Trabalho de Mecânica dos Materiais

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1 Instituto Politécnico de Bragança Escola Superior de Tecnologia e Gestão Trabalho de Mecânica dos Materiais Data: 05/11/2002 Trabalho elaborado por: Cláudio Veloso e Silva nº Paulino Pereira Lourenço nº º Ano, Eng.Mecânica 1

2 Índice: Definições...pág 2 Objectivos...pág 3 Introdução...pág 4 Fundamentos teóricos do ensaio de tracção...pág 5 Provete...pág 5 Tipos de provetes...pág 6 Execução do ensaio...pág 6 Variação das dimensões durante o ensaio...pág 8 Resultados obtidos durante o ensaio...pág 9 Cálculos do ensaio...pág 10 Tabela de resultados...pág 12 Média de resultados...pág 12 Análise crítica...pág 12 Bibliografia...pág 14 2

3 Definições: L 0 = Distancia onde é aplicado o extensómetro L C = Distancia entre raios tirada a partir da formula: Lc=L0+1.5* Ai Lt = Distancia total do provete L = Largura superior l = Largura inferior Z = Espessura 3

4 Objectivos: Os objectivos do trabalho são: Dimensionar e desenhar o provete segundo a norma portuguesa (NP EN ) Proceder ao ensaio de tracção. Calcular as tensões, força e deformação do provete. Determinar o tipo de aço e os seus constituintes. Comparar os resultados obtidos com os restantes grupos envolvidos. 4

5 Introdução: Este trabalho tem como objectivo analisar e estudar as propriedades mecânicas dos materiais. Para tal, utilizamos um provete de aço retirado de uma viga I,(Imagem1) com a forma retangular, ao qual aplicamos um ensaio de tracção. Assim vamos poder analisar o comportamento deste tipo de material, quando sujeito a este ensaio. Este ensaio foi executado segundo a norma NP EN Os ensaios mecânicos permitem demonstrar o comportamento dos materiais quando solicitados por diversos tipos de esforços, como por exemplo: tracção, compressão, corte, torção e flexão. Neste trabalho vamos aprofundar um tipo de ensaio em especifico: ensaio de tracção. Na indústria este tipo de ensaios torna-se muito útil, porque permite uma boa selecção dos materiais a usar na sua aplicação corrente. Este é considerado um ensaio destrutivo, uma vez que o objectivo é levar o provete a ponto de ruptura, como consequência o provete ensaiado fica inutilizado. Após o ensaio iremos comparar dados obtidos durante o mesmo, com valores tabelados de modo a identificar o material constituinte do provete. Iremos abordar alguns aspectos teóricos relacionados com o ensaio, recorrendo a algumas imagens do mesmo. A análise crítica passa pela comparação dos resultados obtidos com os dos restantes grupos. 5

6 Fundamentos teóricos Ensaio de tracção Existe um vasto leque de ensaios mecânicos, a sua escolha depende da propriedade mecânica que desejamos determinar, da utilização a dar ao material e das especificações a que o produto deve obedecer. Como já referimos anteriormente, o ensaio que vamos utilizar é o ensaio de tracção, uma vez que pode quantificar as propriedades mecânicas dos materiais, para uma utilização adequada, de forma a obtermos o controlo de qualidade. O ensaio de tracção é o mais universal visto oferecer uma grande facilidade de execução e reprodutibilidade dos resultados. Para o procedimento deste é necessário um provete devidamente normalizado (NP EN ), de geometria adequada, sobre o qual se irá efetuar um ensaio de tracção uniaxial continuamente crescente, até a ruptura, com a finalidade de determinar uma ou varias características do material. Os ensaios devem ser efectuados á temperatura ambiente entre 10ºC e 35ºC. Os ensaios sob condições controladas devem realizar-se a 23ºC aproximadamente. Provete A forma e dimensões dos provetes dependem da forma e das dimensões dos produtos metálicos cujas características mecânicas se pretendem determinar. O provete é geralmente obtido por maquinagem, a partir de uma amostra retirada do material ou obtida por prensagem ou fundição. Neste caso foi retirada de uma viga I, (Imagem1) e posteriormente maquinado com as medidas respectivas segundo a norma, pois estes devem apresentar uma zona curva de concordância entre as respectivas cabeças de amarração e a zona útil, sempre que a secção desta tenha dimensões diferentes. As dimensões desta zona de concordância são importantes e é recomendável que sejam definidas nas normas de qualidade do produto. As cabeças de amarração podem ter qualquer forma, desde que adaptáveis aos dispositivos de fixação da máquina de ensaio. O provete utilizado, neste ensaio será de secção retangular, obtido por maquinagem, o qual podemos visualizar abaixo na imagem 2. Então o nosso provete vai ficar com as seguintes medidas: (Fig.1). 6

7 Imagem1 - Viga em I. Fig.1 Cotagem do Provete. Imagem 2 Provete. Tipos de provetes: Os principais tipos de provetes são definidos, pela forma e tipo de produto. Outros tipos de provetes poderão estar previstos na norma NP EN ou serem estabelecidos por acordo. Execução do ensaio Para a execução do ensaio, foi necessário calibrar a máquina e programar o software que opera com a máquina de ensaios universal, (Imagem 3). 7

