Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial
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- Ruy Olivares Correia
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1 Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial
2 Tensão e deformação Ensaios: Tração Compressão Cisalhamento Torção
3 Tensão e deformação Cálculo da tensão (Para tração e compressão): Onde: σ= Tensão F= Força normal à seção transversal Ao= Área original da seção transversal Cálculo da deformação (Para tração e compressão): Onde: = Deformação li= Comprimento instantâneo lo= Comprimento original
4 Deformação Elástica Resiliência Onde: σ= Tensão E= Módulo de elasticidade (ou módulo de Young) = Deformação
5 Deformação Plástica Tensão Limite de Escoamento
6 Deformação Plástica Localização da Deformação plástica através da estricção. Tensão Limite de Resistência à Tração Empescoçamento. Critério de Considère dσ/dε = σ
7 Deformação Plástica Ductilidade x Tenacidade Onde: %AL= Alongamento percentual lf= Comprimento na fratura lo= Comprimento original Onde: %RA= Redução de área percentual A f = Área final A o = Área original
8 Curvas de Tração para o Ferro
9 Deformação Plástica: tensão verdadeira e deformação verdadeira Tensão verdadeira Deformação verdadeira Onde: v σ v = Tensão verdadeira F= Força normal à seção transversal Ai= Área instantânea da seção transversal v = Deformação verdadeira li= Comprimento instantâneo lo= Comprimento original
10 Propriedades Mecânicas
11 Efeito do Sistema Deformante Um gráfico carga vs. deslocamento (P i vs. l Ti ) produzido por um ensaio de tração é influenciado pela elasticidade do sistema deformante; Entende-se por sistema deformante toda a região fora do comprimento útil da amostra (l 0 ), compreendendo parte do corpo de prova, garras, travessão de aplicação de carga, etc; A influência da elasticidade do sistema (K s ) será tão maior quanto menor for sua rigidez (resistência à deformãção elástica); Traçar uma curva tensão nominal vs. deformação nominal sem excluir os valores elásticos do sistema deformante resulta em erros. OBS: Exemplos baseados em resultados reais para um ensaio de tração em uma liga de alumínio D16T.
12 Gráfico Carga vs. Alongamento P i (Kgf) Carga vs. Deslocamento l Ti (mm) (mm)
13 Tratamento Matemático ( ) e p l a l Ti Pi k Pl A + Alongamento elástoplástico da amostra i o s o E i Alongamento elastoplástico total Alongamento elástico total Alongamento elástico da amostra Pi a = l i Ti + k ( e p l + ) ε σ e+ p ni ni = = s ( e+ p l ) P i A o a l o i Pl i o A E o
14 Curva Clique de para Tração editar Corrigida o estilo para do título o efeito mestre da elasticidade do Sistema Deformante: Tensão x Deformação Nominal Tensão (MPa) Não corrigida Corrigida ,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 Deformação (%)
15 Tensão Verdadeira vs. Deformação Verdadeira Uma vez que a deformação elástica não é permanente, a deformação verdadeira é considerada somente a parcela plástica da deformação; Os valores são obtidos a partir da curva tensão nominal vs. deformação nominal. ε ni P = 1 l o l Ti Pi k s ε σ vi vi = ln = σ ( ε + 1) ni P ( ε + 1) ni ni P
16 Tratamento Matemático A partir dos valores obtidos, obtem-se um polinômio que melhor se ajuste à curva original; A partir desse polinômio, traça-se uma nova curva tensão verdadeira vs. deformação verdadeira ajustada; Os cálculos da cinética da deformação plástica são obtidos a partir da curva ajustada.
17 Comparação A seguir aparecem 3 exemplos práticos; A curva não corrigida 1 inclui as informações elastoplásticas tanto da amostra quanto do sistema deformante; Aplicando a correção, mas ainda deixando os valores elásticos da amostra, gera a curva não corrigida 2 ; A curva corrigida leva em conta somente valores plásticos.
