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A.S.D’Oliveira
TM229 - Introdução aos Materiais
Propriedades mecânicas
2009.1
Ana Sofia C. M. D’Oliveira
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Propriedades mecânicas
Resistência
Conformabilidade
Resiliência
Tenacidade
Durabilidade
- Tração
- Escoamen...
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Principal conceito em propriedades mecânicas:
Tensão
Tensão= força/área
σ = F/A
Existem vários tipos de ten...
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Tração
Compressão
Flexão
Cisalhamento
Torção
Torção do componente
Cisalhamento do componente
Flexão do comp...
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Ensaios Mecânicos
Permitem quantificar as propriedades mecânicas
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O ensaio de tração uniaxial é um dos mais populares ensaios mecânicos.
Fornece informações referentes a res...
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Geometria do corpo de prova (dimensões padronizadas)
Colocação de
extensômetro
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Curva tensão- deformação
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Curva Tensão Nominal x Deformação nominal
( metal dúctil )
Modulo de elasticidade – medida da rigidez
Ten...
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Critério de instabilidade plástica



d
d

Quando começa a estricção ?
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)1ln()1(  NVNNV 
Equações de transformação (N, N)  (v, v)
Curva engenharia vs curva verdadei...
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Encruamento
- Aumento da tensão necessário para fazer o material escoar devido à própria
deformação plástic...
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Limite de escoamento descontínuo
- Efeitos: patamar de escoamento descontínuo,
bandas de Lüders
- Causa: di...
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1- carregamento do aço doce recozido
2 – ensaio é interrompido e a carga
aliviada; o ensaio recommeça logo ...
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Material dutil com alto
coef de encruamento
Material dutil com bx coef de
encruamento
Aços inoxidáveis
e ao...
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O que representam as cotas:
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Efeito da temperatura nas propriedades
mecânicas
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Testes de dureza
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Ensaios de dureza
Propriedade que se relaciona diretamente com a resistência mecânica do
material – mede a ...
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Os ensaios de dureza podem ser por penetração, risco ou choque.
No caso dos materiais metálicos, os métodos...
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Dureza Brinell
Dureza Brinnel (HBN): obtém-se o valor da dureza dividindo-se a carga aplicada
pela área de ...
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-Superfície deve ter as duas faces paralelas e um bom acabamento superficial.
-O valor da carga P pode vari...
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Dureza Vickers
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)2/136(sen2/
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P
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impressãodaárea
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HV o
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
Sendo d a média da medida d...
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Dureza Rockwell
O ensaio de dureza Rockwell é o simples e rápido.
O valor da dureza do material é lido dire...
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Escala B:
Os metais menos duros devem ser ensaiados selecionando-se esta escala. O penetrador
utilizado é u...
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O ensaio de dureza Rockwell passo a passo:
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Tenacidade
Capacidade de absorver energia até a ruptura
Resiliência
Capacidade de absorver energia elástica...
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Ensaio de impacto
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Ensaios de impacto (Charpy e Izod)
- Alta taxa de carregamento
- CP entalhado (concentrador de
tensões)
O i...
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Máquina de Ensaio (pêndulo) Corpos de Prova
- Izod
- Charpy
MATERIAIS DE FABRICAÇÃO MECÂNICA
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Influência da Temperatura
FRATURA FRÁGIL
- Pouca deformação plástica macroscópica
FRATURA DÚCTIL
- Muita de...
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Tamanho de grão
contornos de grão são obstáculos à propagação de trincas, obrigando que
estas mudem de dire...
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Composição química
-Elementos que notoriamente abaixam a tenacidade: Enxofre, fósforo e carbono.
-Elementos...
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Fadiga
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Fadiga
A fadiga é um tipo de falha mecânica que ocorre devido a esforços
(tensões e deformações) flutuantes...
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Para esses ciclos são definidos os seguintes parâmetros:
•a é a amplitude de tensões
•r = (máx. - mín.)...
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Propagação da trinca de fadiga em função do ciclo de tensão
propagação
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Superfície exposta a fadiga,
formação de concentradores de
tensão
Mecanismo de fadiga
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Aspectos superfície de fadiga
Aspecto macroscópio: marcas de praia Aspecto microscópico:estrias de fadiga
A.S.D’Oliveira
Curvas S-N
Efeito da tensão média
Tensão limite de fadiga abaixo dele o n. de ciclos é infinito
A.S.D’Oliveira
Fluência
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Fluência
Falha que ocorre em altas temperaturas.
Deformação permanente e dependente do tempo, que pode gera...
