MATERIAIS PARA ENGENHARIA DE PETRÓLEO - EPET069 - Propriedades Mecânicas dos Materiais

Materiais Metálicos Um material cristalino pode deformar-se plasticamente por quatro mecanismos: deslizamento de planos cristalinos causado pela movimentação de discordâncias; maclação mecânica; difusão; transformações de fase.

Materiais Metálicos

Materiais Metálicos A tensão no plano de deslizamento é: F A sen θ = σ Tsen(θ) A tensão no plano e na direção de deslizamento é: σ = σ T senθcosλ = σ T cosφcosλ

Materiais Metálicos A curva tensão versus deformação de um monocristal geralmente apresenta estágios característicos. Por exemplo, os cristais com estrutura cristalina CFC apresentam três estágios característicos:

Materiais Metálicos O estágio I é denominado estágio de deslizamento fácil ( easy glide ). Tem-se um pequeno encruamento. O estágio II é denominado estágio de endurecimento linear ( linear hardening ). Ocorre acentuada interação entre discordâncias, as quais formam emaranhados ( dislocation tangles ), ocasionando considerável encruamento.

Materiais Metálicos O estágio III é denominado estágio de endurecimento parabólico ( parabolic hardening ). Tem-se a ocorrência freqüente de escorregamento com desvio ( cross-slip ) e as discordâncias formam uma subestrutura celular ( dislocation cells)

Mecanismos de Endurecimento Mecanismos de endurecimento são maneiras de aumentar a resistência mecânica de um material, ou seja, são modos de evitar a ocorrência de deformação plástica. Como nos metais e ligas, a deformação plástica ocorre predominantemente por movimentação de discordâncias, aumentar a resistência mecânica significa dificultar a movimentação de discordâncias. Mecanismos de endurecimento: endurecimento por deformação ou encruamento ( strainhardening ou work-hardening; endurecimento por solução sólida ( solid-solution hardening ); endurecimento por dispersão de partículas incoerentes ou mecanismo de Orowan; endurecimento por precipitação coerente.

Materiais Cerâmicos Apresentam alto módulo de elasticidade, são frágeis e muito duros. A resistência à tração dos materiais frágeis é muito menor que as respectivas resistência à compressão e módulo de ruptura (MOR). O alongamento plástico da maioria dos materiais cerâmicos na temperatura ambiente é praticamente desprezível. Por outro lado, alguns monocristais como por exemplo NaCl, MgO e KBr apresentam considerável alongamento plástico quando ensaiados em flexão. O alongamento plástico dos materiais cerâmicos cresce com o aumento da temperatura de ensaio.

Materiais Cerâmicos

Materiais Cerâmicos As fibras de vidro apresentam um comportamento mecânico pouco usual, quando comparado com amostras normais, isto é, com diâmetro superior a 1mm. A resistência mecânica das fibras aumenta acentuadamente com a diminuição do diâmetro das mesmas. A explicação para este comportamento é que a diminuição da secção da fibra faz com que as dimensões e o número dos defeitos superficiais diminuam. Fibras com diâmetro por volta de 1µm têm resistência mecânica próxima da resistência mecânica teórica. As fibras de vidro são muito utilizadas como reforço nos materiais compósitos de matriz polimérica.

Materiais Cerâmicos

Materiais Poliméricos Os materiais poliméricos apresentam comportamento mecânico pouco uniforme. Um material termorígido ou um termoplástico vítreo (como o poliestireno) apresentam um comportamento tão frágil que lembra o comportamento mecânico de um material cerâmico. Os materiais termoplásticos parcialmente cristalinos apresentam curvas de tensão versus deformação no ensaio de tração que lembram os metais dúcteis. Os elastômeros apresentam um comportamento atípico. Eles apresentam uma região elástica muita extensa. Além disto, esta região elástica não é totalmente linear, ao contrário da maioria dos sólidos.

Materiais Poliméricos

Materiais Compósitos Na previsão das propriedades de materiais compósitos é utilizada frequentemente a chamada regra da mistura: P M = P 1 f 1 + P 2 f 2 +...+P n f n n i=1 f i = 1

Tenacidade A tenacidade de um material é a sua capacidade para absorver energia na região plástica. Uma maneira de se avaliar a tenacidade de um material é através da área total sob a curva tensão versus deformação obtida em um ensaio de tração. Esta área é uma indicação da quantidade de trabalho por unidade de volume que pode ser realizado no material sem causar a sua fratura. A tenacidade está relacionada tanto com a resistência quanto com a ductilidade do material.

Tenacidade A tenacidade à fratura pode ser definida como sendo a habilidade do material em resistir à propagação instável de uma trinca, quando submetido a um carregamento estático. Um parâmetro muito utilizado para quantificar a tenacidade à fratura é o fator intensificador de tensão crítico (K IC ). Aumentos de dureza, limite de escoamento e limite de resistência, por meio, por exemplo, de modificações microestruturais, estão frequentemente associados com perdas de tenacidade.

Tenacidade