propriedades básicas dos materias telas

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Propriedades Mecânicas Propriedades Mecânicas resistência à tração e compressão; resistência a flexão transversal; resistência ao impacto; resistência à fadiga, à fluência; dureza; plasticidade/ductilidade e tenacidade; Propriedades Químicas Propriedades Químicas resistência à corrosão (há diversas formas); resistência à oxidação, etc. PROPRIEDADES BÁSICAS DOS MATERIAIS PROPRIEDADES BÁSICAS DOS MATERIAIS

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  • Propriedades MecnicasPropriedades Mecnicas resistncia trao e compresso;

    resistncia a flexo transversal;

    resistncia ao impacto;

    resistncia fadiga, fluncia;

    dureza;

    plasticidade/ductilidade e tenacidade;

    Propriedades QumicasPropriedades Qumicas resistncia corroso (h diversas formas);

    resistncia oxidao, etc.

    PROPRIEDADES BSICAS DOS MATERIAIS PROPRIEDADES BSICAS DOS MATERIAIS

  • Propriedades FsicasPropriedades Fsicas

    Propriedades Eltricas (condutividade eltrica, resistividade eltrica, etc)

    Propriedades Magnticas (permeabilidade magntica; fora coercitiva, induo magntica, etc.)

    Propriedades Trmicas (condutividade trmica; dilatao trmica, etc)

    Propriedades ticas (transparncia; ndice de refrao, etc.)

  • Par tribolgico

    Propriedades TribolgicasPropriedades Tribolgicas

    resistncia aos diversos tipos de desgaste (desgaste abrasivo, desgaste adesivo, desgaste erosivo, etc.);

    coeficiente de atrito do material.

  • par tribolgico eixo-bucha

  • SELEO DOS MATERIAIS SELEO DOS MATERIAIS

    A seleo depende das propriedades do materialA seleo depende das propriedades do material

    Aplicao particular Aplicao particular pretendidapretendida

    Conjunto de propriedades Conjunto de propriedades requerido pela aplicaorequerido pela aplicao

    Seleo do material que atende ao Seleo do material que atende ao conjunto de propriedadesconjunto de propriedades

    Seleo do processo de fabricaoSeleo do processo de fabricao

  • Para determinar as propriedades de um material so realizados enPara determinar as propriedades de um material so realizados ensaios saios especficos para a cada propriedade. O procedimento de cada ensaespecficos para a cada propriedade. O procedimento de cada ensaio io descrito em normais tcnicas nacionais e internacionais como:descrito em normais tcnicas nacionais e internacionais como:

    ISO ISO International Standard Organization;International Standard Organization;

    ABNTABNT-- AssociaoAssociao BrasileiraBrasileira de de NormasNormas TcnicasTcnicas; ;

    DIN DIN -- Deutsche Deutsche IndustrieIndustrie NormenNormen; ;

    ASTM ASTM American Society for Testing and MaterialsAmerican Society for Testing and Materials

    MPIFMPIF-- Metal Powder Industry Federation, etc.Metal Powder Industry Federation, etc.

    A geometria das amostras a serem ensaiadas (chamados corpos de A geometria das amostras a serem ensaiadas (chamados corpos de prova) e as condies tcnicas de conduo de cada ensaio so prova) e as condies tcnicas de conduo de cada ensaio so descritas nas normas tcnicas.descritas nas normas tcnicas.

    Exemplo:Exemplo: Resistncia traoResistncia trao obtida atravs do chamado obtida atravs do chamado Ensaio de Trao (Ensaio de Trao (Tensile Test, ASTM Standards E 8 e E 8MTensile Test, ASTM Standards E 8 e E 8M) )

    ENSAIOS PARA DETERMINAO DAS PROPRIEDADESENSAIOS PARA DETERMINAO DAS PROPRIEDADES

  • Esforo de trao Esforo de compresso

  • Esforo de cisalhamento Esforo de toro

  • L0

    estrico

    Lf

    A0

    corpo de provaantes do ensaio

    corpo de provaaps ensaio

    = F/A (N/mm2)

    Propriedades mecnicasPropriedades mecnicas1) ENSAIO DE TRAO1) ENSAIO DE TRAO

  • Representao esquemtica de mquina de ensaio de trao

  • Devemos diferenciar entre:

    tenso nominal ou tenso de engenhariatenso de engenharia

    (engineering stress) = F/A= F/A00 [N/mm2]

    tenso realtenso real (true stress) = F/A= F/A !"#$%

    O conhecimento da tenso real mais interessante em estudos cientficos sobre comportamento mecnico e mecanismos de deformao envolvidos.