A.S.D’Oliveira
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I II III
Estágios do comportamento em fluência:
Região de Taxa de
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Região d...
A.S.D’Oliveira
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Em casos reais é possivel que não se identifiquem alguns dos estágios da fluência
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Regiões II e III d...
A.S.D’Oliveira
Efeito da tensão e da temperatura na curva de fluência
Efeito da tensão
Efeito da temperatura
A.S.D’Oliveira
 Difusão de átomos e lacunas pelo interior dos grãos (Nabarro-Herring)
 Difusão de átomos e lacunas pelos...
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 Difusão de átomos e lacunas pelo interior dos grãos
(Nabarro-Herring)
 Difusão de átomos e lacunas pelos...
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Rápido movimento das lacunas
-> metal flui rápidamente
 Deslizamento de discordâncias;
 Movimentação de d...
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  1. 1. A.S.D’Oliveira TM229 - Introdução aos Materiais Propriedades mecânicas 2009.1 Ana Sofia C. M. D’Oliveira
  2. 2. A.S.D’Oliveira Propriedades mecânicas Resistência Conformabilidade Resiliência Tenacidade Durabilidade - Tração - Escoamento - Compressão - Flexão - Cisalhamento - Fluência - Tensão de Ruptura - % alongamento - % de redução de área - Raio de flexão - Modulo de elasticidade - Modulo de flexão - Modulo de cisalhamento - Resistência ao impacto - Sensibilidade ao entalhe - Intensidade da tensão critica - Dureza - Resistência ao desgaste - Resistência a fadiga
  3. 3. A.S.D’Oliveira Principal conceito em propriedades mecânicas: Tensão Tensão= força/área σ = F/A Existem vários tipos de tensão Quais são eles? Tensão vs resistência A resistência é a capacidade do material acomodar tensão
  4. 4. A.S.D’Oliveira Tração Compressão Flexão Cisalhamento Torção Torção do componente Cisalhamento do componente Flexão do componente Tendência para esmagar ou colapsar o componente Tendência para separar/romper o componente Elástica Estrutura retorna a sua forma original quando se remove a carga Plástica Carga aplicada provoca uma deformação permanente T e n s ã o
  5. 5. A.S.D’Oliveira Ensaios Mecânicos Permitem quantificar as propriedades mecânicas
  6. 6. A.S.D’Oliveira O ensaio de tração uniaxial é um dos mais populares ensaios mecânicos. Fornece informações referentes a resistência e ductilidade do material ensaiado. Propriedades passiveis de serem utilizadas em projeto Ensaio de Tração Uniaxial Corpo de prova Cp cilindrico cp retangular
  7. 7. A.S.D’Oliveira Geometria do corpo de prova (dimensões padronizadas) Colocação de extensômetro
  8. 8. A.S.D’Oliveira Curva tensão- deformação
  9. 9. A.S.D’Oliveira
  10. 10. A.S.D’Oliveira Curva Tensão Nominal x Deformação nominal ( metal dúctil ) Modulo de elasticidade – medida da rigidez Tensão de escoamento Tensão máxima ou limite de resistência Dutilidade (redução de área; deformação) Coef de encruamento Estricção – estado triaxial de tensões
  11. 11. A.S.D’Oliveira Critério de instabilidade plástica    d d  Quando começa a estricção ?
  12. 12. A.S.D’Oliveira )1ln()1(  NVNNV  Equações de transformação (N, N)  (v, v) Curva engenharia vs curva verdadeira
  13. 13. A.S.D’Oliveira Encruamento - Aumento da tensão necessário para fazer o material escoar devido à própria deformação plástica que ele experimenta. - taxa de encruamento como d/d. - Durante a deformação plástica a frio a densidade de discordâncias aumenta, podendo passar de 106 cm/cm3 para 1012 cm/cm3.
  14. 14. A.S.D’Oliveira Limite de escoamento descontínuo - Efeitos: patamar de escoamento descontínuo, bandas de Lüders - Causa: difusão de átomos intersticiais de carbono e nitrogênio para regiões “confortáveis” nas discordâncias em aresta, formando atmosferas ou “clusters” que ancoram e dificultam o movimento das mesmas (atmosferas de Cottrel). - Os efeitos se acentuam com o aumento da quantidade de C e N em solução sólida.
