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Ensaio de tração: Gráfico de tensão deformaçãoSendo um dos ensaios mais empregados atualmente na indústria, o ensaio de tração avalia diversas propriedades mecânicas dos materiais, através de características extraídas da análise do gráfico gerado por esse ensaio, o qual é conhecido como diagrama tensão deformação, sendo muito útil para complementar a análise matemática envolvida no processo. Materiais metálicosA partir do gráfico de tensão deformação dos materiais metálicos poderíamos descrever todo os parâmetros importantes no ensaio. Abaixo podemos entender melhor estes parâmetros, que aparecem quando o material está sujeito a esforços de natureza mecânica (isso quer dizer que esses parâmetros determinam a maior ou menor capacidade que o material tem para transmitir ou resistir aos esforços que lhe são aplicados): Figura 2 – Gráfico típico de tensão x deformação de um ensaio de tração A partir das medidas de cargas e os respectivos alongamentos, constrói-se o gráfico de tensão x deformação, como mostra a figura 2, a qual mostra essa relação para diferentes tipos de Metais. A análise dos gráficos obtidos com os ensaios de tração permite o levantamento de inúmeras informações que são apresentadas a seguir: Modulo de elasticidade (ou módulo de Young): Corresponde a inclinação (coeficiente angular) do segmento linear no gráfico tensão deformação. Nos materiais metálicos, o módulo de elasticidade é considerado uma propriedade insensível com a microestrutura, visto que o seu valor é fortemente dominado pela resistência das ligações atômicas, sendo apresentado conforme a relação: Equação 1: Onde pode ser observado a proporcionalidade entre a tensão aplicada (σ) e a deformação (ε). Deformação Plástica: À medida que o material continua a ser deformado além do regime elástico, a tensão deixa de ser proporcional à deformação e, portanto, a lei de Hooke não mais será obedecida, ocorrendo uma deformação permanente e não recuperável denominada deformação plástica. Para a maioria dos materiais metálicos, a transição do comportamento elástico para o plástico é gradual, ocorrendo uma curvatura no ponto de surgimento da deformação plástica, a qual aumenta mais rapidamente com a elevação de tensão. Limite elástico: O limite elástico, também denominado limite de elasticidade e limite de fluência, é a tensão máxima que um material elástico pode suportar sem sofrer deformações permanentes após a retirada da carga externa. Ou seja, dentro do limite elástico o material retorna ao seu estado normal elástico depois de sofrer uma dada deformação. Limite de proporcionalidade: É o limite ao qual a tensão aplicada não é mais proporcional ao alongamento, ou seja, o material não apresenta mais linearidade. Limite de resistência: O limite de resistência à tração (algumas vezes representada pela sigla LRT) é a tensão no ponto máximo do gráfico de tensão deformação de engenharia, a qual corresponde à tensão máxima que pode ser sustentada por uma estrutura sob tração. Observando o gráfico ainda da figura 2, após o escoamento a tensão necessária para continuar o processo de deformação plástica em materiais metálicos aumenta até alcançar um valor máximo e a partir desse ponto, a tensão diminui até a fratura do material. Isso ocorre devido à rápida diminuição da seção resistente do corpo de prova ao se ultrapassar a tensão máxima, sendo expressa pela equação: Equação 2: Onde F é a força ou carga instantânea aplicada em uma direção ortogonal à seção reta (A0) e A0 representa a área da seção do corpo de prova (antes da aplicação da força). Ductilidade: Representa uma medida do grau de deformação plástica que o material suportou até a fratura. Um material que experimenta uma deformação plástica muito pequena ou mesmo nenhuma quando da sua fratura é chamado de frágil. A ductilidade pode ser expressa quantitativamente tanto pelo alongamento percentual como pela redução de área percentual. Pode-se obter o alongamento percentual AL% da seguinte maneira: Equação 3: onde Lf representa o comprimento da porção útil do corpo de prova no momento da fratura e L0 o comprimento útil original. Um conhecimento da ductilidade dos materiais é importante, pois dá uma indicação do grau segundo o qual uma estrutura irá se deformar plasticamente antes de fraturar, além de especificar o grau de deformação permissível durante operações de fabricação. Tenacidade: A Tenacidade representa uma medida da capacidade de um material em absorver energia até a fratura. Esta é uma propriedade desejável para casos de peças sujeitas a choques e impactos, como engrenagens, correntes etc., portanto, a geometria do corpo de prova, bem como a maneira como a carga é aplicada, são fatores importantes nas determinações de tenacidade. Além disso, a tenacidade à fratura é uma propriedade indicativa da resistência do material à fratura quando este possui uma trinca. Resiliência: É definida como a capacidade de um material absorver energia quando é deformado elasticamente, e após o descarregamento recuperar essa energia. Os materiais resilientes são aqueles