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Page 1: Propriedades mecânicas dos materiais.pdf
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PROPRIEDADES MECÂNICAS

� Definem o comportamento do material quando sujeitos à

esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à

capacidade do material de resistir ou transmitir estes

esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma

incontrolável.

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Principais propriedades mecânicas

� Resistência à tração

� Elasticidade

� Ductilidade

� Fluência

� Fadiga

� Dureza

� Tenacidade,....

Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las

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Principais propriedades mecânicas

• Elasticidade: comportamento do material ao sersubmetido a ação de uma força ocasionando umadeformação, e retornando à sua forma original quando aação da força é removida

• Ductilidade: capacidade de absorver grandesdeformações, ultrapassando a fase elástica

• Fluência: efeito que causa deformações permanentesquando o material está submetido a condições severascomo esforços mecânicos associados a alta temperatura

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Principais propriedades mecânicas

• Tenacidade: é a quantidade de energia que um material pode absorver antes romper

Page 6: Propriedades mecânicas dos materiais.pdf

Principais propriedades mecânicas• Resiliência: capacidade do material absorver esforços mecânicos sem

ocorrer a ruptura

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Tipos de tensões que uma estrutura esta sujeita

� Tração

� Compressão

� Cisalhamento

� Torção

Page 8: Propriedades mecânicas dos materiais.pdf

Como determinar as propriedades mecânicas?

� Feita através de ensaios mecânicos.

� Utiliza-se normalmente corpos de prova para o ensaio

mecânico, não é praticável realizar o ensaio na própria

peça, que seria o ideal.

� Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento

das medidas e confecção do corpo de prova para garantir

que os resultados sejam comparáveis.

Page 9: Propriedades mecânicas dos materiais.pdf

NORMAS TÉCNICAS

Normas técnicas mais comuns:

� ASTM (American Society for Testing and Materials)

� ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)

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Ensaios para determinação das propriedades mecânicas

� Resistência à tração

� Resistência à compressão

� Resistência à torção

� Resistência ao choque

� Resistência ao desgaste

� Resistência à fadiga

� Dureza

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RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

� É medida submetendo-se o material à uma carga

ou força de tração, paulatinamente crescente, que

promove uma deformação progressiva de aumento

de comprimento

� NBR-6152 para metais

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RESITÊNCIA À TRAÇÃOTENSÃO (σ) X Deformação (ε)

σ = F/AoKgf/cm2 ou Kgf/mm2 ou N/ mm2

Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a deformação (variação dimensional).

A deformação pode ser expressa:•O número de milímetros de deformação por milímetros de comprimento

• O comprimento deformado como uma percentagem do comprimento original

Deformação(εεεε)= lf-lo/lo= ∆∆∆∆l/lo

lo= comprimento inicial

lf= comprimento final

Força ou cargaÁrea inicial da seção reta transversal

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EQUIPAMENTO PARA ENSAIO DE TRAÇÃO

Extensômetro eletrônico usado para determinação do limite de escoamento

Máquina de Tração

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Comportamento dos metais quando submetidos à tração

Resistência à tração

Dentro de certos limites,

a deformação é proporcional

à tensão (a lei de Hooke é

obedecida)

Lei de Hooke: σσσσ = E εεεε

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� Corresponde à tensão máxima aplicada ao material antes da ruptura

� É calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo material pela área de seção reta inicial

Resistência à Tração (Kgf/mm2)

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A deformação pode ser:

• Elástica

• Plástica

Page 17: Propriedades mecânicas dos materiais.pdf

Deformação Elástica e Plástica

DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

� Precede a deformação plástica

� É reversível

� Desaparece quando a tensão é removida

� É proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke)

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

� É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade

� É irreversível; é resultado do deslocamento permanente dos átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida

Elástica Plástica

Page 18: Propriedades mecânicas dos materiais.pdf

Deformação Elástica e Plástica

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Módulo de elasticidade ou Módulo de Young

E= σσσσ/ εεεε =Kgf/mm2

• É o quociente entre a tensãoaplicada e a deformação elásticaresultante.

