PROPRIEDADES MECÂNICAS III Propriedades de tração

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1 INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA PROGRAMA DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS III Propriedades de tração Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima, D. C. SUMÁRIO Regime plástico Propriedades de tração Ensaio real Recuperação elástica Encruamento Etapas de fabricação de um cartucho Etapas de forjamento da manga de um eixo Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

2 Regime plástico Regime plástico u e Escoamento Regime elástico Esboço típico da curva tensãodeformação de engenharia Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Limite de resistência à tração Chamado também de LRT ou u, é a tensão correspondente ao ponto de máxima carga atingida durante o ensaio Para materiais dúcteis, o limite de escoamento é o parâmetro mais usado em projetos, pois no momento em que a tensão correspondente ao u for atingida, a estrutura já terá apresentado uma deformação plástica excessiva Para materiais frágeis, entretanto, u é um critério válido, pois o escoamento é difícil de ser observado Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

3 Tensão PROPRIEDADES DOS MATERIAIS Limite de resistência à tração LRT e Para os polímeros termoplásticos, e é tomado como o valor máximo da curva, imediatamente após a região elástica linear O LRT corresponde ao ponto onde ocorre a fratura, podendo ser Deformação maior ou menor que e Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Empescoçamento Até o limite de resistência à tração toda a deformação é uniforme ( u ) ao longo da parte útil do CP LRT Nos metais, neste ponto, uma pequena constrição, ou pescoço, começa a se formar e confina toda a deformação até a fratura u Este fenômeno é conhecido por empescoçamento Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

4 Empescoçamento Nos polímeros plásticos, na região do pescoço, as cadeias moleculares se orientam, o que leva a um aumento localizado de resistência A deformação plástica prossegue em por todo o CP resultando em um aumento do comprimento do pescoço A tensão de escoamento aumenta pelo aumento da resistência com o alinhamento de cadeias até o limite de resistência Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Empescoçamento Na região do pescoço, as cadeias moleculares se orientam, o que leva a um aumento localizado de resistência Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

5 Empescoçamento Em polímeros semi-cristalinos, o alinhamento dos segmentos de cadeias dobradas e das cadeias de ligação amorfas, com alteração da forma das esferulites, podem ser restauradas por meio de recozimento Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Limite de ruptura Última tensão suportada pelo material antes da fratura; também conhecido por f A carga de fratura é difícil de ser identificada com precisão, por não ser possível interromper a leitura no exato instante da ruptura Taça e cone - dúctil Não é especificada por não caracterizar o material Lisa - frágil Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

6 Limite de ruptura Os materiais cerâmicos raramente são ensaiados em tração e fraturam na região elástica na RT CP cerâmico Ensaio de tração em Al 2 O 3 -YAG Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ductilidade Medida do grau de deformação plástica que foi suportado na fratura Pode ser expressa tanto pelo alongamento percentual quanto pela redução de área percentual (estricção) - Alongamento l l A l Frágil Dúctil l 0 comprimento inicial do CP l comprimento final do CP - Estricção S 0 área inicial do CP S área final do CP S0 S.100 S 0 f f Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

7 Tenacidade Capacidade que o material apresenta de absorver energia até a fratura; é quantificada pelo módulo de tenacidade - U t (N.m/m 3 ) Uma forma de avaliar a tenacidade é considerar a área total sob a curva tensão-deformação pequena tenacidade (cerâmicas) Dúctil: Ut e u f 2 Frágil: Ut 2 e f 3 alta tenacidade (metais) Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Propriedades de alguns metais Material E (GPa) e (MPa) u (MPa) A (%) Al 69 0, Cu 110 0, Aço (1020) 207 0, Ti 407 0, Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

8 Tensão Tensão Tensão % A PROPRIEDADES DOS MATERIAIS Efeito da temperatura baixa T % A alta T LRT e Deformação Temperatura Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Diferenças entre os materiais Frágil Ductilidade moderada Nos materiais frágeis, a fratura ocorre na carga máxima e o e, o LRT e a tensão de fratura são iguais Alta ductilidade Em materiais muito dúcteis, a fratura ocorre em uma tensão menor, após a curva passar por um valor máximo Deformação Materiais com ductilidade moderada podem apresentar fratura após o e Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

