Prof. Engº Marcos A. Gasparin dos Santos Email: m.gasparin@globo.com Departamento de Mecânica/Mecatrônica Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza ETEC JORGE STREET 1
ÍTENS ENSAIOS TECNOLÓGICOS BASE TECNOLÓGICAS 1 Introdução aos Ensaios Mecânicos de Materiais 2 Ensaios Destrutivos: Tração, Compressão, Cisalhamento, Dureza, Impacto, Flexão, Dobramento, Embutimento, Fadiga. 3 Ensaios Não Destrutivos: Líquidos Penetrantes, Partículas Magnéticas, Raio X, Ultra-Som. 4 Relatórios Técnicos de Ensaios Mecânicos de Materiais 5 Ordenamento Técnico, Normas Técnicas, manuais e catálogos. 2
DATA CRONOGRAMA DE AULAS 15/02 Apresentação da Matéria e Metodologia de Ensino, Introdução de Ensaios Mecânicos de Materiais; 22/02 Propriedades Mecânicas dos Materiais, Ensaios Mecânicos, noções sobre normas, tipos de Ensaios, Gráfico Tensão x Deformação; 29/02 Ensaios Destrutivos de: Tração 07/03 Ensaios Destrutivos de: Tração 14/03 Ensaios Destrutivos de: Laboratório 21/03 Ensaios Destrutivos de: Compressão e Torção 28/03 Ensaios Destrutivos de: Compressão e Torção 04/04 Prova 11/04 Resultado Prova, Ensaio Destrutivo: Cisalhamento, Impacto e Flexão 3
DATA CRONOGRAMA DE AULAS 18/04 Ensaio Destrutivo: Cisalhamento, Impacto e Flexão 25/04 Ensaios Destrutivos de: Embutimento e fadiga 02/05 Ensaios Destrutivos de: Dureza 09/05 Ensaios Destrutivos de: Dureza 16/05 Ensaios Destrutivos: Laboratório 23/05 Ensaios Não destrutivos: Líquidos Penetrantes, Partículas Magnéticas, Raio X e Ultrassom 30/05 Ensaios Não destrutivos: Líquidos Penetrantes, Partículas Magnéticas, Raio X e Ultrassom 06/06 Ensaios Não destrutivos: Líquidos Penetrantes, Partículas Magnéticas, Raio X e Ultrassom; 13/06 Relatórios Técnicos de Ensaios Mecânicos de Materiais, Ordenamento Técnico, normas e catálogos. 20/06 Prova 4
Metodologia de Aula Aulas serão expositivas através de projetor; Material será disponibilizado para os alunos através da sala virtual. Teremos 2(duas) provas durante o semestre, questões dissertativas. No fim de cada conjunto de Slides terão questões dissertativas a serem entregues na aula subseqüente ao professor, como atividade. 5
Bibliografia: Ensaio Mecânico de Materiais Metálicos Ed. Blücher 5ª Edição Sergio Augusto de Souza; Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comum Ed. Edgard Blücher - Hubertus Copaert; Ciência e Engenharia de Materiais uma Introdução,Willian D.Callister,Jr. - LTC - 5.edição 6
2.1.1 Cuidados com os Resultados dos Ensaios Temos alguns cuidados com os resultados dos ensaios mecânicos, como segue: a) Com pequenas deformações, pode ser conseguir uma precisão maior na tensão do que quando são atingidas grandes deformações do material; uma função deformação x tensão. 7
b) O Corpo de Prova mal posicionado ou alinhado, podem levar a falsos leituras das deformações para uma mesma carga aplicada; c) A velocidade de ensaio é muito importante e dela dependem alguns resultados de propriedades mecânicas. A velocidade de ensaio é estabelecida pelas diferentes Associações de Normas Técnicas, dependem também da máquina que se está usando, normalmente é 1 Kgf/mm² por segundo. 8
2.2) TENSÃO E DEFORMAÇÃO NA TRAÇÃO A definição de Tensão é genericamente como a resistência interna de um corpo de prova a uma força externa aplicada sobre ele, por unidade de área(kgf/mm²). A definição de Deformação é definida como a variação de uma dimensão qualquer desse corpo de prova(cp) por unidade da mesma dimensão, quando este CP é submetido a um esforço qualquer. 9
A) Tensão: Considerando-se uma barra cilíndrica que sofre um esforço de tração, figura 6 ao lado. Onde: A ou S: área da secção transversal; Fn ou Q: força de tração ou força normal de tração; σ Tensão normal 10
A força de tração é aplicada a secção transversal da barra e coincidente com seu eixo longitudinal, a tensão média de tração σ, produzida na barra é dada por: 11
A anisotropia inerente aos grãos de um metal poli-cristalino impede uma completa uniformidade da tensão num tamanho macroscópico. A própria estrutura interna do metal ou liga metálica produz uma união não uniformidade em escala microscópica. 12
