ensaios dos materiais
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Índice INTRODUÇÃO AOS ENSAIOS DOS MATERIAIS ............................................................................... 3
ENSAIO DE TRACÇÃO ..................................................................................................................... 4
INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 4
DEFINIÇÃO DE TENSÃO ............................................................................................................. 4
PRINCÍPIOS DO ENSAIO ............................................................................................................. 4
TENSÃO NOMINAL E TENSÃO REAL ...................................................................................... 5
DEFORMAÇÃO NOMINAL E REAL .......................................................................................... 6
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS OBTIDAS NUM ENSAIO DE TRACÇÃO ....................................... 7
ENSAIOS DE DUREZA ..................................................................................................................... 8
INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 8
PRINCIPIOS DO ENSAIO ............................................................................................................. 8
DUREZA BRINELL ....................................................................................................................... 9
DUREZA VICKERS ..................................................................................................................... 10
DUREZA ROCKWELL ................................................................................................................. 10
DUREZA MEYER ....................................................................................................................... 11
MICRODUREZA ........................................................................................................................ 11
OUTROS ENSAIOS .................................................................................................................... 12
AMOSTRAS PADRÃO ............................................................................................................... 12
ENSAIO DE COMPRESSÃO ........................................................................................................... 13
INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 13
PRINCÍPIOS BÁSICOS ............................................................................................................... 13
CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TENSÃO REAL VS DEFORMAÇÃO REAL ..................................... 13
COMPRESSÃO EM MATERIAIS FRÁGEIS .................................................................................. 14
COMPRESSÃO EM TUBOS ....................................................................................................... 14
ENSAIOS DE DOBRAGEM ............................................................................................................. 15
INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 15
PRINCÍPIOS BÁSICOS ............................................................................................................... 15
PROPRIEDADES ........................................................................................................................ 15
RESULTADOS ........................................................................................................................... 16
ENSAIOS DE DESGASTE ................................................................................................................ 16
INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 16
DESGASTE ................................................................................................................................ 16
ENSAIO DE MICROABRASÃO ................................................................................................... 17
ENSAIO DE TORÇÃO .................................................................................................................... 18
INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 18
PRINCÍPIOS BÁSICOS ............................................................................................................... 18
DOMÍNIO ELÁSTICO ................................................................................................................. 18
TENSÃO LIMITE DE ELASTICIDADE EM TORÇÃO ..................................................................... 19
DOMÍNIO PLÁSTICO ................................................................................................................ 19
FRACTURA ............................................................................................................................... 20
ASPECTOS DAS SUPERFÍCIES DE FRACTURA ........................................................................ 20
ENSAIO DE FRACTURA (TENACIDADE À FRACTURA) ................................................................... 20
TENACIDADE ............................................................................................................................ 20
ENSAIOS DE CHOQUE (CHARPY E IZOD) .................................................................................. 20
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INTRODUÇÃO AOS ENSAIOS DOS MATERIAIS
No projecto de peças ou de estruturas, os engenheiros têm uma vasta gama de
materiais à sua disposição. A selecção daquele que é mais adequado é feita com base
no seu desempenho enquanto em serviço, no seu custo, ou nas suas propriedades.
O factor mais importante na vida de uma peça qualquer é a resistência apropriada
que esta vai opor a uma determinada força. O termo resistência faz referência à
resistência de uma peça ou parte dela, como por exemplo a sua superfície, e o
apropriada pode referir-se à resistência à rotura ou deformação permanente.
Por exemplo as pás do turbo-ventilador de um motor de avião requerem:
Bons módulos de elasticidade e limite elástico e tenacidade à fractura;
Resistência à fadiga (devido às cargas que variam muito rapidamente);
Resistência ao desgaste (devido ao choque com gotas-d’água a elevada
velocidade);
Resistência à corrosão
Baixa densidade
A escolha será, portanto uma liga de titânio .
Como é lógico, para poder fazer uma boa selecção é necessário conhecer as
propriedades dos materiais. Estas são recolhidas através de experiências e testes. As
experiências envolvem muitos testes de tipo variado e podem permitir obter diversos
dados sobre o comportamento dos materiais. Pode-se diferenciar um teste de um
ensaio pois o primeiro pode ser normalizado ou não enquanto um ensaio é
obrigatoriamente normalizado.
