ensaio de tração aço 1020
TRANSCRIPT
1
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO - UFMT
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE RONDONÓPOLIS - CUR
INSTITUTO CIÊNC. AGRÁRIA E TECNOLÓGICA - ICAT
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA BACHERELADO
DISCIPLINA DE ENSAIO MECÂNICOS DOS MATERIAIS
RELATÓRIO DE ENSAIO DE TRAÇÃO EM AÇO 1020
PROF. CARLOS TRIVEÑO RIOS
GABRIEL SECRETTI CERETTA
CLICIANE FERREIRA SANTOS
RONDONÓPOLIS, MT – 2011
2
SUMÁRIO
3 INTRODUÇÃO TEÓRICA 03
4 OBJETIVO 04
5 METODOLOGIA 04
3.1Descrição do material. 04
3.2Equipamentos ministrados. 07
3.3Procedimentos de execução. 07
3.4 Equações utilizadas. 08
4 RESULTADOS 09
4.1Resultado do corpo de prova 01 aço 1020. 09
4.2Resultado do corpo de prova 02 a priori aço 1020. 12
4.3Análise dos resultados obtidos 15
5 CONCLUSÃO 16
6 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 17
3
1. INTRODUÇÃO TEÓRICA
O Ensaio de Tração consiste na aplicação de uma carga de tração
uniaxial crescente em um corpo de prova especifico, (ao mesmo tempo em
que são medidas as variações no comprimento) até a ruptura. Trata-se de
um ensaio amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos,
devido às vantagens de fornecer dados quantitativos das características
mecânicas dos materiais.
Submeteremos os corpos-de-prova á esforços crescentes em direção
axial alongando-os até que ocorra a ruptura, e assim poderemos medir as
deformações correspondentes por intermédio do extensômetro
A seguir mostraremos as etapas e os resultados obtidos referentes a
dois ensaios de tração, o primeiro realizado em um corpo de prova
constituído de aço 1020 sem tratamento térmico com velocidade de
3mm/minuto, e o segundo realizado em um corpo de prova constituído de
aço desconhecido com velocidade de 20mm/minuto . Por fim, serão
analisados e comparados os resultados obtidos
4
2. OBJETIVO
Determinar as propriedades mecânicas sob aplicação de cargas
uniaxiais de tração em dois corpos-de-prova de formato cilíndrico, o corpo
01 trata-se de um aço 1020 tratado termicamente e o corpo 02 a princípio
também se trata de um aço 1020 porém não sabemos se sofreu algum tipo
de tratamento. O material foi fornecido pelo ministrante da disciplina de
Ensaios Mecânicos dos Materiais, o professor Carlos Triveño Rios
3. METODOLOGIA
3.1. Descrição do material
O ensaio de tração foi realizado no laboratório do curso de Engenharia
Mecânica CUR – UFMT pelos estudantes do grupo Ι da disciplina de
Ensaios Mecânicos dos Materiais (turma 2011/2) em dois materiais de aço.
O corpo 01 é um aço 1020 tratado termicamente e o corpo-de-prova 02 a
princípio trata-se também de um aço 1020 . Os materiais foram fornecidos
pelo professor Dr. Carlos Triveño Rios. Os dois corpos-de-prova utilizados
eram no formato cilíndrico de acordo com as normas da NBR-6152, da
ABNT (Associação brasileira de normas técnicas).
Fig. 1.1 Corpo de prova cilíndrica.
5
Fig. 1.2 Corpo de prova cilíndrica 01 antes do ensaio
Corpo de prova 01 cilíndrico (mm)
A(comprimento inter. útil) 63,9 mmB(diâmetro inter. util) 11,2 mmC (diâmetro externo) 9,1 mmD (comprimento externo) 164,2 mmR (raio de concordância) 4 mm
Tabela 1.1
6
Fig. 1.3 Corpo de prova cilíndrica 02 antes do ensaio
Corpo de prova 02 cilíndrico (mm)
A(comprimento inter. útil) 63,3 mmB(diâmetro inter. util) 9,1 mmC (diâmetro externo) 15,75 mmD (comprimento externo) 104,4 mmR (raio de concordância) 4 mm
Tabela 1.2
7
3.2.Equipamentos ministrados
Os ensaios do corpo de prova mencionado acima foi realizado em
uma máquina de ensaio convencional, marca EMIC, modelo DL-60000,
do curso de Engenharia Mecânica – CUR-UFMT, com carga máxima de
60000 kgf e o computador (software Tesc 3.5).
3.3.Procedimentos de execução
Inicialmente, utilizaremos o corpo de prova cilíndrico 01 de aço 1020
trabalhado termicamente para compará-lo em seguida com corpo de prova
02 supondo q também seja de aço 1020. Fotografamos os corpos com
auxilio de régua e obtemos as medidas dos corpos utilizado o paquímetro.