B) Deformação: Com a aplicação da tensão σ, a barra sofre uma deformação ε. A carga Q, produz um aumento da distância Lo, de um valor, L. L= L - Lo 13
A deformação média é dada por: 14
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2.3) PROPRIEDADES MECÂNICAS OBTIDAS PELO ENSAIO DE TRAÇÃO Quando um corpo de prova metálico é submetido a um ensaio de tração, pode-se construir um gráfico tensão x deformação, pelas medidas diretas da carga ou tensão e da deformação, que crescem continuamente até quase o fim do ensaio. 16
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2.3.1) LEI DE HOOKE Percebe-se que o diagrama inicialmente é linear e é representado por: σ = E. ε onde: σ = tensão (N/mm² ou Kgf/mm²) E = Módulo de Elasticidade (N/mm² ou Mpa Mega Pascal) ε = deformação 22
A linearidade do diagrama termina num ponto A, denominado Limite Elástico, definido como a maior tensão que o material pode suportar, sem deixar qualquer deformação permanente quando o material é descarregado. Admite-se que uma deformação residual de 0,001% seja o limite da Zona Elástica, essas considerações são aplicáveis aos metais Dúcteis ou moles. 23
Metais extremamente duros, podem romper dentro da Zona Elástica, aí o conceito deixa de ser importante. Terminada a Zona Elástica, atinge-se a Zona Plástica, onde a tensão e a deformação não são mais relacionadas por uma constante de proporcionalidade, e descarregamento da carga, o material fica com uma deformação permanente ou residual. 24
O início da plasticidade é verificado em vários metais e ligas dúcteis, como por exemplo Aço de Baixo Carbono, pelo fenômeno de escoamento. O escoamento é um tipo de transição heterogênea e localizada, caracterizado por um aumento relativamente grande da deformação com variação pequena da tensão durante a sua maior parte. 25
Dependendo do tipo de material, o fenômeno de escoamento não é perceptível ou nítido no ensaio; percebe- se por uma oscilação ou uma parada do ponteiro da máquina (analógica) durante toda a duração do fenômeno. Limite de Escoamento é dado pela expressão: (σe) = Qe/So, isto em Kgf/mm². 26
Na prática, quando não se consegue determinar o limite de Escoamento com precisão, por convenção adota-se o Limite Convencional n de escoamento; que geralmente é 0,2%, isto é, uma deformação plástica de 0,002, por unidade de comprimento depois de ultrapassar o limite de proporcionalidade. Para Cobre e suas ligas adota-se 0,5% e para ligas duras adota-se 0,1%. 27
Terminado o escoamento, o metal entra na Zona Plástica e o ensaio prossegue até atingir a tensão máxima suportada pelo metal, que caracteriza o final da Zona Elástica. Assim temos, o Limite de Resistência (σr), do metal e é dado pela expressão: (σr) = Qr/So, isto em Kgf/mm². 28
Após atingir a carga máxima Qr, o ensaio entra na fase de ruptura do material, caracterizado pelo fenômeno de estricção, que é a diminuição da secção transversal do corpo de prova, numa certa região do mesmo. Quanto mais mole é o material, mais estreita se torna a secção, onde é a região que ocorre a ruptura do material, finalizando o ensaio. 29
Durante está fase, a deformação torna-se não uniforme e a força deixa de agir unicamente na direção normal à secção transversal do corpo de prova. Importante salientar que os equipamentos de ensaio à tração fornecem gráficos de carga deformação; como os limites de tensão são baseados na secção transversal inicial do corpo de prova. 30
De modo que o gráfico tensãodeformação pode ser substituído pelo gráfico carga-deformação, sem que a curva seja alterada, Q = σ.so. Alongamento, é outra propriedade mecânica que é determinada pelo ensaio de tração, que são o Alongamento total do corpo de prova, que é calculado pela expressão: 31
A Estricção é outra propriedade mecânica, que é a diminuição da secção transversal do corpo de prova após a ruptura. A estricção é calculada pela expressão: 32
Há outras propriedades mecânicas que podem ser determinadas pelo ensaio de tração, como: a) Limite Elástico; b) Limite de proporcionalidade; c) Etc. 33