Os ensaios e os testes permitem então determinar medidas ou indicações das
propriedades a partir de uma amostra do material. O seu grande interesse sem
dúvida é prever o desempenho em serviço de um material. A realização dos testes é
efectuada durante o processamento dos materiais (inspecção e controlo dos
processos e dos produtos de modo a satisfazer especificações de propriedades) até a
sua utilização em serviço (inspecção e controlo do desempenho em serviço). Assim, é
de suma importância para um engenheiro ter um conhecimento geral dos testes mais
vulgarmente utilizados na avaliação das propriedades dos materiais. Devendo saber:
- a técnica dos testes (modo de funcionamento do equipamento e principais
variáveis; limitações e exatidão dos resultados);
- princípios físicos e mecânicos dos testes (condições do teste; causas de resultados
incorrectos; variáveis desprezáveis, significado dos resultados);
- interpretação dos resultados (valor médio e desvio; gama espectável de valores)
Nos ensaios é possível obter-se resultados quantitativos (valor médio e desvio padrão)
ou qualitativos ( como por exemplo no ensaio para avaliação da corrosão
intergranular que o resultado é obtido através de comparação com figuras tipo).
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As especificações são o modo como o cliente pode expressar ao
produtor/fornecedor as suas necessidades ou expectativas (requisitos). Deve definir
corretamente as propriedades necessárias à utilização do material e os critérios a
serem satisfeitos para que o material seja aceite. Para cada critério deve ser
definida uma tolerância em relação à qual são permitidos os desvios. Também é
normal incluir o tipo de ensaios a realizar ou a amostragem (os provetes utilizados
nos ensaios podem ser vazados em um molde ou então maquinados a partir da
própria peça). A especificação de um material de construção pode incluir diversos
requisitos como:
-processo de fabrico;
-forma, dimensões e acabamento;
-composição química;
-Propriedades químicas, físicas e mecânicas.
As normas são documentos (aprovados por um organismo de normalização conhecido)
que estabelecem definições, procedimentos ou requisistos de características de
produtos ou serviços, assentes em resultados consolidados científicos, técnicos ou
experimentais. Os ensaios são normalizados para garantir-se que foi realizado nas
mesmas condições que o cliente posteriormente poderá fazer por uma “questão de
confiança”. Com estas também poderá comparar-se resultados entre diferentes
laboratórios, por exemplo.
ENSAIO DE TRACÇÃO
INTRODUÇÃO É o ensaio mais universal de todos os ensaios mecânicos e vai determinar a
resistência de um material quando submetido à uma força de tracção (força
perpendicular às superfícies do componente, ou do provete). Regista-se a força
aplicada e a deformação do provete.
DEFINIÇÃO DE TENSÃO Seja um bloco de material ao qual é aplicada uma força. Esta irá transmitir-se pelo
bloco e será contrabalançada por uma força oposta de mesma magnitude, deixando o
bloco em equilíbrio. A força exerce-se por todo o bloco, e este está sob tensão. A
intensidade desta tensão, , é medida pela força a dividir pela área. Esta tensão é
causada por uma força que actua com um ângulo de 90º sobre a superfície. É uma
tensão de tracção.
Se a força fizer um ângulo diferente de 90º poderá ser dividida em dois componentes,
que representarão uma tensão de tracção e uma tensão de corte, cada.
PRINCÍPIOS DO ENSAIO Tem-se um provete com dimensões normalizadas, que podem ter uma secção
transversal rectangular ou redonda. O provete possui três zonas que são essenciais
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para o desenrolar correcto do ensaio: as cabeças de amarração, a zona útil do
provete (zona com menor secção transversal) e os raios de concordância (farão a
ligação entre as cabeças de amarração e a zona útil do provete e funcionarão como
um entalhe - concentrador de tensões).
Uma das cabeças de amarração ficará presa em um travessão fixo e a outra em um
travessão móvel que se deslocará verticalmente causando, portanto, uma força
perpendicular à superfície do provete. A força será transmitida por todo o provete
provocando uma força de sentido contrário, diz-se que o provete está nos estado de
tensão.
A força (carga) aplicada ao provete é registada na própria prensa, enquanto a
deformação é medida através de um transdutor denominado extensômetro que é
acoplado ao provete anteriormente ao ensaio e permanece neste até o seu término.
Um ensaio de tracção típico primeiro alonga o material e depois provoca o
aparecimento de uma deformação localizada e a rotura.