8 Imagem 3 Máquina de ensaios universal. Esta programação consistiu na introdução de dados que definem as condições para a realização do ensaio segundo a norma NP EN A máquina possui prensas que dispõem de dois travessões, um deles fixo e o outro móvel, travessões onde são solidarizados os provetes através de maxilas. Após a calibração e programação da instrumentação necessária para o devido ensaio, colocou-se o provete nos mortentes, apertando-os manualmente. Seguidamente, aplicou-se o extensómetro no provete. (Imagem 4) Imagem 4 Aplicação do provete na máquina para o ensaio. O extensómetro informa-nos da percentagem do alongamento, designando-se esta deformação por deformação extensométrica. A principal função do extensómetro neste ensaio foi a de obtermos o módulo de elasticidade do material. Após toda esta preparação, demos início ao ensaio propriamente dito, alguns momentos após o início do ensaio, é-nos dada informação pelo computador para a retirada do extensómetro, visto ser necessário a sua extracção antes da rotura do provete para evitar a sua danificação. O computador cedeu-nos essa informação, após a entrada do material no domínio plástico. Através do painel de controlo, (Imagem 5),verificamos que à medida que a carga aumenta, aumenta também a deformação, até atingir o valor de KN. Neste momento já era visível a deformação no próprio provete, (Imagem 6). 8

9 Imagem.5 - Painel de controlo. Imagem 6 - Provete em deformação. Posteriormente, notamos através do painel de controlo, uma diminuição da carga, no entanto, a deformação continuava, o que nos levou a concluir que o material tinha atingido a zona de extricção, (deformação total), (Imagem 7). Imagem 7 Deformação total do provete. Variação das dimensões durante o ensaio Como já referimos anteriormente, o provete dispunha de dimensões estabelecidas pela norma NP EN Ao longo do ensaio, o provete foi sofrendo deformações, até atingir o ponto de rotura, também referido anteriormente. Para um melhor esclarecimento destas alterações sofridas ao longo do ensaio, apresentamos a seguinte tabela, (Tab.1), onde podemos comparar as dimensões, antes e após o ensaio. 9

10 Antes do ensaio Após o ensaio Comprimento (mm) Lt ,01* Largura Superior(mm) L 50 * 1 Largura inferior (mm) l Espessura (mm) Z Tab. 1 Dimensões antes e após o ensaio. * Esta medida, é obtida por aproximação, uma vez que o provete fica muito danificado e não é possível determinar uma medida exacta, ver imagem 8. * 1 Através deste ensaio não se verificou a alteração desta medida. Imagem 8 Provete após o ensaio. Resultados obtidos durante o ensaio Gráfico nº1 - Tensão vs Extensão 10

11 Gráfico nº2 - Força vs Deslocamento Alongamento Força Tensão Deformação Tensão Módulo de à força máxima máxima máxima de elasticidade máxima (KN) (Mpa) cedência (Mpa) (mm) (Mpa) ,89672E-3 498, Cálculos do ensaio Através dos gráficos e tabelas que nos foram fornecidas pelo equipamento informático da máquina de ensaios universais, pudemos chegar aos seguintes valores: Área da secção quadrangular do provete (A): A= 4.4 x 33 = 0.145E-3mm Módulo de elasticidade (E): E= Mpa Tensão de cedência (σced.): σcedência= Mpa 11

12 Tensão de ruptura (σrot): σruptura= Mpa Tensão máxima (σmáx): σmáxima= Mpa Força de ruptura (Frot): Fruptura=σruptura x A Fruptura = x 0.145E-3 = KN Força máxima (Fmax): Fmáxima= σmáxima x A = x 0.145E-3 = KN Deformação de ruptura (ε): εruptura= σruptura/e = / = E-3 Deformação máxima (ε): εmax=σmáxima/e = / = E-3 12

13 Tabela de resultados: Grupos Paulino Lourenço / Cláudio Silva Bruno Santos Nuno Carvalho / Tiago Pinto Alongamento á força máxima (mm) Força máxima (KN) Tensão máxima (Mpa) Deformação máxima Tensão de cedência (Mpa) Módulo de elasticidade (Mpa) 13,790 83, ,656 2,89672E-3 498, ,000 14,0 84, ,690 2,85E-3 490, ,079 14,650 81, ,533 2,647E-3 476, ,922 Média de resultados: Alongamento Força Tensão Deformação Tensão Modulo de a força máxima máxima máxima de elasticidade máxima (KN) (Mpa) cadência (Mpa) (mm) (Mpa) Medias: 14, , ,293 2,798E-3 488, ,334 Análise Crítica: Através da comparação dos resultados obtidos, com os dos outros grupos, podemos verificar que os valores atingidos são muito idênticos, havendo alguma discrepância devido aos acabamentos dos provetes, aos arredondamentos feitos pelos grupos e à exactidão por defeito do programa (software). Quanto a fractura do provete, podemos dizer que o provete sofreu uma fractura dúctil: Extricção do provete, seguida do aparecimento de cavidades no interior da zona traccionada, essas cavidades vão dar origem a uma fissura dentro do provete, a qual 13

14 se propaga em direcção à superfície do provete segundo uma direcção perpendicular à tensão aplicada. Quando perto da superfície, a fissura muda de direcção propagando-se segundo uma direcção de 45º com o eixo da tracção. Com os valores obtidos e consulta de alguma bibliografia, podemos afirmar, ainda que com alguma margem de erro, que o aço constituinte do provete analisado, se trata de um aço do tipo: Aço ITE 100 Com a seguinte constituição: 0,130%C 0,620 %Mg 0,229%Si 0,005%P 0,03%Fé 0,0248%S Para conhecer melhor as características deste aço, seria necessário repetir mais vezes este ensaio, uma vez que obteríamos resultados mais precisos. Assim chegaríamos a resultados mais precisos relativamente às características do aço em estudo. 14

15 Bibliografia: - J. P. Davim, A. P. Magalhães,Ensaios Mecânicos e Tecnológicos, Estante Editora. - Apontamentos de, 2º ano, 1º semestre,