relatório - ensaio de tração - materiais e suas propriedades

UNIVERSIDADE FEDERAL

DO ABC

Materiais e Suas Propriedades (BC1105)

ENSAIOS MECNICOS PARTE A ENSAIOS DE TRAO E FLEXO

Laboratrio L505-1

1 Quadrimestre de 2015

Guilherme Naohiro Ito

Murilo Migliato

Murilo Turquiai Luca Blasio

Tain Ubirajara Bisinella

11060912

11057513

11054411

11003713

1. INTRODUO

Para se aferir o comportamento de um determinado material necessrio

conhecer suas propriedades mecnicas. Uma forma de observar e determinar

tais propriedades, como constantes elsticas, resistncia mecnica, ductilidade

a partir de ensaios mecnicos. A maneira mais utilizada para realizar esses

ensaios atravs da mquina universal de ensaios mecnicos, que realiza

testes como aplicao de fora, trao ou compresso, a taxas controladas, de

forma que tal tensionamento pode ser feito ciclicamente ou continuamente.

Dois acessrios importantes utilizados em mquinas de ensaios mecnicos

so as clulas de carga e o extensmetro, a primeira mede a variao de fora

aplicada ao material, j a ltima, mede a deformao do material de acordo

com a tenso aplicada. Atravs destes acessrios e uma interface com um

software especfico possvel plotar as curvas de tenso e deformao do

material testado. Neste experimento a mquina de ensaios utilizada foi Instron

3369, que ideal para testes de compresso ou tenso abaixo de 50 kN [1], e

o software de interface Bluehill.

Para determinar as propriedades dos materias so realizados diferentes

mtodos de ensaio. Para materiais com comportamento dctil, como polmeros,

geralmente so realizados ensaios de trao, j materiais com comportamento

mecnico frgil, como cermicas, a resistncia fratura geralmente

determinada em ensaios de flexo. Os testes variam em velocidade e

intensidade de carregamento no material.

Devem ser seguidos alguns padres para assegurar a qualidade e

segurana dos testes, como formato e dimenso do corpo de prova, tenso

convencional de alongamento total, etc. Tais padres so definidos por

normas, tais como a ABNT NBR ISO 6892-1:2013 Verso Corrigida:2015 [2].

2. OBJETIVOS

Os objetivos desta aula prtica so:

i) Compreender o funcionamento de uma mquina universal de ensaios

Mecnicos;

ii) Compreender o ensaio de trao e analisar as curvas tenso-

deformao de uma amostra polimrica;

iii) Compreender o mtodo de ensaio de flexo de amostras de

cermicas e determinar a resistncia fratura.

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Os ensaios foram realizados na mquina universal de ensaios mecnicos

INSTRON 3369, a coleta de dados se deu atravs do software Bluehill.

3.1. Metodologia

Ensaio de trao

i) Foram realizadas 3 medidas em diferentes pontos do corpo de prova;

ii) Fixou-se o corpo de prova nas garras do dispositivo mantendo

alinhado seu eixo longitudinal com a vertical;

iii) Configurou-se o ensaio atravs do software Bluehill, dando como

entrada a velocidade do ensaio e o comprimento do corpo de prova;

iv) O ensaio consistiu ento na aplicao de trao at a fratura do

corpo de prova;

v) Aps o ensaio o corpo de prova teve suas duas partes unidas

cuidadosamente para que fossem medidas as variaes em sua

dimenso.

Ensaio de flexo

i) Foram realizadas 3 medidas em diferentes pontos do corpo de prova;

ii) Apoiou-se o corpo de prova no dispositivo de teste de flexo,

aproximando o cutelo superior cuidadosamente do corpo de prova;

iii) Configurou-se o ensaio atravs do software Bluehill, dando como

entrada a velocidade do ensaio;

iv) O ensaio consistiu ento na aplicao de tenso at a fratura do

corpo de prova.

3.2. Ensaio de trao

Ao 1010

O ensaio de trao com o ao 1010 foi realizado por meio de um corpo de

prova cilndrico com 8 mm de dimetro e comprimento de rea til de 70 mm.

A velocidade deste ensaio foi de 15 mm/min.

Polmero

O ensaio de trao com o material polimrico foi realizado com meio de um

corpo de prova em forma de gravata. Suas dimenses foram aferidas trs

vezes com o intuito de diminuir os erros de medio. Abaixo, a Tabela 1

expressa os valores medidos com respectivas mdias.