    Na engenharia, para projetar estruturas e componentes mecnicos, utilizamos a tenso de engenharia.

    Conceitos de Tenso e de deformaoConceitos de Tenso e de deformao

  • A deformaodeformao nominal ou de engenhariade engenharia (engineering strain)

    no sentido do comprimento do corpo de prova dada por:

    DeformaoDeformao

    A deformao real (true strain) dado por:

    onde L = comprimento instantneo e A = rea instantnea

    L - L0 =L0

    =LL0

    = Lo

    dLL = ln = lnLo

    AoA =

    Lo

    LdLL = ln = lnLo

    AoL

  • GrGrficosficos x x

    e

    t

    t = resistncia trao

    e = tenso de escoamento / limite elstico

    Deformao mmmm

    r

    r = tenso de ruptura = A0F Nmm2

    Comparar com Comparar com Curva realCurva real

  • Curva Curva tenstensoo real versus deformao em traoreal versus deformao em trao

    real

    &'

    ('

    '

    )*

  • Mdulo de Elasticidade O mdulo de elasticidade a inclinao da curva tenso versus deformao ( x ) na regio elstica.

    uma propriedade muito importante pois representa a rigidez do material, isto , a sua resistncia deformao elstica. Valores do mdulo de elasticidade: Metais: varia entre 45 GPa (Mg) e 407 GPa (W); Cermica: entre 70 e 500 GPa e Diamante = 1000GPa Polmeros: entre 0,007 e 4 GPa.

    (1GPa = 1000 (1GPa = 1000 MPaMPa = 1000 N/mm= 1000 N/mm22))

    E =E = E =E = E =E =

  • MMdulo de Elasticidadedulo de Elasticidade

    Le

    t

    Deformao mmmm

    = A0F Nmm2

    +,-

    !

    E =E = E =E = E =E =

  • ./0/1 . 2 *''

    034-5,

  • 6

    76

    )

    &'6

  • = F/A

    de compresso

    de trao

    6

    76

    )&'6

  • '8

    3'

    8

    *

    1

    9$:9;

  • 877

    6

    '8-=

    "-" 9>!

  • 5

  • estrico

    Lf

    corpo de provaaps ensaio

    EstricoEstrico

    Chama-se de estrico o percentual de deformao

    em rea no local onde se forma a estrico

    (pescoo), isto ,

    = Af A0

    A0 =

    Af A0A0

  • AlongamentoAlongamento

    Chama-se de alongamento deformao plstica

    total ocorrida no corpo de prova at a sua ruptura no

    ensaio de trao.

    uma propriedade do material que se relaciona com a sua uma propriedade do material que se relaciona com a sua

    capacidade de deformarcapacidade de deformar--se plasticamente (sua plasticidade). se plasticamente (sua plasticidade).

    Quanto mais dctil o material maior o seu alongamento.Quanto mais dctil o material maior o seu alongamento.

    A =Lf Lo

    Lo(aps ruptura)A =

    Lf LoLo

    (aps ruptura)

    Alongamento a deformao plstica mxima na direo Alongamento a deformao plstica mxima na direo da aplicao da forada aplicao da fora

  • &'

    +

    +

    '

    #!$%#!$%&&'(!!%')!$#'*'(!!%')!$#'*++

    ?? -'-'''**00

    @0','''-',@0

  • 34(A '*0

    1;998(

    (

  • TENSO DE ESCOAMENTO CONVENCIONADA TENSO DE ESCOAMENTO CONVENCIONADA ,-Quando no apresenta patamar de escoamento claramente definido define-se, por norma, como tenso de escoamento aquela tenso para a qual o material j apresenta 0,2% de deformao permanente e determina-se graficamente (ver figura).

    Quando submetido a uma fora de trao o material sofre, inicialmente, apenas deformao elstica at ser alcanado o limite elstico; a partir deste ponto do ensaio comea a ocorrer, alm da elstica, a deformao plstica ou permanente.

    LIMITE ELSTICO (LLIMITE ELSTICO (LEE) )

    = el + pl

  • Tenso

    Deformao

    plelTenso

    Deformao

    plel

    = el + pl

  • ).#9

    &'

    9$C

    0,2

  • As propriedades mecnicas de materiais polimricos podem ser

    descritas usando-se, em parte, os mesmos conceitos ou termos

    utilizados para materiais metlicos e cermicos.

