MEC – UTFPR – Campus Pato Branco CURSOS DE ENGENHARIA Coordenação do Curso de Engenharia Mecânica PROCEDIMENTO PRÁTICA DE ENSAIOS

Disciplina: Ensaio dos Materiais Código: EM25MC

Sala : H005

Profª Maria Nalu Verona Prática: Ensaio de Tração Objetivo: Demonstrar o comportamento de corpos de prova durante um ensaio de tração. Materiais: Máquina Universal de Ensaios – EMIC

Corpos de provas a serem analisados. Paquímetro (Resolução 0.05) Mesa de Desempeno Traçador de Altura (Resolução 0.05) Tinta de marcação

Normas de segurança: Seguir os procedimentos de segurança do Laboratório de Materiais de Construção Introdução: Devido à relativa simplicidade de execução, quando comparado a outros ensaios, sem dúvida, o ensaio de tração é o mais simples de ser reproduzido e mesmo assim nos fornece diversos dados quantitativos das características mecânicas dos materiais. O teste, considerado destrutivo, consiste basicamente na aplicação de uma carga uniaxial às extremidades de um corpo sólido promovendo a deformação do material, dado que este esforço tende a alongar o corpo de prova até a ruptura. Para a obtenção das características mecânicas do material utiliza-se a curva tensão-deformação fornecido pelo software acoplado à Máquina Universal de Ensaios. Ressalta-se que para uma possível comparação dos resultados, ou, se necessário uma reprodução fiel do ensaio, todo o procedimento deve seguir um conjunto de especificações técnicas, tais como dimensões do corpo de prova e velocidade de aplicação da carga. No Brasil, a norma técnica utilizada para materiais metálicos é a NBR-6152 da ABNT. Neste relatório, serão apresentadas discussões e resultados de um teste de tração realizado com objetivos acadêmicos. Juntamente da apresentação, estão afixadas imagens que visam ilustrar muitos dos comentários e resultados discutidos. Pesquisa Bibliografia: O procedimento envolvido no ensaio de tração consiste de forma objetiva em fixar um corpo de prova com dimensões padronizadas em uma máquina de ensaios que aplicará esforços crescentes na sua direção axial até sua ruptura, sendo as deformações mensuradas por um extensômetro, ou na falta dele, a própria variação da mesa do instrumento. As cargas são medidas pela própria máquina de ensaio. Quando realizado de forma com que a carga cresça de forma relativamente lenta durante todo o teste as deformações são distribuídas de forma uniforme, possibilitando medir de forma satisfatória a resistência do material. Realizado o ensaio a máquina de ensaio juntamente com o software a ela acoplado fornecem gráficos que correlacionam a tensão aplicada à deformação, assim como a carga aplicada à deformação. Definições Básicas: Tensão de Engenharia (σ): Resistência interna de um corpo a uma força externa aplicada sobre ele, por unidade de área. No caso da Tensão de Engenharia propriamente dita, o valor da área considerado é o inicial, constante durante todo o processo. [N/m²] Deformação Convencional (Ɛ): Variação de uma dimensão qualquer do corpo de prova, por unidade da mesma dimensão, quando esse corpo é submetido a um esforço qualquer. [mm/mm] Munidos dos gráficos que relacionam tensão à deformação se faz possível a extração de diversas propriedades mecânicas do material. Módulo de Elasticidade (E): Indica quão rígido o material é, depende fundamentalmente das ligações interatômicas. É determinado pelo quociente da tensão de engenharia pela deformação convencional. [N/m²] Módulo de Resiliência (U): Capacidade de um material absorver energia quando deformado elasticamente e liberado posteriormente. Limite de Proporcionalidade: Ponto da curva no gráfico em que a relação entre tensão e deformação deixa de ser linear, ou seja, à partir de então se inicia o escoamento do material. Limite de Escoamento: Escoamento é definido como uma transição heterogênea e localizada entre a deformação elástica e a deformação plástica. Trata-se da máxima tensão atingida na região de escoamento. Podemos identificar materiais dúcteis pela presença de um patamar de escoamento, que posteriormente dará início a deformação plástica. Limite de Resistência: Quociente entre a carga máxima atingida durante o ensaio. Limite de Ruptura: Quociente entre a carga no momento da ruptura e área inicial. Geralmente menor que o limite de resistência. Alongamento: Deformação total até a ruptura do material. Módulo de Tenacidade: Capacidade que o material tem de absorver energia até a fratura.

Descrição e procedimentos: Confecção do Corpo de Prova: Dado um corpo de prova (CP) previamente fabricado de acordo com os padrões referentes ao material se extraem as dimensões relevantes, tais como comprimento, largura, altura e espessura da área a ser deformada, o passo seguinte consiste na aplicação de uma camada pouca espessa de tinta de marcação sob a região de interesse do CP. Devidamente seca a tinta, com intuito de melhor determinar variações de medida no comprimento, utilizando uma mesa de desempeno juntamente com um traçador de altura se subdivide a área útil do CP. Ensaio de Tração do Corpo de Prova: Devidamente preparado CP conforme as orientações, o passo seguinte consiste na realização do ensaio. Inicialmente prende-se o CP as garras da Máquina Universal de Ensaios buscando um aperto suficiente para que não ocorra um escorregamento local. Com auxílio do software acoplado a Máquina Universal de Ensaios juntamente com a NBR-6152 determina-se a velocidade de aplicação da carga de acordo com a área da seção do CP e o material que compõe o mesmo. Iniciado o ensaio o software nos fornece gradativamente o gráfico de tensão em função da deformação (σ x Ɛ) para posterior análise. Visando maior precisão dos resultados, um novo CP passa rigorosamente pelo mesmo procedimento para que seja possível uma comparação com os dados obtidos inicialmente. Resultado e Discussões: Corpo de Prova Utilizado

Figura 1 - Desenho do Corpo de Prova Retangular (II)

Dimensões em mm. Espessura de 0.5mm.

