ensaio de tração aço 1020

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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

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Page 1: Ensaio de tração aço 1020

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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

Page 2: Ensaio de tração aço 1020

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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

Page 3: Ensaio de tração aço 1020

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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

Page 4: Ensaio de tração aço 1020

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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.

Page 5: Ensaio de tração aço 1020

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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

Page 6: Ensaio de tração aço 1020

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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

Page 7: Ensaio de tração aço 1020

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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.

Page 8: Ensaio de tração aço 1020

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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)

Page 9: Ensaio de tração aço 1020

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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

Page 10: Ensaio de tração aço 1020

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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

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Fratura em forma de taça, deformação característica

de materiais dúcteis

Fig. 1.4 Corpo de prova cilíndrico 01 após o ensaio

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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

Page 13: Ensaio de tração aço 1020

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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.

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A fratura ocorre quase que sem

empescoçamento. Deformação

característica de material frágil

Fig. 1.5 Corpo de prova cilíndrico 02 após o ensaio

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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.

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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.

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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).