Antes de começar o ensaio, devemos colocar na maquina EMIC as
pinças adequadas e já lubrificadas para não danificar o equipamento.
Depois ajustamos o limite de deslocamento superior e inferior da maquina,
no software selecionamos o método de ensaio correspondente ao tipo de
corpo-de-prova, no nosso caso selecionamos o método Tração cilíndrico
sem extensômetro, em seguida inserimos as medidas do corpo-de-prova
tiradas com o paquímetro no software, depois ajustamos a velocidade de
deformação para 5mm/min. Fixamos o corpo de prova na maquina de
ensaios EMIC de acordo com a norma técnica, e aplicamos uma pre-carga
de 210kg para a correta fixação, evitando assim o escorregamento do corpo
de prova das garras, o que invalidaria o ensaio.
Os resultados serão apresentados na forma gráfica, relacionando a
carga aplicada com a correspondente deformação linear medidas sem o uso
do extensômetro. Os dados foram obtidos pelo aplicativo Tesc 3.05 e
medições utilizando paquímetro, posteriormente exportado para
arquivos .txt e importado para o programa Microcal Origin 6.0 onde foi
traçado e analisado os resultados dos ensaios.
8
3.4.Equações utilizadas
Foram utilizadas a seguintes equações para obter os dados:
1) Tensão Convencional (σc): σc ¿PSo
2) Deformação Convencional (εc): εc ¿l – lolo
=∆ llo
3) Módulo de Elasticidade (E): E=σε
4) Módulo de Resiliência (Ur): Ur = σ2p 2E
5) Módulo de Tenacidade (Ut): Ut ¿σ ₑ+σ ᵤ
2∗εf
6) Alongamento (∆L): ∆l = lf – lo
7) Ductilidade (%AL): TF=∆ Llo
∗100
8) Coeficiente de Estricção (φ): φ=So−SfSo
9) Tensão Real (σr): σr ¿PS ou σr ¿σc(l+εc)
10) Deformação Real (εr): εr = ln ( SoS )= ln (1+ε c )
11) Curva Tensão-Deformação Real na Região Plástica (σr): σr=K εnr
12) Coeficiente de Encruamento (n): n= ε(r n)
9
4. RESULTADOS
4.1. Resultado do corpo de prova 01 aço 1020
Segue as medidas do corpo de prova cilíndrico 01 de aço 1020
trabalhado termicamente após o ensaio de tração:
CP cilíndrico após o ensaio Medida (mm)
Diâmetro interno final (Φf) 5,85 mmComprimento interno final (lf) 84,9 mmComprimento externo total (lft) 185,9 mm
Tabela 1.3
10
A seguir apresentaremos a Tabela 1.4 com os resultados experimentais
obtidos do ensaio de tração no aço 01, comparando-os assim com os
valores tabelados encontrados na literatura
Propriedade Mecânica Valor
Experimental
Valor Tabelado
Aço 1020
Valor Tabelado
Aço 1040
Limite d resistência a tração (σu) 248 MPa 420 MPa 590 MPa
Tensão a fratura (σf) 98 MPa - -
Limite de Escoamento (σe) 152 MPa 350 MPa 490 MPa
Limite de Proporcionalidade (σp) 148 MPa - -
Deformação (εf) 0,32 - -
Módulo de Elasticidade (E) 203,66 GPa 207 GPa 207 GPa
Alongamento Após Fratura (∆l) 21 mm - -
Ductilidade (%AL) 32,87 % 15,00 % 12,00 %
Redução de Área (%RA) 75 % 40,00 % 35,00 %
Coeficiente de Estricção (φ) 0,727 - -
Módulo de Tenacidade (Ut) 0, 06009 N/mm2 - -
Módulo de Resiliência (Ur) 0, 505 N/mm2 - -
Tabela 1.4
Para encontrar a tensão real e a deformação real utilizaremos as
equações (10) e (11) listadas acima. No ponto σ❑=2 MPa/mm² e
deformação de ε❑=¿0,0000982. Obtivemos σ r=¿ 2,0001964 MPa e ε r=¿
0,00009819. O coeficiente de encruamento obtidos através da equação
(13),possui o valo de k = 600 MPa.
