Material para Produção Industrial. Ensaio de Compressão. Prof.: Sidney Melo 8 Período

Transcrição

1 Material para Produção Industrial Ensaio de Compressão Prof.: Sidney Melo 8 Período 1

2 Embora em alguns textos se trate o comportamento na compressão pelos parâmetros do ensaio de tração (e.g. na aplicação de critérios de falha projeto), a resposta dos materiais, quando submetidos à compressão, é substancialmente diferente. O conhecimento de tal comportamento é de fundamental importância, especialmente nos projetos envolvendo deformação plástica. 2

3 O teste de compressão para metais não é tão utilizado quanto o de tração, devido a dificuldades geradas pelo atrito entre o corpo de prova e a máquina de teste, possibilidade de flambagem durante o ensaio e outros fatores de erro que facilmente invalidariam os resultados. Entretanto se controlados os fatores citados é possível realizar com êxito o teste de compressão. São usualmente testados em compressão os seguintes materiais: concreto, cerâmicas, metais, plásticos e compostos. 3

4 Descrição do Ensaio No teste de compressão o corpo de prova é testado pela aplicação de uma carga axial compressiva, e construído o diagrama tensão deformação, semelhantemente ao procedimento do ensaio de tração. As mesmas máquinas do ensaio de tração são utilizadas para o ensaio de compressão, apenas alterando as condições de fixação do corpo de prova na máquina. 4

5 O corpo de prova tem usualmente a forma cilíndrica, com relação comprimento/diâmetro (L/D) entre 2 e 8 (em casos excepcionais a relação pode ser 1 caso de teste de metal para mancais). O comprimento não deve ser muito grande para evitar efeitos indesejáveis de flambagem, nem muito pequeno pois o atrito nas superfícies de contato com a máquina de ensaio poderá prejudicar a validade dos resultados. A apresentação dos resultados dos testes deve sempre especificar a relação L/D. 5

6 Cuidados Especiais O comprimento útil, sobre os quais se fazem as medições, deve estar afastado das superfícies de contato com a máquina de ensaio em pelo menos um valor do diâmetro do corpo de prova. É recomendável que o comprimento útil esteja centrado em relação ao centro geométrico do corpo de prova. Para evitar danos na superfície das placas da máquina de ensaio é indicada a colocação de chapas finas de aço entre as placas e o corpo de prova. 6

7 Compressão em Metais Dúcteis e Frágeis Materiais dúcteis e materiais frágeis, especificamente metais, comportamse diferentemente no ensaio de compressão. Enquanto os metais frágeis rompem praticamente sem fase elástica, os metais dúcteis sofrem grande deformação na fase plástica, às vezes sem atingir a ruptura. Abaixo se descreve o comportamento de cada tipo de metal. 7

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9 Compressão em Metais Dúcteis Para os metais dúcteis é possível determinar com precisão as propriedades para a zona elástica. Já na zona plástica a deformação aumenta a área da seção transversal (com redução do comprimento), aumentando a resistência do corpo de prova, isto é, a tensão real instantânea diminui e o corpo pode ser achatado até o formato de um disco, sem que ocorra ruptura. 9

10 Medir o comportamento do fluxo plástico e o limite de fratura requer condições de teste livres de atrito (compressão homogênea). Para a medição do limite da fratura dúctil entretanto, tira-se vantagem da formação do barril e das deformações e tensões controladas no equador da superfície barril quando o teste é conduzido com fricção (sem lubrificação). 10

11 As propriedades mais medidas nos ensaios comuns são os limites de proporcionalidade e escoamento (ou 0,2%) e o módulo de elasticidade. A tensão de ruptura depende da geometria do corpo de prova e das condições de lubrificação, portanto não é comparável com resultados obtidos de outra forma. Em conseqüência, o limite de resistência não pode ser especificado como propriedade do material testado. 11

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13 O comprimento útil para a medição das deformações deve estar afastado das superfícies de contato do corpo de prova com a máquina de ensaio. O valor recomendável é de 1 diâmetro para o afastamento. O comprimento útil deve estar centrado em relação ao centro do corpo de prova. As relações L/D para os materiais dúcteis ficam usualmente entre 3 e 8. Valores típicos obtidos nos ensaios de tração e de compressão são mostrados na tabela abaixo, para alguns aços. Vale observar que os valores das tensões LP e LC na compressão são em geral maiores do que as correspondentes na tração. 13

14 Valores das propriedades obtidas nos ensaios de tração e compressão para alguns aços 14

15 Compressão em Metais Frágeis O teste axial de compressão também e útil para a medição das propriedades elásticas e de fratura compressiva de materiais frágeis ou de baixa ductilidade. Para os metais frágeis a fase elástica é muito pequena, comprometendo a determinação precisa das propriedades para esta fase. 15

16 A fratura é influenciada pelas dimensões do corpo de prova. Como no caso de materiais dúcteis a relação L/D usada nos testes deve acompanhar o relatório de resultados. Para ferros fundidos a relação L/D fica entre 2 e 3. A propriedade mais importante para os metais de baixa ductilidade como o ferro fundido é o limite de resistência. O limite de resistência à compressão é calculado pela relação entre a carga máxima no teste e a área da seção transversal original do corpo. O limite de resistência á compressão para materiais frágeis é aproximadamente 8 vezes maior do que o limite correspondente obtido no ensaio de tração. 16

17 A figura abaixo ilustra os possíveis modos de deformação no teste de compressão, a saber : (a) Flambagem, quando L/D > 5 (b) Cisalhamento, quando L/D > 2.5 (c) Barril duplo, quando L/D > 2.0 (d) Barril, quando L/D > 2.0 e há fricção nas superfícies de contato (e) Compressão homogênea, quando L/D < 2.0 e não existe fricção nas superfícies de contato (f) Instabilidade compressiva devido ao amolecimento do material por efeito de carga. 17

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19 Em geral procura-se um modo de deformação próximo ao ideal, ou seja, sem fricção. Porém, na prática, o atrito sempre estará presente. Neste caso a ocorrência do efeito barril deve ser esperada para materiais dúcteis. A flambagem, o cisalhamento e a instabilidade devem ser evitados. 19

20 Na verdade os fatores atrito e relação L/D atuam conjuntamente, tanto no modo como nos valores da deformação. A figura a seguir ilustra a influência conjunta dos fatores citados no ensaio de compressão. Podese ver a curva correspondente à compressão sem fricção (compressão homogênea) e com níveis crescentes de fricção e redução da relação L/D. 20

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22 Ademais o ensaio é influenciado por outros fatores como a taxa de deformação, especialmente quando se deseja estabelecer propriedades do material em altas temperaturas. 22

23 As fórmulas para cálculo da tensão, da deformação e do módulo de elasticidade são semelhantes às que já foram demonstradas em aulas anteriores para a tensão de tração. Por isso, serão mostradas de maneira resumida, no quadro a seguir. 23

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25 Exemplo Um corpo de prova de aço com diâmetro d = 20 mm e comprimento L = 60 mm será submetido a um ensaio de compressão. Se for aplicada uma força F de N, qual a tensão absorvida pelo corpo de prova (T) e qual a deformação do mesmo (e)? O módulo de elasticidade do aço (E) é igual a MPa. 25

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