que possuem limites de escoamento elevados e módulos de elasticidade pequenos, normalmente ligas onde são utilizadas na fabricação de molas. Pode ser representada pela seguinte equação: Equação 4: Onde o módulo de resiliência Uf relaciona a tensão de escoamento (σ esc) com o módulo de elasticidade. Encruamento: O encruamento é um fenômeno modificativo da estrutura dos metais, em que a deformação plástica causará o endurecimento e aumento de resistência do metal. O encruamento de um metal pode ser definido então como sendo o seu endurecimento por deformação plástica. Estricção ou Empescoçamento: Pode ser entendido como uma “formação de pescoço” ou “estiramento” que ocorre quando o aumento da dureza por encruamento é menor que a tensão aplicada e o material sofre uma grande deformação. Fica localizado na região em uma seção reduzida em que grande parte da deformação se concentra. Coeficiente de Poisson: o coeficiente de Poisson (ν) é um parâmetro resultante da razão entre as deformações lateral e axial. Uma vez que as deformações laterais e a deformação axial sempre terão sinais opostos, o sinal negativo foi incluído nesta relação para que ν seja sempre um número positivo. O coeficiente de Poisson mede a rigidez do material na direção perpendicular à direção de aplicação da carga uniaxial. Os valores de ν para diversos metais estão entre 0,25 e 0,35 e no máximo 0,50. O coeficiente de Poisson é definido então como sendo o valor positivo ν que satisfaz a relação: Equação 5: Onde 𝜀 é representado a extensão lateral ou transversal, e a extensão segundo a direção do esforço uniaxial aplicado. Ensaio de tração típico em metais:Considerando agora um ensaio de tração típico para aços (Figura 3), inicialmente, ocorre deformação elástica, ou seja, a tensão e deformação tendem a aumentar linearmente e quando a carga é retirada o corpo poderia relaxar as tensões e retomar à sua forma original, dessa região do gráfico é possível obter-se o módulo de elasticidade do material, que é proporcional a rigidez do material. Prosseguindo o ensaio, há um ponto em que o corpo entra no regime plástico de deformação, esse ponto é denominado limite de proporcionalidade (B), isto é, o alongamento é permanente. Em seguida, o corpo deforma-se até que a tensão limite de resistência seja atingida (C), onde se inicia a estricção. Por fim, o ensaio segue até a ruptura do corpo (D). Figura 3 – Gráfico de Tensão deformação de um ensaio de tração Além das propriedades mecânicas, através da curva é possível avaliar a resiliência e tenacidade de um material, em outras palavras, a capacidade de um material absorver energia no regime elástico e plástico, respectivamente. Ainda, através da análise macroscópica da fratura, do perfil das regiões do gráfico e das normas técnicas é possível classificar um material em dúctil ou frágil. Na Figura 4 são apresentado os Ensaios de tração típicos para materiais dúcteis e frageis, sendo que os Materiais dúcteis tendem a apresentar grande deformação plástica, ocorrendo estricção no corpo de prova durante o ensaio, esse é o caso do cobre, aços baixo carbono ou da maioria dos polímeros. No caso de materiais frágeis, ocorre pouca ou nenhuma deformação plástica, pois o material armazena toda a energia aplicada para deformá-lo e fratura catastroficamente, isso ocorre com ferro fundido cinzento, aço temperado e materiais cerâmicos. A forma e a magnitude do gráfico de tensão deformação de um metal dependerão da sua composição, tratamento térmico, histórico prévio de deformação plástica e da taxa de deformação, temperatura, e estado de tensão imposto durante o ensaio. Quais fatores influenciam no ensaio de tração?O comportamento de cada material durante o ensaio de tração é resultado da microestrutura, das ligações químicas estabelecidas, bem como dos tratamentos térmicos e das rotas de processamento empregados. Além desses fatores, as condições de ensaio também podem afetar o comportamento de cada material.
Quais são os fatores que podem influenciar nos ensaios e propriedades dos materiais?Dentre os fatores a serem considerados nos ensaios incluem-se a natureza da carga aplicada, a duração de aplicação dessa carga e as condições ambientais. A carga pode ser de tração, compressão ou cisalhamento, e a sua magnitude pode ser constante ao longo do tempo ou então flutuar continuamente.
Quais propriedades podem ser extraídas de um ensaio de tração explique o que cada propriedade significa?Rendimento: A deformação de um material sem aumentar a carga aplicada. Limite de resistência à tração: a tensão máxima que um material resiste sob tração. Limite de Ruptura: Onde o material se rompe. Ductilidade: Ductilidade é a capacidade de um material absorver energia sem quebrar.
Quais são as propriedades mecânicas avaliadas em um ensaio de tração?Nesta aula você aprenderá a interpretar o diagrama tensão-deformação e ficará sabendo quais as propriedades determinadas no ensaio de tração: limite elástico ou de proporcionalidade, limite de escoamento, limite de resistência, limite de ruptura e estricção.
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