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5/8/2018 TRACAO teoria - slidepdf.com

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOSDepartamento de Engenharia de MateriaisDisciplina: 03.070-8 - Ensaios de Materiais

Prof. Vitor Luiz Sordi

ENSAIO DE TRAÇÃO

1. GENERALIDADESO ensaio de tração consiste em se aplicar a um corpo de prova

adequadamente preparado, uma carga uniaxial provocando o alongamentoda amostra na direção paralela ao eixo de aplicação da carga. Ocarregamento é aumentado gradativamente (carregamento estático), levandogeralmente o material à fratura.

Este é sem dúvida, um dos mais simples e mais utilizados dos ensaiosmecânicos e, quando realizado criteriosamente, pode fornecer informaçõesbásicas sobre as propriedades mecânicas fundamentais dos materiaisempregados na engenharia. Essas informações tem muitas vezes aplicaçãodireta no projeto e dimensionamento de componentes e produtos.

O ensaio de tração não é necessariamente capaz de fornecerinformações para prever o comportamento dos materiais quando sujeitos acarregamentos em condições de serviço, no entanto, ele permite avaliarcaracterísticas de resistência e de ductilidade que podem ser usadas para

estabelecer critérios de controle de qualidade que assegurem desempenhosatisfatório em determinadas aplicações. Isso implica na necessidade depadronização dos métodos de ensaio e dos corpos de prova, com relação atamanho, forma e técnicas para a obtenção das amostras.

Entidades normativas nacionais e internacionais encarregam-se deestabelecer e atualizar normas técnicas que padronizam métodos de ensaio eestabelecem as especificações exigidas para os materiais em geral e paraprodutos específicos.

A realização dos ensaios deve portanto, estar subordinada à

observação criteriosa da normalização vigente, e a essa exigência estádiretamente relacionada a confiabilidade e a comparabilidade dos resultados.



2. A CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO "DE ENGENHARIA" PARAMATERIAIS METÁLICOS.

A resposta de um determinado material quando submetido ao ensaiode tração é geralmente analisada em termos de uma curva tensão-deformação, obtida a partir de medidas da carga aplicada e o correspondentealongamento da amostra durante a realização do ensaio. Utiliza-se para aobtenção dessa curva, a "tensão média" (σ) longitudinal no corpo de prova,definida como a relação entre a carga (F) aplicada a cada instante, e a área(Ao) da secção transversal inicial do corpo de prova.

σ = F / Ao (2.1)

A "deformação nominal" (ε), é obtida é obtida através da relação entre o"alongamento" (∆L), do corpo de prova e seu comprimento inicial (Lo):

ε = ∆L / Lo = (L - Lo) / Lo (2.2)

A deformação específica assim definida é um parâmetro adimensional, erepresenta o alongamento da amostra por unidade de comprimento. Pode-se

também definir a deformação em termos percentuais, multiplicando-se por100 o resultado da expressão (2.2) :

ε (%) = 100 x (L - Lo) / Lo (2.3)

A curva tensão-deformação "nominal" ou "de engenharia" considera todos os valores de tensão e de deformação baseados na secçãotransversal e no comprimento útil "iniciais" do corpo de prova. Na

realidade, os termos Ao e Lo não são constantes ao longo do teste de tração,e mais adiante serão introduzidos os conceitos de tensão e de deformação"verdadeiras", considerando a área da secção transversal e o comprimentoútil "instantâneos" do corpo de prova.

A figura 2.1 mostra uma curva tensão deformação típica para muitosmateriais metálicos, onde são definidos os principais parâmetros a seremobtidos a partir de um ensaio de tração.



A

B

CD

E

Figura 2.1 - Curva tensão-deformação típica para materiais metálicos.

O ponto B define o "limite elástico" ou " Limite de elasticidade", que

é máxima tensão que o material poderia suportar sem apresentar deformaçãoplástica permanente, após uma suposta remoção da carga aplicada. Naprática, este ponto é freqüentemente substituído pelo ponto A, querepresenta o "limite de proporcionalidade", definido como o ponto em que acurva tensão-deformação se desvia da linearidade. Esta aproximação é feitadevido à necessidade de equipamento com alto grau de sensibilidade para sedeterminar com precisão o limite elástico da forma como é definido. Defato, os dois pontos estão geralmente muito próximos e a posição relativa deambos é muito discutível. Para fins práticos, admite-se uma deformaçãoresidual da ordem de 0,001% , como sendo o limite da zona elástica da curvatensão-deformação. Materiais muito frágeis podem apresentar fratura aindana zona elástica, e nestes casos, as definições acima não são significativas.

O Limite de Proporcionalidade define a região linear (OA) da curvatensão deformação. Nesta região, pode-se assumir que o material tem umcomportamento puramente elástico, isto é, a deformação é totalmenterecuperável se a carga aplicada for removida e, neste trecho da curva, éválida a "Lei de Hooke" :



σ = E . ε (2.4)

A constante E, é denominada "Módulo de Elasticidade" ou "Módulo

Elástico" ou "Módulo de Young" e pode ser determinada através dainclinação da curva tensão-deformação, na sua região linear (OA).