    A figura a seguir mostra a curva tenso X deformao tpica de

    nylon (material polimrico).

    Ensaio de trao de PolmerosEnsaio de trao de Polmeros

  • D )9

    d

    E+EF"E

    (4,-4'047(D-'4*0"4*,@ @ 4 *0

    -*475*G

    D )H )#!,

    D )H !! )

    $!$!

    -

  • (*

    &'

    r

    (

    I

    Limite elstico

    Deformao

    ( *

  • #

    4* *@=6,,40,-4'0

    8*-@'' *,@ @

    Limite elstico

    Deformao

    *

  • Fratura de material frgil

    Fratura de material dctil

    Fratura de material tenaz

    Aspecto da fratura de materiais

  • Tabela 1. Propriedades mecnicas de alguns materiais

    390.0002100Tungstnio

    35324.0001600 Molibdnio

    0,3430107.000330 T240Titnio

    0,3570110.000380 T152Bronze (92Cu+8Sn)

    0,3568110.000303 T75Lato (70Cu+30Zn)

    0,3545110.000220 T69Cobre (99,95)

    0,3140207.000483 T138Nquel ( > 99 )

    0,2745207.000260 T130Ferro puro

    0,332569.00055 T17Alumnio (>99,5)

    0,374876.000125 T55Prata

    0,291445.000165 T41Magnsio

    Coeficientede

    Poisson

    Alonga-mento

    (%)

    Mdulo de Elasticidade

    [N/mm2]

    Resistncia [N/mm2]

    esc.[N/mm2]

    MATERIAL

  • 0,2069.00069 FVidro de Borosilicato

    22.0003T, 8 F; 200C

    Grafita

    01.000.0005000 Com.Diamante

    0,19470.000170 FCarbeto de Silcio

    0,26370.000210 a 340 FAl2O3 sinterizado (5%poros)

    2200-2600 FMetal duroWC+10 % Co

    0,3030200.000483 T275Ao inox 410-Mart.

    0,3060193.000515 T205Ao inox 310 aust.

    0,3030207.000520 T350Ao 1040

    Continuao Tabela 1

    Coeficientede

    Poisson

    Alongamento

    (%)

    Mdulo de Elasticidade

    [N/mm2]

    Resistncia [N/mm2]

    esc.[N/mm2]

    MATERIAL

  • 750-850

    1,317-25Polisoprenovulcanizado

    440-600

    1,61,4 - 3,0Poliestireno vulcanizado

    20-80210028-48ABS

    60283082,7nylon 66

    2-30280041PVC (cloreto de polivinila)

    2,78960158Poliester

    15-10083028Polietilieno de alta densidade

    290.000340 FCarbeto de BoroSinterizado (HP)

    Continuao Tabela 1

    Coeficientede

    Poisson

    Alongamento

    (%)

    Mdulo de Elasticidade

    [N/mm2]

    Resistncia [N/mm2]

    esc.[N/mm2]

    MATERIAL

  • ENSAIO DE COMPRESSO

    Fora F1 Fora F2 > F1 Fora F3 > F2

    H1 H2 H3A1 A2 A3

    Fora F1 Fora F2 > F1 Fora F3 > F2

    H1 H2 H3A1 A2 A3

  • ENSAIO DE COMPRESSO

    real

    &'

    (

    ''

    e

  • Deformao em altura: altura = H /H0

    Deformao em rea: A = A / A0

    Coeficiente de Poisson: = x / z = .O coeficiente de Poisson a relao entre a

    deformao elstica no sentido da aplicao da fora e a

    deformao elstica perpendicular a esta direo.

    Os valores do coeficiente de Poisson da maioria dos

    materiais metlicos e cermicos encontram-se entre 0,26

    e 0,35.

  • EXERCCIOS

    1) Baseado no resultado do ensaio de trao apresentado

    na figura a seguir, determinar:

    a) Mdulo de elasticidade do material;

    b) Resistncia do material ao escoamento;

    c) Resistncia trao;

    d) Alongamento.

