 ENSAIO DE TRAÇÃO
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- O parâmetro DEFORMAÇÃO, ε (epsilon) é calculado através darelação:
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2.2 ENSAIO DE COMPRESSÃO
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-É semelhante ao ensaio de tração;
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2.3 ENSAIO DECISALHAMENTO E TORCÃO
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-Para os ensaios realizados sob uma força cisalhante pura, a tensãocisalhante (tau) é calculada de acordo com:
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3. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
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- A tensão e a deformação são proporcionais entre si:
E (GPa ou psi) éo módulo de elasti cidade
oumódulo de Young
Lei de Hooke!
- O processo de deformação em que aTENSÃO
é proporcional aDEFORMAÇÃO é chamado de DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
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3. DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
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- GRÁFICO DEFORMAÇÃO ELÁSTICA (deformação não permanente):
- O módulo deelasticidade pode serconsiderado como rigidez,ou uma resistência domaterial à deformaçãoelástica.
- Independente do tempo;
Maior E = mais rígidomaterial, logo menosdeformação
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4. ANELASTICIDADE
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- Depende do tempo – isto é, a deformação elástica irá
permanecer após aplicação da tensão por um tempo finito.
- Para os metais aanelasticidade é
desprezível!
- Importante para materiaispoliméricos – denominadaVISCOELÁSTICO.
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4. DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
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A) ESCOAMENTO: É o nível de tensão no qual tem início adeformação plástica!!
- É IMPORTANTE para um engenheiro pois se umaestrutura sofrer deformação plástica, pode não ser capazde funcionar como programado!
Ponto de Escoamento ou Limite de Proporcionalidade (P):
ponto onde ocorre o afastamento inicial da linearidade na
curva tensão-deformação.
-Difícil de ser medida
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B) LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (LRT)
- Após o escoamento, a tensão necessária para continuar adeformação plástica nos metais aumenta até um valor máximo(PONTO M), e então diminui até a fratura do material (PONTO F).
LRT (MPa ou psi)– É o ponto M
ponto que corresponde à tensão máxima suportada poruma estrutura sob tração!
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C) DUCTILIDADE
- É uma medida do grau de deformação plástica que foisuportado até a fratura
A ductilidade é expressa como um
alongamento percentual (%AL):
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D) RESILIÊNCIA
- É a capacidade de um material de absorver energia quando eleé deformado ELASTICAMENTE e, depois, com a remoção dacarga, permitir a recuperação dessa energia.
E) TENACIDADE
- Tenacidade à fratura é uma propriedade indicativa daresistência de um material à fratura quando uma trinca (defeito)está presente;
-Mede a resistência ao choque
-Ensaio Charpy
-Ela é a área sob a curva σ – ε.
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5. ENSAIO DE DUREZA
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- É a medida da resistência de um material a uma deformaçãoplástica localizada (um risco);
- Escala Mohs (arbitrária): 1 – talco até 10 - diamante
- Ensaio simples e barato;
- Não destrutivo
- Outras propriedade mecânicas podem ser estimadas a partir
dos dados de dureza (ex. LRT)
5 ENSAIO DE DUREZA
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5. ENSAIO DE DUREZA
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ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL
- Menos utilizado
- Penetradores de aço e diamante são usados.
- Mais utilizado!! Norma ASTM
ENSAIO DE DUREZA BRINELL
- Penetradores de aço e diamante são usados, mas comdiâmetros diferentes do ensaio Rockwell.
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FALHA OU RUPTURANOS METAIS
Fratura
Fadiga
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FRATURA
Consiste na separação do material em 2 ou
mais partes devido à aplicação de umacarga estática à temperaturasrelativamente baixas em relação ao pontode fusão do material.
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FRATURA
Dúctil a deformação plástica continua até
uma redução na área.
Frágil não ocorre deformação plástica,requerendo menos energia que a fratura dúctil que
consome energia para o movimento de
discordâncias e imperfeições no material.
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FRATURA
Fraturas dúcteis
Fratura frágil
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Mecanismo da fratura dúctil
a- formação do pescoçob- formação de cavidades
c- coalescimento dascavidades para promoveruma trinca ou fissura
d- formação e propagação
da trinca em um ângulode 45 graus em relaçãoà tensão aplicada
e- rompimento do materialpor propagação da trinca
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FADIGA
É a forma de falha ou ruptura que ocorre
nas estruturas sujeitas à forças dinâmicas
e cíclicas - caso do avião
Nessas situações o material rompe com
tensões muito inferiores à correspondenteà resistência à tração (determinada para
cargas estáticas)
EXERCÍCIO
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EXERCÍCIO
Qual o corpo de provas abaixo é mais dúctil?
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