O trecho BD da curva da figura 2.1, delimita a região onde ocorredeformação plástica uniforme ao longo de todo o comprimento útil do corpode prova. Nesta região da curva ocorre o fenômeno de endurecimento pordeformação (ou encruamento) e a deformação total é a soma de uma parcela

de deformação elástica recuperável , e uma parcela de deformação plásticapermanente.O ponto D define o “ Limite de Resistência à Tração” (σt), que é

obtido através da relação entre a carga máxima atingida durante o teste(Fmax) e a área da secção transversal inicial do corpo de prova (Ao).

σt = Fmax / Ao (2.5)

No trecho DE da curva da figura 2.1, a deformação não é uniforme aolongo do corpo de prova, ocorrendo grandes quantidades de deformaçãoconcentrada em determinadas regiões da amostra. Este fenômeno de“estricção” , provoca grandes reduções localizadas de área da secçãotransversal do corpo de prova, resultando numa diminuição da forçanecessária para o prosseguimento da deformação, e uma queda aparente natensão nominal, uma vez que esta é calculada considerando a área da secçãotransversal da amostra no início do teste. Embora a tensão localizada noponto de estricção aumente continuamente até a ruptura da amostra, estefato não é levado em conta na construção da curva tensão-deformação “de

engenharia” e a “Tensão de ruptura” , σr , é calculada considerando-se aárea incial (Ao) da secção da amostra e a força (Frup) exercida pelamáquina, no instante da ruptura.

σr = Frup / Ao (2.6)

A transição entre a região de deformação elástica e a região dedeformação plástica pode ocorrer de forma gradativa como indicado nafigura 2.2a, ou de forma brusca como mostra a figura 2.2b . Neste último



caso, dependendo da precisão do sistema de registro do ensaio, é possíveldefinir a

Figura 2.2 – Tensão de escoamento e limite de escoamento convencional.

Tensão de escoamento superior ( σes ) e a Tensão de escoamento inferior

( σei ) , ou simplesmente a Tensão de escoamento ( σe ) quando não forpossível fazer distinção clara entre as duas anteriores. Quando a transiçãoentre as zonas de elasticidade e de plasticidade ocorrer da forma indicada nafigura 2.2a define-se o Limite de escoamento convencional ( σ0,2 ) quecorresponde à tensão necessária para provocar 0,2% de deformação plásticapermanente na amostra.

A Deformação Total na Ruptura (εf ) contém uma parcela dedeformação elástica, que é recuperada no instante da fratura, como mostra afigura 2.1. Esta parcela geralmente é muito pequena em relação à

deformação total, e para efeitos práticos, ela pode muitas vezes serdesconsiderada. A deformação final obtida no ensaio é um parâmetro deductilidade do material e é definida como a diferença entre o comprimentoútil inicial (Lo) e o comprimento final (Lf), dividida pelo comprimento útilincial do corpo de prova. Pode ser expressa em termos absolutos oupercentuais:

εf = (Lf - Lo) / Lo (2.7)



εf (%) = 100 . (Lf - Lo) / Lo (2.8)

O “Coeficiente de estricção” , ou “coeficiente de redução de área” (Z), é outro parâmetro de medida de ductilidade do material. É definidocomo a redução percentual de área, no local onde ocorreu a fratura, emrelação à área da secção transversal inicial do corpo de prova:

Ζ (%) = 100 . (Ao - Af ) / Ao (2.9)

• Resiliência: habilidade do material de absorver energia quando deformadoelasticamente e retornar à situação inicial quando a força é retirada.

O Módulo de Resiliência (UR) é uma medida da quantidade de energia porunidade de volume absorvida pela amostra durante a deformação elástica.

• Tenacidade: habilidade do material absorver energia na região plástica. É aárea total abaixo da curva tensão-deformação.

O Módulo de Tenacidade (UT) é uma medida da quantidade de energia porunidade de volume absorvida pela amostra desde o início do carregamentoaté a fratura.

E d U p

R

p

.2.

2

0

σ

ε

ε σ == ∫

∫ = f

d U R

ε

ε σ

0

.



Figura 2.3 – Energia absorvida para promover a deformação daamostra até a fratura.



Curvas tensão x deformação nominal everdadeira

Figura 2.4- Curvas tensão x deformação nominal (de engenharia) everdadeira (real).



Figura 2.5 – Deformação uniforme

O ponto de carga máxima corresponde ao Limite de deformação plástica

uniforme. Até esse ponto pode-se considerar que o volume da amostra semantém constante:

AoLo = A . L

Para diferenciar tensões e deformações nominais e verdadeiras, será usadade agora em diante, a seguinte convenção:

e = ∆L / Lo = Deformação nominal ( ou de engenharia);ε = ∆L / L = Deformação verdadeira (ou real);S = F /Ao = Tensão nominal (ou de engenharia)σ = F/ A = Tensão verdadeira (ou real).

e = ∆L / Lo = (L – Lo)/Lo L/Lo = (1+ e)

ε = ln(1 + e)

== /∆= ∫ L

L

o L L LdL L L

0

) / ln( / ε



S = F/Ao Ao /A = L/Lo = (1 + e)

A = Ao / (1+e)

σ = F/A = F (1+e) / Ao

σ = S (1 + e)

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