18 Comparação 700 Tensão Verdadeira (MPa) Tensão Verdadeira vs. Deformação Verdadeira não corrigida 1 Tensão Verdadeira vs. Deformação Verdadeira não corrigida 2 Tensão Verdadeira vs. Deformação Verdadeira corrigida 0 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 Deformação Verdadeira (%)
19 Tratamento Matemático Equações empíricas buscam descrever o comportamento do material durante a deformação plástica; São determinados matematicamente os estágios de encruamento; As equações mais utilizadas são as de Hollomon, Ludwig e Swift.
20 Tratamento Matemático Hollomon - σ = Ke n Normalmente descreve curvas que apresentam um único estágio de encruamento; Em um gráfico logarítmico o traço é uma reta; K representa um coeficiente de resistência enquanto n é o expoente de encruamento. Ludwig - σ = σ 0 + Ke n Descreve um ou mais estágios de encruamento; Em um gráfico logarítmico o traço é parabólico ou linear; σ 0 representa uma tensão de escoamento. Swift - σ = K(ε+ ε 0 ) n Descreve um ou mais estágios de encruamento; Em um gráfico logarítmico o traço é hiperbólico ou linear; ε 0 representa uma deformação inicial.
21 Obtenção dos Estágios de Encruamento A partir da curva tensão verdadeira vs. deformação verdadeira ajustada, aplicar o logarítimo nos dois eixos (Hollomon) e depois traçar a derivada (Ludwig e Swift); Fazer ajustes lineares convenientes; A partir das equações constitutivas linearizadas, identificar os valores de inclinação (m) das retas ajustadas e de b. Equação da reta: y y 0 = m(x x 0 ) Hollomon linearizada: ln σ = ln K + n * ln ε Ludwig derivada - linearizada: ln dσ/dε = ln(n*k) + (n-1)*ln ε Swift derivada linearizada: ln dσ/dε = ln(n) + 1/n * ln(k) + ((n-1)/n) * ln (σ)
22 Monocristais III τ II I Estágio I Deslizamento Fácil Estágio II Encruamento Estágio III Recuperação Dinâmica γ
23 Estágios de Encruamento Estágio I Deslizamento Fácil Baixa densidade de discordâncias, logo, há pouca restrição à movimentação das mesmas (não há interação entre discordâncias). A tensão cresce muito pouco com a deformação; Estágio II Encruamento A densidade de discordâncias aumenta muito rápido, as discordâncias começam a interagir, encruando o material. A tensão cresce muito com a deformação; Estágio III Recuperação Dinâmica A densidade de discordâncias está próxima a de saturação, podendo formar arranjos que minimizem a energia total do sistema (sub-grãos). A tensão cresce menos com a deformação.
24 Policristais σ n II III SÓ POSSUEM OS ESTÁGIOS II E III (em alguns casos apresentam um estágio de comportamento semelhante ao de deslizamento fácil e há estudos sobre estágios IV e V em ensaios em temperaturas elevadas) ε n
25 Arranjos de Discordâncias Estágio II Encruamento Linear Pequeno alívio de tensão Estágio III Encruamento Parabólico (concavidade negativa) Grande alívio de tensão Estrutura Celular Mais atuante em materiais de elevada resistência mecânica Sub-grãos Mais atuante em materiais de elevada ductilidade
26 Dureza Resistência do material à deformação plástica localizada Dureza: Qualitativa: Mohs: Talco: 1; Diamante: 10 Quantitativas: Uso de indentadores, carga aplicada com certa taxa Indentação: profundidade ou diâmetro Testes simples e rápido, não destrutivo, correlacionável com parâmetros de tração e outros
27 Técnicas de Medida de Dureza
28 Escalas de Dureza
29 PROPRIEDADES MECÂNICAS: O ENSAIO DE TRAÇÃO 10 UNIAXIAL 9 8 Al 2 O 3 + Fe, Ti, Cr KAlSi 3 O 8 Ca 3 (PO 4 ) 2 (OH, F, Cl) Al 2 SiO 4 (F,OH) 2
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