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2.4) Corpo de Prova Os ensaios de tração são feitos em corpos de prova normalizados pela Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT, e tem o método na MB4, onde são indicados os corpos de provas com uma forma e dimensões para cada caso. 37
Um corpo de prova pode ser de: a) Secção Circular; b) Secção Retangular. Dependendo da forma e o tamanho do produto acabado. Corpos de prova de secção retangular podem ser de: Chapas, Lâminas e placas. 38
Normalmente, utiliza a espessura da chapa, lâmina ou placa. Corpos de prova de secção circular serão feitos se o produto acabado for de secção circular ou irregular, ou produzidos por fundição, ou ainda que tenham uma espessura grande que exija um esforço muito grande para rompê-lo. 39
No caso de peças fundidas, costumas-se fundir um tarugo anexo ao produto fundido, para que dele seja usinado um corpo de prova. 40
Produtos que foram trabalhados mecanicamente(laminados, forjados, trefilados e etc.) as propriedades mecânicas podem variar, conforme a direção de onde foram extraídos os Corpos de Provas, de modo que deve-se verificar pelas especificações do material, qual a direção exata para retirada do corpo de prova. 41
Se o produto acabado for: Barra, fio, cabo e etc.; um pedaço deste poderá ser ensaiado diretamente sem a necessidade de retirar um corpo de prova especial. Para aços de construção civil com nervuras, deve-se determinar a área média So, utilizando a densidade do aço (7,85 kgf/mm²) 42
Densidade = Massa (kg)/ Volume (dm³), podemos calcular a área da secção transversal através da densidade, como segue: DENSIDADE = MASSA/ So. Lo; portanto: So=massa/densidade.Lo 43
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Motivos para usar corpo de provas normalizados são: 1) Facilidade de adaptação na máquina de ensaio e de execução do ensaio; 2) Permitir sempre a ruptura do material, isto é, capacidade da máquina em função do tamanho da amostra; 3) Permitir o fácil cálculo das propriedades mecânicas pelas expressões; 53
4) Permitir comparação dos alongamentos e as estricções, que são propriedades dependentes da forma dos corpos de provas; 5) Ausência de irregularidades nos corpos de provas que poderiam afetar os resultados, no caso do corpo de prova não padronizado. 54
Produtos compostos como: Cabos; Correntes; Cordoalhas; Etc. Não são necessário usinar o corpo de prova, mas deve considerar as especificações de cada produto. 55
Materiais soldados, podem retirar o corpo de prova com a solda no meio, mas o único valor a ser registrado é o de ruptura para avaliar a resistência da solda. 56
QUESTIONÁRIO: 1) Quais os cuidados a serem tomados com os resultados do Ensaio de Tração? 2) O que é Tensão? 3) O que é Deformação? 4) Qual a formula para cálculo da tensão? 5) Qual a formula de cálculo da deformação? 6) Como é expressa a Lei de Hooke? 57
7) Metais extremante duros podem romper somente na zona plástica! Correta afirmação? 8) Terminada a Zona Plástica, atinge-se a Zona Elástica! Correta afirmação? 9) O início da Plasticidade é verificado em vários metais e ligas dúcteis, Aços de baixo carbono pelo fenômeno de? 10)O que é Escoamento? 11)Terminado o Escoamento começa o limite de elasticidade?correto afirmação? 58
12)Material após atingir a resistência máxima ele entra na fase de ruptura! Correta afirmação? 13)Os equipamentos de ensaio a tração fornecem que tipo de gráfico? 14)O que é Alongamento? 15)Como é expresso o cálculo do Alongamento? 16)O que é estricção? 17)Como é expresso o calculo da estricção? 18)Um corpo de prova pode ter quais tipos de secções? 59
19)Corpos de prova de secção retangular usam-se a espessura da chapa, placa ou lâmina para o ensaio, e outras dimensões do corpo de prova são de acordo com as normas técnicas! Correta Afirmação? 20)Produtos que sofreram trabalhos mecânicos, as propriedades mecânicas podem variar de acordo? 21)Produtos acabados, como fios, barras e cabos necessitam de corpos de provas especiais? 22)Quais são os motivos para usar corpos de provas padronizados? 60
2.5) Módulo de Elasticidade(E) 61