Fazendo a analise dos resultados notamos que os dados
experimentais obtidos não condizem com os dados da literatura quando
comparados. Estes erros podem ter sido ocasionados pelo mau
posicionamento do corpo de prova ou, má calibração da maquina de ensaio
11
Fratura em forma de taça, deformação característica
de materiais dúcteis
Fig. 1.4 Corpo de prova cilíndrico 01 após o ensaio
12
4.2. Resultado do corpo de prova 02 aço 1020
Segue as medidas do corpo de prova cilíndrico 01 de aço 1020
trabalhado termicamente após o ensaio de tração:
CP cilíndrico após o ensaio (mm)
Diâmetro interno final (Φf) 7,10 mmComprimento interno final (lf) 67,8 mmComprimento externo total (lft) 108,9 mm
Tabela 1.4
13
A seguir apresentaremos a Tabela 1.5 com os resultados experimentais
obtidos do ensaio de tração no aço 02, comparando-os assim com os
valores tabelados encontrados na literatura
Propriedade Mecânica Valor
Experimental
Valor Tabelado
Aço 1020
Valor Tabelado
Aço 1040
Limite d resistência a tração (σu) 887 MPa 420 MPa 590 MPa
Tensão a fratura (σf) 730 MPa - -
Limite de Escoamento (σe) 870 MPa 350 MPa 490 MPa
Limite de Proporcionalidade (σp) 781 MPa - -
Deformação (εf) 0,071 - -
Módulo de Elasticidade (E) 215,26 GPa 207 GPa 207 GPa
Alongamento Após Fratura (∆l) 21,6 mm - -
Ductilidade (%AL) 7,10% 15,00 % 12,00 %
Redução de Área (%RA) 25,45% 40,00 % 35,00 %
Coeficiente de Estricção (φ) 0,219 - -
Módulo de Tenacidade (Ut) 1,44 N/mm2 - -
Módulo de Resiliência (Ur) 0,0652 N/mm2 - -
Tabela 1.5
Para encontrar a tensão real e a deformação real utilizaremos as
equações (10) e (11) listadas acima. No ponto σ❑=141,4 MPa/mm² e
deformação de ε❑=¿0,0065523. Obtivemos σ r=¿141,923 MPa e ε r=¿
0,00653. O coeficiente de encruamento obtido pela da equação (13),possui
o valor de k = 600 MPa.
Fazendo a analise dos resultados notamos que os dados experimentais
obtidos não condizem com os dados da literatura quando comparados.
Estes erros podem ter sido ocasionados pelo mau posicionamento do corpo
de prova ou má calibração da maquina.
14
A fratura ocorre quase que sem
empescoçamento. Deformação
característica de material frágil
Fig. 1.5 Corpo de prova cilíndrico 02 após o ensaio
15
4.3. ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
Após o Ensaio de tração observamos que o corpo-de-prova apresentou
uma fratura do tipo frágil, como mostrado na figura 1.5. Através do gráfico
tensão - deformação, foi possível calcular o limite de escoamento, limite de
resistência a tração e tensão a fratura. Com os dados obtidos, utilizando o
paquímetro, podemos calcular o alongamento, a redução de área,
ductilidade etc. Todos os cálculos feitos estão apresentados na tabela 1.5.
Observando o gráfico, vemos que o corpo-de-prova sofreu quase que
nenhum empescoçamento, mostrando uma deformação frágil. Observando
esse comportamento, podemos dizer, que o aço alvo do estudo não
caracteriza um aço 1020 tratado termicamente. Foram feitas também
comparações com os aços 1020 comum e o aço 1040. Sendo assim
supomos que o CP2 possivelmente passou por um tratamento térmico
recozimento ou possui maior porcentagem de carbono e para afirmarmos
qual é o material do CP2 seria necessária a analise metalográfica
juntamente com um ensaio de Dureza.
16
5. CONCLUSÃO
Foi descrito neste relatório o ensaio de tração, realizada na aula de
ensaios mecânicos pela turma 2011/2 do curso de engenharia mecânica –
CUR – UFMT, com a ajuda do professor ministrante da matéria Dr. Carlos
Triveño Rios e do técnico responsável pelo laboratório. Aprendemos a
realizar o ensaio de tração bem como todos seus procedimentos padrões
desde a preparação do corpo de prova até analise dos resultados, estando os
mesmos dentro da norma NBR-6152, formuladas pela ABNT (Associação
brasileira de normas técnicas), obtendo assim uma boa aprendizagem.
17
6. REFERÊCIA BIBLIOGRÁFICA
CALLISTER Jr, W. D. Ciência e Engenharia de Materiais – Uma
Introdução, Ed. LTC, Inc, 7ª edição (2008), Rio de Janeiro;
CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica – Estrutura e
Propriedades Processos de Fabricação, vol 1, Ed McGraw-Hill do
Brasil,1° edição (1979), São Paulo;
Slides apresentados nas Aulas de “Ensaios Mecânicos dos
Materiais” ministradas pelo prof. Dr. Carlos Triveño Rios (2011/2);
Slides apresentados nas Aulas de “Ciências dos Materiais”
ministradas pelo prof. Dr. Carlos Triveño Rios (2011/1).