Tabela 1 - Dimenses do corpo de prova polimrico

Medida Comprimento (mm)

Largura (mm)

Espessura (mm)

1 75,25 13,35 3,20

2 75,45 13,25 3,50

3 75,35 13,25 3,05

Valores mdios 75,35 13,28 3,25

Apesar do comprimento mdio do corpo de prova ser de 75,35 mm, o comprimento til da mquina universal de ensaios mecnicos era de 70,00 mm, o qual corresponde a dimenso utilizada para anlise.

A velocidade deste ensaio foi de 50 mm/min.

Fig. 1 - Exemplo de corpo de prova do tipo gravata.

3.3. Ensaio de flexo

Cermica

O ensaio de flexo foi do tipo de trs pontos, realizado utilizando um corpo

de prova cermico retangular.

Realizaram-se trs medidas do corpo de prova afim de diminuir o erro de

medio. A Tabela 2 demonstra os valores obtidos em cada medio com

respectivas mdias.

Tabela 2 - Dimenses do corpo de prova cermico

Medida Comprimento (mm)

Largura (mm)

Espessura (mm)

1 74,65 23,25 8,50

2 74,80 21,05 8,50

3 74,75 23,55 8,50

Valores mdios 74,73 22,61 8,50

A distncia de separao dos pontos de apoio da mquina universal era de

30 mm. A velocidade utilizada no teste foi de 0,5 mm/min.

4. ANLISE DOS DADOS

4.1. Ensaio de trao

Ao 1010

i) Grfico tenso versus deformao de engenharia

a)

Fig. 2: Curva tenso versus deformao do ao 1010.

b)

Fig. 3: Curva tenso versus deformao do ao 1010 com detalhe para a

regio elstica.

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50

Ten

so

[M

Pa]

Deformao [%]

Curva de Engenharia - Metal

Metal

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Ten

so

(M

Pa)

Deformao [%]

Curva de Engenharia - Metal (regio elstica)

Metal

ii) Determinao atravs das curvas

a) Mdulo de Elasticidade

O Mdulo de Elasticidade dado por:

= E (1)

Onde, Tenso; E - Mdulo de elasticidade; Deformao.

Rearranjando (1), temos:

E =

(2)

Substituindo em (2) com os valores obtidos atravs da regio elstica,

temos:

E =(372,032230,36042)

(3,1783030,1425) (3)

Logo:

= ,

b) Limite de proporcionalidade (limite elstico)

O limite de proporcionalidade obtido visualmente atravs do grfico :

c) Limite de escoamento

Limite de escoamento em deformao 0,1%

Para uma deformao permanente de 0,1% a deformao total deve

superar a deformao elstica esperada em 0,1% do comprimento til do

corpo de prova.

+ 0,1 (4)

O que ocorre em:

= 395,9732

O que corresponde a:

= , %




corpo de prova.

+ 0,2 (5)

O que ocorre em:

= 398,4337


= , %

d) Limite de Resistncia

Corresponde a maior tenso suportada registrada:

= ,

e) Tenso de Ruptura

Corresponde a tenso aplicada no momento de ruptura:

= ,

f) Deformao (alongamento) uniforme

Toda deformao at o limite de resistncia:

= , %

g) Deformao (alongamento) total

Toda deformao at o rompimento:

= , %

iii) Reduo em rea

Dimetro inicial = 8mm Dimetro final = 4,60 mm

rea inicial = 56,549 mm rea final = 16,619 mm

= 1

(6)

Logo:

= , %

iv) Curva Real de tenso versus deformao

Fig. 4: Curvas real de tenso versus deformao do ao 1010.

Fig. 5: Curvas real e de engenharia de tenso versus deformao do ao

1010.

0

5000

10000

15000

20000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Ten

so

(M

Pa)

Deformao [%]

Curva Real - Metal

Real

0

5000

10000

15000

20000

0 10 20 30 40 50

Ten

so

[M

Pa]

Deformao [%]

Curva de Engenharia - Metal

Real

Engenharia

v) Aspecto da fratura

A Fig. 4 mostra que houve uma reduo na tenso antes da fratura. Isso

se deve ocorrncia de estrico (ou criao de pescoo), o que

caracteriza uma fratura dctil.

