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. 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
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
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
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. 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. 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. 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
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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.
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.
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. 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.
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. A.S.D’Oliveira
Para esses ciclos são definidos os seguintes parâmetros:
•a é a amplitude de tensões
•r = (máx. - mín.) = 2a
•máx. e mín., tensões mín e máx;
•R = mín/máx.
•médio é a tensão média
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. 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. 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
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. 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. A.S.D’Oliveira
Rápido movimento das lacunas
-> metal flui rápidamente
Deslizamento de discordâncias;
Movimentação de discordâncias por escalagem
escalagem de discordâncias