9 Tensão PROPRIEDADES DOS MATERIAIS Diferenças entre os materiais Metais Polímeros Termofixos Cerâmicas Termoplásticos Elastômeros Deformação Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Justificativa ENSAIO REAL Os resultados do ensaio convencional são sujeitos a erros pois são baseados na seção inicial do CP (S 0 ) e na parte útil inicial (L 0 ), dimensões que se alteram durante o ensaio Deste modo, foi estabelecido o ensaio de tração real, que se baseia nos valores instantâneos de seção do CP e de medida do alongamento; nada mais é do que o ensaio convencional corrigido As propriedades mecânicas são especificadas por meio do ensaio convencional; o ensaio real é mais trabalhoso e geralmente é mais usado em trabalhos de pesquisa Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

10 ENSAIO REAL Tensão e deformação verdadeira r P S - r - tensão verdadeira (Pa) - S seção transversal instantânea (m 2 ) r ln l l 0 - r - deformação verdadeira - l comprimento instantâneo (m) Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 ENSAIO REAL Correlação Os valores podem ser determinados por meio da tensão e da deformação de engenharia ( 1 ) r ln( 1 ) r Mas estas relações são válidas somente até o pescoço (elongação uniforme) Após este ponto, ambas devem ser computadas a partir de medições reais verdadeira engenharia corrigida Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

11 RECUPERAÇÃO ELÁSTICA Comportamento Com a remoção da carga durante o ensaio, uma parcela da deformação é recuperada como deformação elástica Elástico Elástico+Plástico A curva segue uma trajetória com inclinação paralela à região linear inicial (igual ao E) e p Permanente (plástico) após descarga e e Deformação plástica Recuperação elástica Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 RECUPERAÇÃO ELÁSTICA Comportamento Se a carga for reaplicada, a curva irá percorrer o mesmo trajeto e2 No entanto, o escoamento ocorrerá em um valor de tensão maior e1 Descarga Isso indica que o metal se tornou mais resistente, ou que sofreu encruamento Reaplicação da carga Recuperação elástica Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

12 Generalidades ENCRUAMENTO Fenômeno pelo qual um metal se torna mais duro e resistente quando submetido a uma deformação plástica Como a maioria dos metais encrua à temperatura ambiente, também é chamado de trabalho a frio Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 ENCRUAMENTO Interação das discordâncias REPULSÃO A densidade de discordâncias aumenta com a deformação plástica, pela multiplicação ou formação de novas compressão REPULSÃO ATRAÇÃO tração Na média, as interações entre ATRAÇÃO as discordâncias são repulsivas; com isto, à medida que a densidade de discordâncias aumenta, a resistência ao seu movimento também aumenta Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

13 Tensão verdadeira PROPRIEDADES DOS MATERIAIS ENCRUAMENTO Interação das discordâncias Desta forma, para a movimentação das discordâncias, há necessidade de aplicação de tensões crescentes Assim, o encruamento implica em aumento de resistência, mas em queda da ductilidade Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 ENCRUAMENTO Coeficiente de encruamento Para alguns metais e ligas, a região da curva real desde o início da deformação plástica até o empescoçamento pode ser aproximada pela relação: n alto n baixo n r k r Onde: K é o coeficiente de resistência; n, o coeficiente de encruamento Deformação verdadeira Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

14 ENCRUAMENTO Coeficiente de encruamento Essas constantes dependem do histórico de processamento do material (deformação, tratamento térmico, dentre outros) Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 ENCRUAMENTO Sensibilidade ao encruamento Quanto mais se deforma plasticamente um metal, maior o seu endurecimento; assim, é necessária a aplicação de tensões maiores para o seu prosseguimento A sensibilidade de um metal ao encruamento é dado pelo coeficiente n; quanto maior a sua magnitude, maior o encruamento com uma dada deformação plástica Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15

15 Processos de conformação O encruamento é usado para melhorar as propriedades mecânicas durante um processo de fabricação, aliado ao recozimento ENCRUAMENTO A base de muitas técnicas de fabricação consiste em aplicar uma tensão que exceda o limite de escoamento do material, que simultaneamente tem as suas dimensões alteradas Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 REFERÊNCIAS Estudo principal - Livro texto Capítulo 6 Propriedades mecânicas dos metais Itens 6.6 a 6.8 Capítulo 15 Aplicações e o Processamento dos Polímeros, 15.2 Estudo complementar - Livro texto Itens restantes do Capítulo 6 - A. Garcia, J.A. Spim & C.A. dos Santos, Ensaios dos Materiais, LTC Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., Rio de Janeiro, RJ, S.A. de Souza, Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos, Ed. Edgard Blucher Ltda, São Paulo, SP, 1982 Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima de 30 Ten Cel Sousa Lima de 15