ENSAIO DE TRAÇÃO EM-641

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1 ENSAIO DE TRAÇÃO

2 DEFINIÇÃO: Aplicação de uma carga uniaxial de tração em um CP geralmente cilíndrico e maciço; Mede-se a variação comprimento como função da aplicação da carga ; Fornece dados quantitativos e é o mais amplamente utilizado; Sofre influência: T, V, anisotropia, microestrutura, tratamento térmico, ambiente. MÁQUINA DE ENSAIO: Pode ser mecânica ou hidráulica, com uma parte fixa e outra móvel, responsável pela aplicação de carga trativa uniaxial. Registra-se σ (tensão) em função de (deformação). P S o lo P

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4 CORPO DE PROVA: geralmente barra cilíndrica; comprimento lo e diâmetro do; R 10 62,5 ±0,1 R 12,5 50 ±0, ±0, ±0,2 75 d 57 e ELEMENTOS DE CÁLCULO: Carga Tensão Convencional : σ c = P S 0 [Pa] Alongamento Deformação Convencional : c = lf l l 0 = l l N/m 2 = Pa = 10 kgf / mm 2 > 1MPa= 10 6 N / m 2 = 1N/mm 2

5 Gráfico Tensão x Deformação

6 RESULTADOS DO ENSAIO: P [N ] σ [Pa ] Resultados de P x L são transformados em gráficos de σ x α tg α = E CURVA DE ENGENHARIA (área inicial) PROPRIEDADES OBTIDAS: L [m] Dentro do Campo Elástico: σ é proporcional a (Lei de Hooke) Equação da elasticidade de uma mola : P = k. x σ = E. (E) Módulo M de Elasticidade : E σ = = Pl. S. 0 0 l (ou Módulo de Young) (σ e ) Limite de Elasticidade: Máxima tensão sem apresentar deformação permanente (σ P ) Limite de Proporcionalidade: Tensão no ponto final da linearidade no gráfico

7 Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young: σ Aço (A) indica a rigidez do material quanto maior E, maior a rigidez do material É função das forças de ligação interatômicas quanto maior E maior a T F Maiores E : cerâmicos > metais > polímeros Maiores E : covalentes > iônicas> metálicas Menores E para T elevadas 210 MPa A = 0,001 B = 0,003 Alumínio (B) σ

8 Procedimento para Determinação do Módulo de Elasticidade ( E ): Para materiais com comportamento linear: Método do Descarregamento dentro da região elástica Para materiais sem comportamento linear: Método da Tangente ou Método M da Secante Melhor utilizar histerese mecânica

9 Relação entre temperatura de fusão e módulo de elasticidade dos metais Metal Chumbo (Pb) Magnésio (Mg) Alumínio (Al) Prata (Ag) Ouro (Au) Cobre (Cu) Níquel (Ni) Ferro (Fe) Molibdênio (Mo) Tungstênio (W) TF (ºC) Módulo de Elasticidade (MPa)

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11 Medidas Alternativas do Módulo de Elasticidade: Método mais preciso de medida > utiliza a técnica do ultra-som Velocidade do som no material : V L = E ρ 1 2 (ultra-som) Efeito termo-el elástíco : T = V. α.e.t c (histerese mecânica) σ I σ A σ 1 A I Isotérmico Adiabático σ 1 B C I 0 A ( A ) 0 ( B )

12 (ν)) Coeficiente de Poisson : Rigidez a uma direção perpendicular à de aplicação do esforço ( x, y, z no campo elástico stico) σ z ν = x z = y z z y Para metais : 0,25 a 0,35 Para cerâmicos : 0,20 a 0,30 Para polímeros : 0,30 a 0,50 x σ z (G) Módulo M de Elasticidade Transversal : τ G = cis γ G = 2. E ( 1 + ν) Relação entre E longitudinal (tração) e G transversal (torção) : G 0,4 E

13 Questão Concurso Petrobrás Um engenheiro necessita especificar um material metálico que tenha a menor variação possível de volume quando submetido exclusivamente, a um estado uniaxial de tensão. Em seu levantamento inicial para alguns materiais, obteve as seguintes propriedades: Material Coef. Poisson E MPa T fusão σp MPa Al 0, Cu 0, Ni 0, Ag 0, W 0, Supondo que todos os materiais sejam submetidos à mesma deformação axial e com base nos dados apresentados, o material que sofre a menor variação em seu volume é: (A) alumínio. (B) cobre. (C) níquel. (D) prata. (E) tungstênio.

14 (U Rt ) Módulo M de Resiliência : Comportamento do material no campo elástico (integral da área no gráfico no campo elástico stico) U r = p σ.d 0 = p E..d 0 = 2 p E 2 = σ 2 p 2E energia absorvida dentro do campo elástico Fundamental para projetos de molas Pode ser calculado pela ½ área triângulo (A = b.h / 2) U r = e. σ 2 e e como e = σ E e

15 Região de Escoamento (σ e ) Limite de Escoamento : Envolve mecanismo de movimentação de discordâncias Pode ser nítido ou não no gráfico Grandes deformações para mesma tensão Em casos nítidos o limite de escoamento é valor máximo da tensão na região de escoamento Quando não nítido, utiliza-se da convenção de um deformação padrão Metais e ligas em geral : n = 0,2 % ( = 0,002) Cobre e suas ligas: n = 0,5 % ( = 0,005) Ligas metálicas duras: n = 0,1 % ( = 0,001) Cerâmicos : n = 0,1 % ( = 0,001)

16 Procedimento para Determinação do Limite de Escoamento ( σ e ):

17 Dentro do Campo Plástico: σ não é proporcional a Corresponde a quebra e formação de novas ligações interatômicas Envolve movimentação de discordâncias e escorregamento de planos Caracterizado pelo Encruamento Uniforme e Não-Uniforme (σ u ) Limite de Resistência à Tração : Tensão correspondente ao ponto de máxima carga no ensaio (σ f ) Limite de Ruptura : Tensão correspondente ao ponto de fratura do CP l = l f l ( L)) Alongamento : 0 (ϕ) Coeficiente de Estricção : Encruamento em Metais: ϕ= S 0 S S 0 f Aumento da resistência do metal em função do processo de deformação permanente. Esse fenômeno ocorre em função da interação entre discordâncias e das suas interações com outros obstáculos, como solutos, contornos de grãos, etc, que impedem a livre movimentação das discordâncias e escorregamento dos planos. Envolve aumento na densidade de discordâncias.