  15. 15. A.S.D’Oliveira 1- carregamento do aço doce recozido 2 – ensaio é interrompido e a carga aliviada; o ensaio recommeça logo em seguida; 3 – ensaio é interrompido e a carga aliviada; o ensaio é recomeçado alguns meses após. EXPERIÊNCIA Fonte: [3]
  16. 16. A.S.D’Oliveira Material dutil com alto coef de encruamento Material dutil com bx coef de encruamento Aços inoxidáveis e ao carbono Ligas de Aluminio Material frágil Vidros, cerâmicos, FF e alguns metais Material com escoamento descontinuo Aço de bx carbono Material compósito Fibras de vidro ou de carbono em matriz polimérica Comportamento de diferentes materiais sob tração uniaxial
  17. 17. A.S.D’Oliveira
  18. 18. A.S.D’Oliveira O que representam as cotas: 14 16 17 18 25
  19. 19. A.S.D’Oliveira Efeito da temperatura nas propriedades mecânicas
  20. 20. A.S.D’Oliveira Testes de dureza
  21. 21. A.S.D’Oliveira Ensaios de dureza Propriedade que se relaciona diretamente com a resistência mecânica do material – mede a resistência do material a deformação plástica localizada.  Quanto maior o limite de resistência de um material metálico, maior a sua dureza. Frequentemente a dureza do material é proporcional a sua resistência ao desgaste e durabilidade Nos aços a dureza é utilizada como uma medida da resistência a abrasão
  22. 22. A.S.D’Oliveira Os ensaios de dureza podem ser por penetração, risco ou choque. No caso dos materiais metálicos, os métodos mais utilizados são os ensaios de dureza por penetração Brinell Vickers Knoop Rockwell
  23. 23. A.S.D’Oliveira Dureza Brinell Dureza Brinnel (HBN): obtém-se o valor da dureza dividindo-se a carga aplicada pela área de penetração impressa no material. O penetrador deixa uma calota esférica impressa na amostra. A máquina de ensaio possui um microscópio ótico que se presta à medição do diâmetro d do círculo que corresponde à projeção da calota. A dureza Brinnel será dada por: )()/( arg 22 dDDtD P Dt P impressãodaárea ac HBN    Sendo P a carga aplicada, D o diâmetro do penetrador e d o diâmetro da projeção da área de impressão. P d d
  24. 24. A.S.D’Oliveira -Superfície deve ter as duas faces paralelas e um bom acabamento superficial. -O valor da carga P pode variar, desde que se mantenha constante a relação P/D2. P/D2 = 30 para aços e ferros fundidos P/D2 = 20 para ligas de alumínio. Obedecendo-se essa regra, o resultado do ensaio será independente da carga (ou diâmetro da esfera) adotada. Penetrador é uma esfera de aço temperado para materiais de dureza média ou baixa, ou de carboneto de tungstênio, para materiais de elevada dureza. Dureza Brinell
  25. 25. A.S.D’Oliveira Dureza Vickers 22 854,1 )2/136(sen2/ arg d P d P impressãodaárea ac HV o    Sendo d a média da medida das diagonais d1 e d2 da base da impressão. A dureza Vickers apresenta uma escala contínua abrangendo desde materiais macios (~5HV) ate materiais bastante duros (>1000HV); Penetrador de diamante em forma de pirâmide de base quadrada e ângulo de 136o entre as faces Exige maior acabamento da superfície
  26. 26. A.S.D’Oliveira Dureza Rockwell O ensaio de dureza Rockwell é o simples e rápido. O valor da dureza do material é lido diretamente no equipamento A dureza é inversamente proporcional à profundidade de penetração obtida pela aplicação da carga.
  27. 27. A.S.D’Oliveira Escala B: Os metais menos duros devem ser ensaiados selecionando-se esta escala. O penetrador utilizado é uma esfera de 1/16 pol. aço temperado e a carga é de 100 kgf. A escala B vai de 0 a 100. Escala C: Os metais mais duros devem ser ensaiados por esta escala. O penetrador utilizado possui uma ponta cônica de diamante e a carga é de 150kgf. A escala C vai de 0 a 70, mas valores de dureza Rockwell C inferiores a 20 não são considerados válidos, ou seja, neste caso deve- se passar para a escala B. Ao se ensaiar um material desconhecido, deve-se inicialmente utilizar a escala A, O penetrador utilizado possui uma ponta cônica de diamante e a carga de penetração é de 60kgf.
  28. 28. A.S.D’Oliveira O ensaio de dureza Rockwell passo a passo:
  29. 29. A.S.D’Oliveira Tenacidade Capacidade de absorver energia até a ruptura Resiliência Capacidade de absorver energia elástica Resistência a propagação de trincas
  30. 30. A.S.D’Oliveira Ensaio de impacto
  31. 31. A.S.D’Oliveira Ensaios de impacto (Charpy e Izod) - Alta taxa de carregamento - CP entalhado (concentrador de tensões) O impacto é dado no sentido de abrir e não fechar a trinca. Pode-se variar a temperatura de ensaio utilizando-se misturas de nitrogênio e álcool para refrigeração.