Uma curva tensão
deformação típica
apresenta um
comportamento que se
caracteriza por uma zona
elástica inicial, a zona de
cedência (início da
deformação plástica), a
zona com deformação
plástica homogênea e
finalmente a estricção e
a rotura.
TENSÃO NOMINAL E TENSÃO REAL
A tensão nominal pode ser definida como a força no momento desejado a dividir pela
área inicial da secção transversal do provete (valor que será constante para
quaisquer instantes).
A tensão nominal, na realidade, não é a mais correcta pois a área da secção
transversal da zona útil do provete não é a mesma durante todo o ensaio. Por isso
existe a tensão real que é calculada em função da área da secção no momento da
aplicação da força.
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DEFORMAÇÃO NOMINAL E REAL
Os materiais sujeitos a uma tensão respondem com uma deformação.
Existe
uma
relação matemática entre a deformação nominal, e a tensão real e nominal, obtida
considerando-se o volume constante:
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( +1) = r
A partir desta equação é possível inferir que a tensão real é sempre maior que a
nominal.
A relação entre a deformação real e nominal:
ln( +1) = r
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS OBTIDAS NUM ENSAIO DE TRACÇÃO
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ENSAIOS DE DUREZA
INTRODUÇÃO Um ensaio de dureza é classificado quase sempre como não destrutivo. A dureza
(resistência que um corpo apresenta à deformação plástica) é uma propriedade não
fundamental dos materiais, uma vez que seu valor varia com o tipo de ensaio. O que
é certo é que está relacionada com muitas outras propriedades como:
- a resistência à deformação plástica e ao desgaste;
-a resistência ao corte
-a resistência a ser riscado (escala de MOHS)
No caso particular dos metais a dureza mede a resistência à penetração de um corpo
mais duro. Determina-se pela razão entre a força aplicada e a área da calote
impressa. No entanto, existem alguns ensaios como os ROCKWELL que ao invés de
obterem seu valor de dureza pela área da calote obtêm através da profundidade
desta.É um dos ensaios mais utilizados pelas empresas pois para além de ter
execução simples, possui também relações com muitas propriedades com já dito e é
possível controlar a qualidade de produtos que está-se a produzir pelos ensaios de
dureza.
PRINCIPIOS DO ENSAIO A amostra de superfície plana é colocada no prato do durímetro. Um penetrador é
pressionado contra a amostra sob uma carga constante, de velocidade controlada.
Mantém-se a carga por um tempo que pode variar de 10 a 15s. O material deforma-se
elástica e plasticamente sob a acção da carga. Retira-se a carga e sobe-se o
penetrador. A amostra é removida do prato do durímetro. O ensaio de dureza deixa
uma impressão na superfície da amostra. Mede-se então a área da impressão através
de um microscópio óptico ou com um software.
É importante ter em atenção que as amostras devem estar bem assentes para
manterem-se imóveis durante o teste e que devem ter uma superfície plana (alguns
testes prevêem o ensaio de amostras com superfícies curvas mas que necessitam de
suportes especiais para manterem-se imóveis. A superfície deve estar limpa sem
óxidos ou gorduras.
O material que rodeia a calote é deformado plasticamente, e o seu volume depende
da ductibilidade e da resistência mecânica.
O resultado do ensaio não será válido se:
- A dureza for afectada pela deformação plástica de outras impressões;
- Não existir material suficiente à volta da impressão
Medidas preventivas:
- definição de uma distância mínima ao bordo da amostra
- definição de uma espessura mínima da amostra
- definição de uma distância mínima entre impressões
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DUREZA BRINELL Uma esfera de carboneto de tungstênio (já não são mais utilizadas as de aço, pois
esta pode sofrer alguma transformação) é pressionada contra a amostra em
condições controladas num equipamento calibrado. Geralmente neste ensaio o
indentador é uma esfera de carboneto de tungstênio com um diâmetro de 10mm, no
entanto é possível também a utilização de diâmetros normalizados, sendo que é
obrigatória a sua referência num relatório. Por exemplo: a NP EM ISO 6506-1 só prevê
a utilização de esferas de metal duro. A calote produzida neste ensaio será uma
circunferência. Medem-se então as duas maiores cordas em um microscópio com o
intuito de determinar o valor de dureza Brinell (HB) que pode ser dado pela seguinte
fórmula matemática:
Onde D é o diâmetro do penetrador, d é a média das
diagonais da impressão em mm, e F é a força
aplicada em kgf.