  • 0,2 0,4 0,6 1,0 2,0 (%)

    [N/mm2]

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

  • E = = = = 150.000 N/mm2

    300 N/mm2

    0,002mm/mmE = = = = 150.000 N/mm2

    300 N/mm2

    0,002mm/mm

    a) Mdulo de elasticidade do material

    100

    200

    300

    400

    500

    0,2 0,4 0,6 (%)

    600

    700

    [N/mm2]

    1,0 2,0

    100

    200

    300

    400

    500

    0,2 0,4 0,6 (%)

    600

    700

    [N/mm2]

    1,0 2,0

  • b) Resistncia do material ao escoamento

    No caso, como no tem patamar de escoamento definido, utiliza-se o conceito de tenso de escoamento convencionada, ou seja, 0,2

    0,2 = 475 N/mm2

    100

    200

    300

    400

    500

    0,2 0,4 0,6

    0,2

    (%)

    600

    700

    [N/mm2]

    1,0 2,0

    100

    200

    300

    400

    500

    0,2 0,4 0,6

    0,2

    (%)

    600

    700

    [N/mm2]

    1,0 2,0

  • c) Resistncia do material a trao

    r = 625 N/mm2

    100

    200

    300

    400

    500

    0,2 0,4 0,6

    r

    (%)

    600

    700

    [N/mm2]

    1,0 2,0

    100

    200

    300

    400

    500

    0,2 0,4 0,6

    r

    (%)

    600

    700

    [N/mm2]

    1,0 2,0

  • d) Alongamento obtido no ensaio de trao

    A = 1,8%

    100

    200

    300

    400

    500

    0,2 0,4 0,6 (%)

    [N/mm2]

    600

    700

    1,0 2,0

    100

    200

    300

    400

    500

    0,2 0,4 0,6 (%)

    [N/mm2]

    600

    700

    1,0 2,0

  • 2) Baseado no resultado do ensaio de trao

    apresentado na figura a seguir, determinar:

    a) Mdulo de elasticidade do material;

    b) Resistncia do material ao escoamento;

    c) Resistncia trao;

    d) Alongamento.

  • T e n s o

    D e fo rm a o (% )

    1 2 0 0

    1 0 0 0

    8 0 0

    6 0 0

    [ N /m m ]2

    1 4 0 0

    4 0 0

    2 0 0

    4 , 0 0 ,8 3 ,2 1 ,6 4 ,8 2 ,4 5 ,6 0 ,4

    T e n s o

    D e fo rm a o (% )

    1 2 0 0

    1 0 0 0

    8 0 0

    6 0 0

    [ N /m m ]2

    1 4 0 0

    4 0 0

    2 0 0

    4 , 0 0 ,8 3 ,2 1 ,6 4 ,8 2 ,4 5 ,6 0 ,4

  • EXERCCIOS2) Baseado no resultado do ensaio de trao apresentado

    na figura a seguir, determinar:

    a) Mdulo de elasticidade do material;

    b) Resistncia do material ao escoamento;

    c) Resistncia trao;

    d) Alongamento.

    SOLUO

    c) Resistncia a trao: r = 1400N/mm2b) Resistncia ao escoamento: esc = 0,2 = 900N/mm2

    d) Alongamento aproximadamente 5,8%

    500

    mm/mma) E = = 5 x 105N/mm2

    N/mm2

    0,001

    500

    mm/mma) E = = 5 x 105N/mm2

    N/mm2

    N/mm2

    0,001

  • 3) Uma base de medida de 50 mm adotada num fio de cobre. O fio tracionado at que as marcas da base de medida assumam a distncia de 59 mm. Calcule a deformao.Soluo: = L/Lo = (59 50)/50 = 9/50 = 0,18 mm/mm, ou seja, 18%4) Se o mdulo de elasticidade mdio de um ao de 205.000 MPa, de quanto ser estendido um fio de ao com dimetro de 2,5 mm e comprimento inicial de 3 metros ao suportar uma carga de 4900N ?

    Soluo:A = R2 = (D/2)2 = D2/4 OU = F/A = F/R2 ou 4F/D2

    = L/Lo ou L = Lo E = / ou = /E Ento, temos que L = (/E )Lo = [F/R2E]Lo

    + = 4.900 / [3,14 x (1,25)2 x 205.000] x 3000 = 14700000/1005781,25

    + )B>:B

  • 4) A resistncia a ruptura por flexo de uma barra de seco quadrada de 10 x 10 mm de 600 N/mm2. Qual a carga mnima necessria para romper a barra por flexo sendo a distncia entre os apoios de 100mm?

    SOLUO

    $,6$,6$$;J+;J+

    ))

    $,6$,6$$;J+;J+

    ))

    Q =( )rup2bh23LQ =( )rup

    2bh23L

    600N/mm2 = 4000N Q = ( )2000mm3

    300mm600N/mm2 = 4000N Q = ( )2000mm

    3

    300mm

    Q

    100 mm

    Q

    100 mm