  32. 32. A.S.D’Oliveira Máquina de Ensaio (pêndulo) Corpos de Prova - Izod - Charpy MATERIAIS DE FABRICAÇÃO MECÂNICA
  33. 33. A.S.D’Oliveira Influência da Temperatura FRATURA FRÁGIL - Pouca deformação plástica macroscópica FRATURA DÚCTIL - Muita deformação plástica macroscópica - Expansão lateral do corpo de prova Metais ccc Apresentam transição dúctil- frágil
  34. 34. A.S.D’Oliveira Tamanho de grão contornos de grão são obstáculos à propagação de trincas, obrigando que estas mudem de direção na passagem de um grão para outro materiais de grãos finos exigem uma mais alta energia para fratura e apresentam temperatura de transição dúctil-frágil mais baixa do que materiais de grãos grosseiros.
  35. 35. A.S.D’Oliveira Composição química -Elementos que notoriamente abaixam a tenacidade: Enxofre, fósforo e carbono. -Elementos benéficos: Manganês e níquel
  36. 36. A.S.D’Oliveira Fadiga
  37. 37. A.S.D’Oliveira Fadiga A fadiga é um tipo de falha mecânica que ocorre devido a esforços (tensões e deformações) flutuantes. Estes esforços geralmente são aleatórios. Nos ensaios de fadiga são empregados ciclos de tensão ou deformação bem definidos.
  38. 38. A.S.D’Oliveira Para esses ciclos são definidos os seguintes parâmetros: •a é a amplitude de tensões •r = (máx. - mín.) = 2a •máx. e mín., tensões mín e máx; •R = mín/máx. •médio é a tensão média
  39. 39. A.S.D’Oliveira Propagação da trinca de fadiga em função do ciclo de tensão propagação
  40. 40. A.S.D’Oliveira Superfície exposta a fadiga, formação de concentradores de tensão Mecanismo de fadiga
  41. 41. A.S.D’Oliveira Aspectos superfície de fadiga Aspecto macroscópio: marcas de praia Aspecto microscópico:estrias de fadiga
  42. 42. A.S.D’Oliveira Curvas S-N Efeito da tensão média Tensão limite de fadiga abaixo dele o n. de ciclos é infinito
  43. 43. A.S.D’Oliveira Fluência
  44. 44. A.S.D’Oliveira Fluência Falha que ocorre em altas temperaturas. Deformação permanente e dependente do tempo, que pode gerar defeitos internos que levam à ruptura do material. Antes da falha, o componente experimenta deformação plástica, o que compromete a geometria e e a precisão dimensional dos componentes. As temperaturas em que os mecanismos de fluência se tornam operantes são geralmente superiores a 0,4TH. Temp. Homologa = T de teste T fusão
  45. 45. A.S.D’Oliveira X  t I II III Estágios do comportamento em fluência: Região de Taxa de deformação contante ss 1 Região de ruptura Região de encruamento Parâmetros importantes retirados do ensaio de fluência: - taxa de deformação no estágio II e - vida em fluência (tempo total para ruptura)
  46. 46. A.S.D’Oliveira 46 Em casos reais é possivel que não se identifiquem alguns dos estágios da fluência t  Regiões II e III desaparecem pois é nec um tempo muito longo (tensões moderadas e baixa T) t  Região III desaparece pois ocorreu falha por cavitação x<10% ou até <1% t  Região II não é identificada pois a amostra sofre estricção e quebra antes da região II x t  Região I invertida (endurecimento por solução sólida) x
  47. 47. A.S.D’Oliveira Efeito da tensão e da temperatura na curva de fluência Efeito da tensão Efeito da temperatura
  48. 48. A.S.D’Oliveira  Difusão de átomos e lacunas pelo interior dos grãos (Nabarro-Herring)  Difusão de átomos e lacunas pelos contornos de grão (Coble);  Deslizamento de discordâncias;  Movimentação de discordâncias por escalagem;  Deslizamento de contornos de grão. Mecanismos de fluência:
  49. 49. A.S.D’Oliveira  Difusão de átomos e lacunas pelo interior dos grãos (Nabarro-Herring)  Difusão de átomos e lacunas pelos contornos de grão (Coble);
  50. 50. A.S.D’Oliveira Rápido movimento das lacunas -> metal flui rápidamente  Deslizamento de discordâncias;  Movimentação de discordâncias por escalagem escalagem de discordâncias
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