O resultado da dureza deve ser expresso da seguinte
maneira:
Variando a carga ou o diâmetro a dureza é sempre a
mesma:
d1/D1=d2/D2 = constante (condição de semelhança), onde d o diâmetro da calote e D
é o diâmetro da esfera. A força a dividir pelo diâmetro ao quadrado da esfera
também deve ser um valor constante.
A expressão 0,102 F/D2 (N/mm2) tem de ser escolhida de acordo com o material.
Logo, se tivermos um diâmetro maior tem-se cargas mais altas. Se tivermos um
diâmetro muito grande é difícil ler em microscopia óptica e se for muito pequeno
tem-se erros de leitura, assim: 0,24D<d<0,60D.
Nas bibliografias encontram-se tabelas que relacionam todas as durezas. (Não utilizar
a conversão de dureza Brinell para outra dureza e vice-versa! A norma desaconselha
pois o resultado é apenas um valor aproximado).
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Resumindo: O diâmetro da esfera e a calote devem satisfazer: 0,24D<d<0,60D o
que na prática quer dizer que o valor 0,102F/D2 deve ser escolhido de acordo
com o material.
DUREZA VICKERS O indentador utilizado é uma pirâmide de diamante de base quadrada com um ângulo
de abertura de 136º. O ensaio de dureza Vickers deixa uma impressão de um
quadrado na superfície da amostra. Medem-se as duas diagonais d1e d2 para
determinar o número de dureza Vickers.
É mais preciso que o ensaio de Brinell pois é mais fácil medir diagonais que cordas. Á
medida que a carga do ensaio baixa, a leitura do ensaio está mais sujeita a erros pois
a calote é menor. Assim como no ensaio de Brinell divide-se a força aplicada pela
área da impressão deixada na superfície da amostra.
Onde a força é medida em N e as diagonais em mm.
Nos resultados de apresenta-se somente o nº de dureza,
a carga em kgf e o tempo de aplicação da carga.
O ensaio Vickers é o ensaio de dureza mais universal de todos, pois pode ser aplicado
dentro de uma larga variedade de cargas. No entanto, tem 3 subdivisões:
-Dureza Vickers: Aplica cargas de 5 a 100 kgf
-Dureza Vickers superficial: Aplica cargas de 0,2 a 5 kgf
-Microdureza Vickers: Aplica cargas de 0,01 a 0,2 kgf
É um ensaio que apresenta como grande vantagem a deformação nula do penetrador,
a sua aplicação pode ser feita para particamente quaisquer espessuras e apresenta
uma deformação muito pequena. A dureza Vickers permite determinar a dureza de
materiais muito duros, mas tem-se um aumento na incerteza dos resultados quando
diminui-se a carga do ensaio.
DUREZA ROCKWELL Neste tipo de ensaio, existem diversas escalas. As mais utilizadas são a Rockwell B e
a C. O que é medido é a profundidade do penetrador.
As escalas diferem na carga e no penetrador utilizado:
-B: aplica-se a materiais menos duros que a C, utiliza-se segundo a norma ISO 6508-1
uma carga de 980,7 N e um identador na forma de uma esfera de um metal duro.
-C: utiliza-se um cone de diamante com um ângulo de abertura de 120º e raio de
curvatura 0,200 mm na ponta. Segundo a norma ISO 6508-1 utiliza-se uma carga de
1471 N.
Aplica-se uma pré carga (mais baixa) e o penetrador atinge uma profundidade h0, a
origem da medida, que é adicionada a uma adicional, atingindo uma profundidade h1,
dando-nos a força total do ensaio.
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e= h1-h0 (este valor é medido numa escala que vale 0,2 mm e equivale a
profundidade medida).
Na C a escala pode variar de 0 a 100 (HR = 100-e) e na B pode variar de 0 a 130 (HR =
130-e).
DUREZA MEYER Ensaio alternativo ao Brinell, a única diferença existente é que dividimos a força pela
área da projecção da calote.
Relação entre a força do ensaio e o diâmetro
da impressão: F = a.dn, onde n é o
coeficiente de encruamento e “a” é uma
constante, função do tamanho da esfera.
MICRODUREZA Através da microdureza pode-se medir a dureza de filmes finos ou então de
constituintes de um determinado material, como da ferrite num ferro fundido
nodular. Pode ser:
-Microdureza Vickers (HV): Aplica cargas quevariam de 0,01 a 0,2 kgf. Usa um
indentador que é uma pirâmide de base quadrada de diamante com um ângulo de
abertura de 136º.