•Está relacionado com a rigidez domaterial ou à resistência àdeformação elástica

•Está relacionado diretamentecom as forças das ligaçõesinteratômicas

Lei de Hooke: σσσσ = E εεεε

P A lei de Hooke só éválida até este ponto

Tg αααα= Eα

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Módulo de Elasticidade para alguns metaisQuanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão

MÓDULO DE ELASTICIDADE

[E]

GPa 106 Psi

Magnésio 45 6.5

AlumÍnio 69 10

Latão 97 14

Titânio 107 15.5

Cobre 110 16

Níquel 207 30

Aço 207 30

Tungstênio 407 59

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Considerações gerais sobre módulo de elasticidade

Como consequência do módulo de elasticidadeestar diretamente relacionado com as forçasinteratômicas:

• Os materiais cerâmicos tem alto módulo deelasticidade, enquanto os materiais poliméricostem baixo.

• O módulo de elasticidade dos metais seencontra em um nível intermediário entre osmódulos dos materiais cerámicos e dospoliméros.

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O Fenômeno de Escoamento

� Esse fenômeno é nitidamente observado em

alguns metais de natureza dúctil, como aços baixo

teor de carbono.

� Caracteriza-se por um grande alongamento sem

acréscimo de carga.

Page 23: Propriedades mecânicas dos materiais.pdf

Tensão de escoamento

Não ocorre escoamento propriamente dito

Escoamento

Page 24: Propriedades mecânicas dos materiais.pdf

Ductilidade

�A ductilidade é a propriedade física dosmateriais de suportar a deformaçãoplástica, sob a ação de cargas, sem seromper ou fraturar.

�Ela é caracterizada pelo fluxo domaterial sob ação de uma tensãocisalhante.

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Ductilidade

�A ductilidade é a propriedade queapresentam alguns metais e ligasmetálicas quando estão sob a ação deuma força, podendo estirar-se semromper-se, transformando-se num fio.

�Os metais que apresentam estapropriedade são denominados dúcteis.

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Ductilidade em termos de alongamento

ductilidade

• Corresponde ao alongamento total do materialdevido à deformação plástica

%alongamento= (lf-lo/lo)x100

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Ductilidade expressa como estricção

� Corresponde à redução na área da seção retado corpo, imediatamente antes da ruptura

� Os materiais dúcteis sofrem grande redução naárea da seção reta antes da ruptura

Estricção = área inicial - área finalárea inicial

Page 28: Propriedades mecânicas dos materiais.pdf

Outras informações que podem ser obtidas das curvas tensãoxdeformação

Resiliência• Corresponde à capacidade do material de

absorver energia quando este é deformadoelasticamente.

• A propriedade associada é dada pelo módulode resiliência (Ur)

Ur= (σe)2/2E

• Materiais resilientes são aqueles que têmalto limite de elasticidade e baixo módulo deelasticidade (como os materiais utilizadospara molas)

σe

Page 29: Propriedades mecânicas dos materiais.pdf

� Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite deelasticidade e baixo módulo de elasticidade (como osmateriais utilizados para molas)

Resiliência

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� Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura

tenacidade

Tenacidade

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� O limite de ruptura é geralmente inferior ao limite de resistência em virtude de que a área da seção reta para um material dúctil reduz-se antes da ruptura

Tensão de Ruptura (Kgf/mm²)

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� Resistência de um material ao sofre uma deformaçãoplástica localizada, devido a impressão ou a risco

� Inicialmente os primeiros ensaios de dureza eram feitoscom base em minerais naturais, onde se media acapacidade de um material mais duro riscar outro materialmais mole (Dureza Mohs)

� Atualmente usa-se um penetrador que é forçado contra asuperfície do material a ser testado. A profundidade ou otamanho da impressão é relacionada a um número índice

de dureza. Quanto mais mole for o material, maisprofunda ou maior será a impressão.

Dureza

Page 33: Propriedades mecânicas dos materiais.pdf

� Não há necessidade de preparação de corpo de prova

� Os equipamentos que medem dureza são baratos

� O ensaio é não-destrutível, ou seja o material não éfraturado ou excessivamente deformado. O material sofreuma pequena impressão

� Possibilidade de realizar o ensaio na peça definitiva

� Outras propriedades mecânicas podem ser estimadasatravés do ensaio de dureza

Vantagens do ensaio de Dureza

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� Permite a medida de várias escalas de dureza, variandotipos de penetradores ou a intensidade da carga aplicada

� Os penetradores podem ser esferas, aço cônico dediamante para materiais mais duros ou pirâmides

� A dureza é medida pela profundidade ou área da impressão

Tipos de ensaios de Dureza

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Tipos de ensaios de Dureza

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Escalas de Ensaios de Dureza

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Dureza Rockwell - Representasão

80HRBrepresenta dureza Rockwell de 80 na escala B

60HR30Wrepresenta dureza Rockwell Superficial de 60 na escala 30W