Polmero

i) Grfico tenso versus deformao de engenharia

c)

Fig. 6: Curva tenso versus deformao de engenharia do polmero.

d)

Fig. 7: Curva tenso versus deformao de engenharia do polmero com

detalhe para a regio elstica.

h) Determinao atravs das curvas

ii) Mdulo de Elasticidade

O Mdulo de Elasticidade dado por:

= E (1)

Onde, Tenso; E - Mdulo de elasticidade; Deformao.

Rearranjando (1), temos:

E =

(2)

Substituindo em (2) com os valores obtidos atravs da regio elstica,

temos:

E =(21,876192,007717)

(3,9284820,5951785) (3)

Logo:

= ,

iii) Limite de proporcionalidade (limite elstico)

O limite de proporcionalidade obtido visualmente atravs do grfico :

iv) Limite de escoamento




corpo de prova.

+ 0,1 (4)

O que ocorre em:

= ,


= , %




corpo de prova.

+ 0,2 (5)

O que ocorre em:

= 30,95538


= , %

v) Limite de Resistncia

Corresponde a maior tenso suportada registrada:

= ,

vi) Tenso de Ruptura

Corresponde a tenso aplicada no momento de ruptura:

= ,

vii) Deformao (alongamento) uniforme

Toda deformao at o limite de resistncia:

= , %

viii) Deformao (alongamento) total

Toda deformao at o rompimento:

= , %

ix) Reduo em rea

Espessura inicial = 3,25 mm Espessura final = 2,71 mm

Largura inicial = 13,28 mm Largura final = 9,47 mm

rea inicial = 43,16 mm rea final = 25,66 mm

= 1

(6)

Logo:

= , %

x) Curva Real de tenso versus deformao

Fig. 8: Curvas real de tenso versus deformao do polmero.

Fig. 9: Curvas real e de engenharia de tenso versus deformao do

polmero.

4.2. Ensaio de flexo

Cermica

A Cermica, diferente do metal e do polmero, no um material dctil, ou

seja, no possui uma regio plstica, por esse motivo que feito o ensaio de

flexo. Durante a realizao dos ensaios, a pea de cermica foi danificada

entre o ensaio 1 e o ensaio 2, por isso podemos ver que a curva real 2 e de

engenharia 2 no serve de anlise.

i) Resistncia flexo

= 3.

2. (7)

Onde F a fora de fratura, L a distncia entre os pontos do suporte, b a

largura do corpo de prova, e d sua espessura.

Substituindo com os valores da dimenso do corpo de prova:

= 3 1154,2 0,03

2 0,02261 0,0085

= ,

ii) Grfico tenso versus flexo

Fig.10: Curva tenso versus deformao de engenharia da cermica.

Figura 11 - Curva tenso versus deformao real da cermica.

Figura 12 - Curva tenso versus deformao real e de engenharia da cermica.

iii) Aspecto da fratura

A fratura do corpo de prova cermico uma fratura frgil e ocorre com

baixa absoro de energia (normalmente temperatura ambiente a maioria dos

materiais cermicos sofre fratura antes do surgimento de uma deformao

plstica). Lembrando que a fratura ocorre no ponto de maior tenso como no

corpo de prova polimrico e diferente do corpo de prova metlico, onde a

tenso diminui antes da fratura.

5. CONCLUSO

A determinao das propriedades mecnicas atravs de ensaios mecnicos

muito importante para a escolha do material para uma determinada

aplicao. Estas propriedades definem o comportamento do material quando

sujeito a esforos mecnicos, relacionando assim capacidade do material de

resistir ou transmitir estes esforos aplicados, fazendo assim consideraes

importantes para um projeto e fabricao de determinado componente.

6. REFERNCIAS

[1] Pgina na internet empresa INSTROM. Disponvel em:

.

[2] Catlogo ABNT, Normas. Cdigo - ABNT NBR ISO 6892-1:2013 Verso

Corrigida:2015. Disponvel em: .

[3] CALLISTER, W. D. Jr, Cincia e Engenharia de Materiais: uma

introduo; Editora LTC, 7. Edio 2008.

[4] SCODELER, D. E, Materiais e suas propriedades, slides da disciplina.

Disponvel em: < https://sites.google.com/site/matprop20151/materiais-e-

suas-propriedades>.

relatório - ensaio de tração - materiais e suas propriedades

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