-Microdureza Knoop (HK): usa-se uma pirâmide de base rômbica, isto é, mais
alongada que causa uma impressão menos profunda mas mais alongada que a de
Vickers.
, onde P1 é a força em kgf e d1 é o comprimento da maior
diagonal.
A microdureza é utilizada quando:
1) Tem-se um gradiente de dureza (só podemos realizar a medição de gradientes
de dureza com a microdureza).
Quer-se ter incisões o mais
próximo possível para obter o
gradiente, logo, à medida que a
carga baixa podemos fazer
incisões mais coladas, pois se
utilizássemos cargas altas a
distância era maior e a curva, por
conseguinte, menos precisa.Uma
curva de um gradiente de durezas
apresenta no eixo das ordenadas o nº de dureza e no eixo das abscissas a
profundidade.
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2) Medir a camada endurecida
(camada que apresenta uma
dureza acima de uma
referida, como 600HV)
3) Dureza de revestimentos
4) Dureza de materiais frágeis: na macrodureza a força e assim também a
deformação, são muito grandes podendo partir o material.
Segundo a norma ASTM E 384 as cargas do ensaio podem variar de 1 gf à 1000gf
(1kgf).
Na preparação da superfície do ensaio deve-se evitar o encruamento (aumento da
resistência devido à deformação plástica, tornando o material mais frágil). O
problema do encruamento resolve-se com a recristalização do material enquanto é
deformado.
-Ultramicrodureza: Na nanoindentação não é possível escolher o lugar onde se vai
fazer as indentações, as amostras devem ser filmes. Industrialmente não é utilizada,
apenas na área da investigação e do desenvolvimento.
OUTROS ENSAIOS -DUREZA SHORE: Todos os ensaios de dureza até aqui falados são estáticos. O ensaio
de dureza shore é um ensaio dinâmico. Nos matérias com elevada capacidade de
deformação elástica não é possível determinar a dureza a não ser que a profundidade
da impressão seja medida com a carga aplicada. Nestes casos não existe uma relação
entre a dureza e a resistência à deformação plástica mas sim entre a dureza e a
deformação elástica.
Nos polímeros a dureza determina-se por métodos dinâmicos (p. ex.: dureza shore).
Neste ensaio um penetrador é deixado cair de uma altura pré estabelecida. A dureza
é dada pela altura do ressalto do penetrador depois de bater na superfície do
material.
Materiais mais dúcteis apresentam menor valor de altura que os frágeis.
-ESCALA DE MOHS: A escala de Mohs é uma escala usada principalmente por
minerologistas e que se baseia na resistência que apresenta um material a ser riscado
(dureza de risca). Consiste, portanto, num grupo de 10 minerais com durezas
crescentes (variando desde o talco até o diamante). A dureza é determinada quando
um material risca um dos minerais da escala e não risca o próximo mais duro.
AMOSTRAS PADRÃO Para efeitos de calibração dos equipamentos a utilizar aquando de um ensaio de
dureza é importante a utilização de amostras padrão, que têm uma dureza
praticamente constante ao longo de sua superfície, com isso também garantem a
semelhança aos resultados que o cliente vai obter. Realizar o ensaio de dureza e
comparar com o resultado do certificado padrão.
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ENSAIO DE COMPRESSÃO
INTRODUÇÃO Os processos de conformação plástica tais como a laminagem, extrusão, forjamento
envolvem deformações mais elevadas que as obtidas num ensaio de tracção. Um dos
ensaios em que os materiais podem atingir este nível de deformação é o ensaio de
compressão. Uma força axial vai ser aplicada perpendicularmente à superfície do
material. Os materiais dúcteis como não sofrem estricção vão ter um nível de
deformação muito elevado. É possível obter uma gama de informação maior, acerca
dos materiais frágeis em um ensaio de compressão que num ensaio de tracção.
No entanto, apresentará algumas limitações como o facto de haver atrito entre as
superfícies de contacto do provete com a prensa (dificuldade de medir as
propriedades mecânicas). Para reduzir o atrito recorrer-se-á ao uso de lubrificantes.
E se o provete for demasiadamente alto para o seu diâmetro poderá encurvar.