18 Formação do pescoço nos diferentes materiais: Metais Polímeros

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20 (U Tt Ensaio de Tração Tt ) Módulo M de Tenacidade: Capacidade de absorção de energia até a fratura (área total no gráfico fico) Área de um retângulo σ Material Dúctil U t = σ e + σ 2 u f 0 f (A) σ Fundamental para projetos com deformação plástica Material Frágil U t = 2 3 σ u f Ex: carrocerias autos, guard-rail 0 f (B)

21 PROCEDIMENTO DE ENSAIO: Metais» Norma técnica ABNT 6152 ou ASTM E 8M» Fixação do CP» Comprimento útil» Deformação» Leitura de P e L»Defeitos» Velocidade de ensaio» Dados de relatório: identificação CP dimensões do CP R 10 direção de laminação número de CP velocidade de aplicação da carga localização da fratura aspecto da fratura 62,5 ±0, ±0, σ R 12,5 d u = 4 i= 1 ( σ ) 4 u i S = 50 ±0, ±0, i= 1 (( σ ) σ ) u i 4 1 Resultado do ensaio por: σ u ± S [ MPa] u 2 e

22 INFORMAÇÕES ADICIONAIS: Influência da Temperatura: T = Resistência Ductilidade Metais: Liga de Ni-Cr-Mo ---- colunar equiaxial

23 Adição de Elementos de Liga: Função do tipo de soluto (intersticial ou substitucional) e do raio atômico Raio atômico Raio atômico (A) (A) Fe 1,241 Cu 1,278 Mn 1,12 (-10,8%) Sn 1,509 (+18%) Mo 1,36 (+9,5%) Zn 1,332 (+4,2%) Cr 1,249 (+0,6%)

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26 Questão Concurso Petrobrás Marque a opção que apresenta as características dos aços de alta resistência e baixa liga, em relação ao teor de carbono e à resistência à corrosão, em comparação com os aços comuns com baixo teor de carbono. A B C Teor de C baixo baixo médio Resistência Corrosão menor maior menor D alto menor E alto maior

27 Influência do Encruamento ou Trabalho a Frio:

28 Influência do Tamanho de Grão Cristalino: Refinadores de grão para Al e ligas Liga Al 4,5% Cu

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30 Influência do Espaçamento amento Dendrítico : σ x λ Al-4,5%Cu λ 2 Limite de Resistência à Tração (MPa) Experimental σ u = 56, * (1/λ 1 ) 0,5 λ ,05 0,06 0,07 0,08 0,09 1/(λ 1 ) 0,5 (µm) -0,5

31 FRATURA: Monocristal separação física em 2 ou mais partes envolve em Nucleação, Crescimento e Propagação da trinca classificada em Fratura Dúctil e Fratura Frágil Tipos de Fraturas sob Tração: Frágil (clivagem) Dúctil ( A ) frágil ( B ) dúctil

32 Frágil (clivagem) Dúctil Plano 45 0 intergranular transgranular

33 PROCEDIMENTO DE ENSAIO: Polímeros» Norma técnica ASTM D 638 Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics.» Fixação do CP (construção de dispositivos especiais)» Comprimento útil» Deformação» Leitura de P e L» Defeitos» Velocidade de ensaio» Dados de relatório: identificação CP dimensões do CP direção das fibras número de CP velocidade de aplicação da carga localização da fratura aspecto da fratura Determinação de σ e e σ u

34 Polímeros Podem apresentar comportamentos: Frágil Dúctil Elástico Cerâmicos Geralmente apresentam comportamento: Frágil

35 Polímeros: Acrílico

36 Curvas Características do Ensaio Convencional para Alguns Materiais:

37 CURVA REAL (área instantânea) σ A U F Real Convencional Tensão Real : Deformação Real : σ r = r P S l dl = lo = l ln l l o 0 Relações entre Tensões e Deformações Reais e Convencionais: Deformação: d r = d l l S S.l = S0.l 0 = constante dl ds ds = d = l S 0 So S Sdl + lds = 0 S r = ln 0 S c = l l0 = l l0 1 l l0 S l = 1+ c r = ln 0 = ln S l0 r = ln( 1 + c ) S Tensão: ln 0 r = = ln(1 + c) S S0 P P S = σ r = = (1 + c) σr = σc( 1+ c) 1+ c S S0

38 Tensão Real e Deformação Real nos Campos Elástico e Plástico : na região elástica (0A): na região plástica (AU): σ σ r r = E. = k. r n r k = coeficiente de resistência : associado ao nível de resistência que o material pode suportar [Pa] n = coeficiente de encruamento : capacidade com que o material distribui a deformação σ K Determinação de k θ logσ = logk + n log n = tg θ 1,0 r

39 Determinação de n n n 1 n P = Skr dp = k(snr dr + r ds) ds d = n 1 n dp = k(sn d S d ) S r r r r n ru 1 n ru n = r n = u n = o : material idealmente plástico

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