Gráfico Tensão-Deformação (σ x Deslocamento da Mesa)

Figura 2 - Gráfico Tensão X Deslocamento da Mesa

Com base nos dados obtidos [Figura 2] se faz possível estimar o módulo de elasticidade, resiliência, tensão máxima, tensão de ruptura, tensão de escoamento e demais propriedades do material para uma posterior comparação aos dados disponibilizados pela literatura. Módulo de Elasticidade (E) Conforme deformado anteriormente, para que seja possível determinar o módulo de elasticidade (E) basta possuirmos a deformação definida por Ɛ e a tensão definida por σ. Com base na Figura 2, aplicando uma escala ao gráfico que no eixo das abcissas nota-se que o deslocamento da mesa foi de 0,5164. Logo:

Munidos da deformação que ocorreu no regime elástico, podemos então definir o módulo de elasticidade do material.

No entanto, quando comparado ao valor encontrado na literatura constata-se que o valor é cerca de 10 vezes inferior. Acredita-se que exista algum erro envolvido no procedimento experimental ou ainda na escala da malha do gráfico fornecido pela máquina de ensaio. Módulo de Resiliência (Ur)

Limite de Escoamento Superior, Inferior e Limite de Proporcionalidade Como pode-se observar [Figura 3] o material tem sua região de escoamento bem definida. Sendo que o ponto A caracteriza o limite superior de escoamento e B o limite inferior de escoamento do material.

Figura 3 - Determinação de Tensões Limites de Escoamento e Limite de Proporcionalidade.

LE(Sup)= 243,371 Mpa LE(Inf)= 237,963 Mpa

Limite de Proporcionalidade = 227.164 Mpa

Tensão Máxima e Tensão Limite de Ruptura Nota –se que a tensão máxima suportada pelo material corresponde ao valor indicado no pondo C da Figura 4, a partir de então se inicia o fenômeno denominado empescoçamento que ocorra a fratura do CP. A tensão de ruptura está representada pelo pondo D da Figura 4.

Figura 4 - Determinação Tensão Máxima e Tensão de Ruptura

Tensão Máxima = 373,37 MPa Tensão de Ruptura = 317,284 MPa

Alongamento Dado que o comprimento inicial do CP era de 50mm, pautados nos dados da Figura 5, conclui-se que o alongamento foi de 15,45mm, ou seja, 30.9%.

Figura 5 – Alongamento do CP

Módulo de Tenacidade Como previamente explicitado, a tenacidade corresponde a energia absorvida pelo material até a fratura, ou seja, a área sob a curva tensão x deformação. Para obtenção da curva propriamente dita se fez necessária a criação de uma linha de tendência que melhor se ajuste a uma série de pontos aplicados ao longo do gráfico.

Propriedades Mecânicas Valor Obtido Valor Esperado (Inox Ferritico ACE P439A)

Módulo de Elasticidade 21,600 GPa 215 GPa

Limite de Escoamento Superior 243,371 Mpa 240 MPa

Tensão de Resistência 373,370 Mpa MPa

Tensão de Ruptura 317,284 Mpa MPa

Módulo de Resiliência 1,152 Mpa 0,1152 MPa

Módulo de Tenacidade 183,746 MPa MPa

Alongamento 30.9 % 29 %

Considerando um ensaio feito por pessoas inexperientes, obtivemos resultados muito satisfatórios. Tivemos bons resultados pois o limite de escoamento e o limite de resistência estão aceitáveis. A inexatidão dos valores obtidos pode ser explicada pela propagação de erros ao longo de todo o processo, desde a usinagem do corpo de prova até os erros dos métodos numéricos utilizados e de truncamento dos números aproximados. O módulo de elasticidade ficou bem próximo do esperado. Um dado que não ficou muito bom foi o módulo de resiliência, já que dependia linearmente do módulo de elasticidade, esperava-se um resultado melhor ou até mesmo próximo do tabelado no entanto sabe-se de acordo com a figura 6 a cima que ficou longe do padrão. O limite de ruptura foi outro dado problemático. Acreditamos que sua resistência tenha sido afetada devido ao fato de que a chapa estava com um grau de oxidação. Conclusão: Referencias: 1. NBR 6152/2002. Materiais metálicos – Ensaio de tração à temperatura ambiente. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro. 2002 2. Garcia, Amauri. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 3. Souza, Sérgio Augusto de. Ensaios de materiais metálicos – Fundamentos teóricos e práticos. São Paulo: Blucherm 1982.