PRINCÍPIOS BÁSICOS A forma mais simples do ensaio de compressão consiste em comprimir um cilindro
entre placas paralelas. A altura do cilindro vai sendo reduzida enquanto que o seu
diâmetro vai aumentando de modo a manter o volume constante (A0h0=A1h1). A força
aplicada durante o ensaio deve ser constante, no entanto é importante salientar que
a deformação não é constante. A compressão não será homogênea devido ao atrito
entre as placas de compressão e os topos do provete que não permitirão que este se
deforme livremente. Os materiais metálicos dúcteis não sofrem a influência do
atrito e a deformação é maior, ficando o provete com aspecto de barril. A
distribuição da força de atrito é feita pois o provete apresenta uma superfície
cónica. Estas zonas vão aumentando à medida que o ensaio decorre. Quanto menor
for a razão d/h menor a influência das zonas afectadas pelo atrito na deformação do
provete, no entanto não é possível aumentar demasiado a altura pois se d/h se
aproximar de 0,5 o provete poderá encurvar.
Para comportamentos dúcteis, à medida
que a altura do provete é reduzida maior
a influência do atrito e, portanto, é mais
difícil deformar e precisa-se de cada vez
mais carga para obter-se a deformação.
A influência do atrito é tão grande que as
cargas necessitadas são maiores.
CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TENSÃO REAL VS DEFORMAÇÃO REAL Para a construção desta curva, o atrito não deve ser considerado. Cooke e Larke
propuseram que quando não existe atrito d/h = 0 (situação imaginária). Para
construir a curva, é necessário realizar três ou quatro ensaios de provetes com
diferentes relações de d/h.
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É aplicada uma carga F1 e o material deforma-se. É medida a tensão real e assim
sucessivamente.
Ou seja, para uma carga F1 temos r1
F2 temos r2
F3 temos r3
F4 temos r4
Para cada carga mede-se a deformação. Com os valores da deformação é possível
construir a curva tensão real VS deformação real.
Relações válidas para os esforços de compressão:
= F/S0 = (L0 – Lf)/L0 = E .
COMPRESSÃO EM MATERIAIS FRÁGEIS Não se verifica o efeito de barril e o material parte quando os cones se
encontram no centro do provete;
Os materiais frágeis não se deformam. Fracturam em um ângulo que faz 45º
com o plano onde é feita a aplicação da força;
A propriedade mecânica avaliada é a tensão de rotura à compressão;
Os materiais frágeis apresentam uma resistência à compressão muito maior
que à tracção, por isso é melhor estudá-los em compressão;
A fractura frágil em tracção ocorre pois nucleiam-se fissuras no interior do
material que se propagam perpendicularmente. Em compressão as fissuras se
propagam paralelamente no sentido de aplicação da força.
COMPRESSÃO EM TUBOS Têm como objectivo analisar o estado e a ductibilidade de juntas soldadas de tubos
sujeitos à alta pressão.
Pode ser feita por achatamento, achatamento reverso ou amassamento.
Extrapolação
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ENSAIOS DE DOBRAGEM
INTRODUÇÃO É utilizado para avaliar a ductibilidade de materiais.
Basicamente dobra-se um provete rectilíneo, assente em dois apoios, por intermédio
de um mandril, até atingir um determinado ângulo de dobragem (ângulo suplementar
formado, após o ensaio, pelos segmentos rectilíneos do eixo do provete).
O diâmetro do mandril, a distância entre apoios e o ângulo de dobragem são
normalmente especificados, determinando a deformação total e, consequentemente,
a severidade do ensaio.
Quanto menor o diâmetro do mandril, maior é a deformação imposta. Verifica-se se o
material apresenta fissura.
PRINCÍPIOS BÁSICOS Os provetes apresentam encurvamento devido à momentos de flexão nas suas
extremidades. Uma extremidade do provete irá sofrer tracção enquanto a outra
sofrerá compressão. Há a presença de uma linha neutra onde a deformação será
nula.
Podem existir ensaios com quatro pontos de apoio (cerâmicos). A força transversal é
aplicada a uma velocidade baixa e vai aumentando.
Por este ensaio determinam-se as seguintes propriedades:
Tensão de rotura à flexão, rf;
Módulo de elasticidade à flexão (E);
Flecha de rotura (distância que mede o encurvamento do provete).
PROPRIEDADES TENSÃO DE ROTURA À FLEXÃO
rf = MY/I [N/mm2], onde: - M é o momento máximo de flexão Fmax x L/4
- Y é a distância ao eixo neutro da fibra externa
(metade da espessura do provete)
- I é o momento de inércia da secção transversal do
provete (depende da área)
Se o provete tem secção circular : I= πd4/64 ( rf = 2,55Fmax.L/d3)
Se o provete tem secção rectangular: I = bh3/12 ( rf = 3Fmax.L/(2b.h2))
,onde: d é o diâmetro do provete e b e h são a largura e a altura do provete
respectivamente.
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MÓDULO DE ELASTICIDADE À FLEXÃO
RESULTADOS É traçada uma curva de tensão de dobramento VS flecha (tensão deformação).
Obtém-se um gráfico de dispersão. É necessário testar vários provetes para cada
situação. A elevada dispersão será influenciada por:
Velocidade de aplicação da carga;
Distância entre apoios;
Dimensões da secção transversal do
provete.
Exemplo: Influência da forma da secção
transversal do corpo de prova sobre a curva
tensão-deformação.
ENSAIOS DE DESGASTE
INTRODUÇÃO No dia a dia existem muitas situações de desgaste , logo, é também necessário
muitos ensaios de desgaste.
Pode-se definir desgaste como a perda progressiva de material na superfície de dois
corpos em contacto com movimento relativo. Pode resultar de acções mecânicas ou
químicas. O desgaste dá origem à deterioração dos componentes, a falhas (muitas
vezes imprevistas). Ocorre em um espaço temporal. Por muitas vezes o desgaste
afecta equipamentos dando origem a peças de má qualidade. Um exemplo é a
injecção de metal líquido, como um liga de alumínio silício, em um molde de aço que
tem alta resistência à temperaturas elevadas. Este fica desgastado pos há contacto
entre os metais.
DESGASTE O tempo de vida de um componente pode ser dividido em três partes.
Z1 = Zona de Rodagem (perda rápida de material na superfície)
Z2 = Zona de Funcionamento (uso normal)
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Z3 = Zona de Obsolescência (fase
terminal da vida da peça onde
acentua-se a perda de material)
MECANISMOS DE DESGASTE
Abrasão
Adesão
Erosão
Fadiga
Corrosão
Os ensaios de desgaste medem a perda de massa ou variação de dimensão. Variam
segundo vários factores. Identificamos os mecanismos de desgastes através das
análises das superfícies após desgaste (p.ex.: um componente que tenha sofrido
abrasão apresenta estrias ou ranhuras na superfície com uma determinada
profundidade).
ENSAIO DE MICROABRASÃO Ensaio com perda de massa muitíssimo pequena (é utilizada em ensaios de
cerâmicos, nos dentes).
Tem-se uma esfera que rola sobre o provete. Entre os dois há uma suspensão
(geralmente o abrasivo é o carboneto de silício). É caracterizada uma abrasão entre
3 corpos (provete, abrasivo, esfera).
Podem ser utilizados diversos tipos de suspensões. A mais utilizada é a de SiC
dissolvido em água. É importante controlar a concentração do abrasivo na solução e a
velocidade de rotação da esfera. São utilizadas com grande freqüência esferas-d’aço,
com elevada dureza (60HRC) e 25 mm de diâmetro.
A velocidade de rotação da esfera é de 80 rpm e a força aplicada é de 0,25 N.
A calote provocada no ensaio é medida (através das duas maiores
cordas) e o número de voltas dado pela esfera é controlado. Para
cada distância de escorregamento testada mede-se o volume
do material desgastado através da média dos diâmetros (b).
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Para obter-se a taxa de desgaste,
considerando-se a força constante,
constrói-se um gráfico VxSN, sendo o
declive das rectas a taxa de desgaste.
ENSAIO DE TORÇÃO
INTRODUÇÃO Este ensaio não se encontra muito normalizado, ou seja não é utilizado com muito
frequencia para especificar os materiais. É utilizado para testar produtos já na forma
final (veios, varões, brocas, etc).
O ensaio de torção tem execução simples, porém para obter as propriedades
mecânicas dos materiais são necessários cálculos mais complexos do que no ensaio de
tracção. O principal interesse é a obtenção do módulo de rigidez (ou corte), tensão
de cedência à torção e a tensão de rotura à torção.
PRINCÍPIOS BÁSICOS O provete é preso numa cabeça de rotação e numa cabeça fixa. Na primeira é
aplicado um momento de torção ao provete. Apenas
uma das cabeças roda. Esta encontra-se ligada a uma
célula que vai medir o momento de torção e o ângulo
de torção. O ângulo de torção mede-se na secção
transversal do provete (β) e no comprimento temos o
ângulo de deformação longitudinal (α).
Medindo-se o ângulo de torção (medida da deformação) obtém-se a curva de torção
(momento de torção / ângulo de torção) (Mt VS θ), que é muito parecida com a curva
do ensaio de tracção, mas não calcula-se o módulo de corte directamente a partir do
gráfico.
Quando aplica-se um momento a um provete criam-se
tensões de corte perpendicularmente ao eixo do
provete. Estas são responsáveis pela deformação e
conseqüente fractura.
DOMÍNIO ELÁSTICO Durante a torção, a distribuição das tensões no provete
não é constante. Na periferia há tensões mais altas e no
centro a deformação é nula. Logo, é possível relacionar a deformação, que é a
distorção de corte (causadas pelas forças de corte), γ, com a distância ao eixo do
provete, dependendo também de θ.
= r / L, onde L é o comprimento do provete.
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A tensão de corte relaciona-se com a distorção através da seguinte fórmula:
= G lei de Hooke, em que G é o módulo de rigidez ou de corte.
Com um provete oco tem-se um menor gradiente de tensões, o que simplifica o
cálculo para obtenção das propriedades mecânicas.
Para provetes tubulares com espessura e área da secção A0:
TENSÃO LIMITE DE ELASTICIDADE EM TORÇÃO Para encontrar a tensão de cedência, pode-se
utilizar uma determinada percentagem do ângulo de
torção. Procura-se um momento de torção e aplica-
se na fórmula para se obter a tensão de corte
máxima.
A periferia do provete entra no domínio plástico
anteriormente ao centro.
DOMÍNIO PLÁSTICO Depois de atingida a tensão de cedência o material começa a deformar-se
plasticamente da periferia para o centro do provete.
O valor da tensão de corte está relacionado com o momento e o ângulo de torção
através da equação:
= (dM/d+ 3M )/(2r3)
E para provetes tubulares:
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FRACTURA
ASPECTOS DAS SUPERFÍCIES DE FRACTURA
Em materiais dúcteis a fractura ocorre no plano da tensão de corte máxima
(perpendicular ao eixo longitudinal)
Em materiais frágeis a fractura ocorre sugundo direcções em que as tensões
de tracção são máximas (45º com o eixo longitudinal).
ENSAIO DE FRACTURA (TENACIDADE À FRACTURA)
TENACIDADE DEFINIÇÃO: Energia absorvida pelo material até a fractura.
A tenacidade pode ser determinada em:
ENSAIOS DE TRACÇÃO: Área sob a curva tensão VS deformação nos domínios plástico
e elástico (não confundir com resiliência que é a energia absorvida pelo material no
domínio elástico).
ENSAIOS DE CHOQUE: Ensaios dinâmicos (resistência ao impacto com aplicação da
carga repentina e rápida)
ENSAIOS DE TENACIDADE À FRACTURA: Quase estáticos , tensão que causa a
propagação de fissuras.
O ensaio de tenacidade à fractura depende de muitos factores.
Geometria (presença de entalhes que funcionam como concentradores de
tensões)
Velocidade de aplicação da carga
Baixas temperaturas (reduzem o deslocamento dos átomos e deslocações)
ENSAIOS DE CHOQUE (CHARPY E IZOD) São diferenciados pela posição do provete aquando da solicitação da carga (no
primeiro o provete está apoiado em dois pontos, enquanto no segundo o provete está
encastrado). O provete tem um entalho que funciona como um concentrador de
tensões, potenciando assim o comportamento frágil do material. É, portanto, de
grande importância salientar que um material pode ter um comportamento dúctil em
tracção mas frágil em choque.
A carga é solicitada através do martelo ou pêdulo. Sabendo-se a massa do pêndulo e
a sua altura inicial, consegue-se chegar à sua energia potencial. Depois do choque,
mede-se a altura do pêndulo, pois o provete rouba energia a este.
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É interessante o efeito do teor de um
certo elemento, em ligas, nas curvas de
energia de impacto em função da
temperatura.
Na temperatura ambiente é melhor se
trabalhar com uma liga com 2% de Mn.
O aumento do teor de Mn diminui a
temperatura de transição.
Para estes ensaios é importante ter em
atenção a distância entre os apoios e o
ângulo (no Izod) do impacto do martelo
é especificado.