Que propriedades são estudadas no ensaio de impacto e qual sua importância?

O Ensaio de Tração é um tipo de ensaio mecânico destrutivo, onde um corpo de prova ou produto acabado é submetido a uma força uniaxial que o deforma até a fratura (rompimento). Durante o processo, os valores de força aplicada e os valores de deformação são guardados para que seja possível criar um gráfico de tensão-deformação.

Esse tipo de ensaio procura demostrar quais são as características de um material e com isso o projetista consegue identificar se ele é adequado para o uso desejado. Antigamente os materiais não eram testados antes da aplicação e as características conhecidas eram obtidas através da experiência. O grande problema é que a falta de conhecimento era uma grande causadora de acidentes.

Tendo em vista que só sabiam quando o material ia falhar, quando ele de fato falhava. Atualmente nós fazemos o trabalho de digitalização dos materiais, isto é, colocar suas características em forma de número para que seja possível prever o que acontecerá com o mesmo.

Durante a faculdade, um de nossos professores, nos dizia que os engenheiros tentam ser cartomantes high-tech, pois tentamos prever o comportamento dos produtos com base em características dos materiais. Essas características são obtidas por meio de ensaios como o ensaio de tração.

Como é realizado um Ensaio de Tração

Corpo de prova

Ensaios com corpo de prova buscam analisar as propriedades dos materiais, independente da sua forma. Na engenharia utilizamos bastante esses gráficos provenientes de ensaios com corpos de prova e o formato do corpo é analisado através de conceitos como momento de inercia de primeira ordem.

Produto acabado

Os resultados desse ensaio tem um significado maior para a indústria, pois o produto acabado é ensaiado para saber como ele se comportará em condições de uso. Porém existem casos onde este não pode ser feito com produtos acabados e uma simulação computacional estrutural pode ser uma opção melhor.

Normas

Existem padrões para que os ensaios sejam feitos. Mesmo padronizado, ainda há necessidade de um fator de segurança para garantir que incertezas do projeto ou situações anormais causem problemas durante o uso do produto. Abaixo algumas das normas mais conhecidas.

• ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
• ASTM – American Society for Testing and Materials
• ASME – American Society of Mechanical Engineer
• ISO – International Organization for Standardization
• SAE – Society of Automotive Engineers

Diagrama tensão-deformação

Durante o ensaio é aplicada um força e o deslocamento causado por essa é medido, porém utilizamos o conceito de tensão para que o gráfico final deste processo não dependa da área de seção transversal do corpo de prova, mas apenas de suas propriedades mecânicas. A tensão é calculada da seguinte forma:

Tensão = \frac{Força[N]}{Área[m^2]}

Logo abaixo um diagrama tensão-deformação. Os diagramas reais são um pouco diferentes, para os metais a zona elástica é pequena se comparada ao resto do gráfico e é comum ter uma escala para a zona elástica e outra escala para o resto do gráfico.

Máquina utilizada para o ensaio

Como pode-se imaginar, para a realização desse tipo de ensaio é necessário profissionais especializados além de equipamentos específicos e adequados. Em relação aos equipamentos temos como principal a máquina de ensaio de tração, eu sei o que você está pensando e sim, engenheiros mecânicos não são muito criativos com nomes.

Essa máquina é responsável por tracionar e mensurar a força e a deformação que ocorrem no corpo de prova (material que está sendo testado). A seguir você pode observar um exemplo desta.

Tipos de máquinas de ensaio de tração

Existem dois tipos principais desse equipamento, as máquina eletromecânicas e as hidráulicas, apesar de servirem ao mesmo propósito elas possuem diferenças significativas, sendo a principal o tipo de carregamento aplicado (forma com que exerce a tração no material testado). Dessa forma, sendo capaz de realizar carregamento dinâmico e a outra realizando um carregamento estático.

Máquina eletromecânicas

As máquinas eletromecânicas funcionam por meio de um motor elétrico de velocidade variável, esse motor é conectado a um redutor (caixa de engrenagens que “transformam” a velocidade do motor em torque (força do motor), ou seja, diminui a velocidade e aumenta a força do mesmo).

Essa força exercida pelo motor é portanto a tração que será aplicada a peça. A força de tração é aplicada de forma a ir deformando o material até que ele se rompa. Todo esse processo (força aplica e deformação do material) é mensurado por sensores presentes na máquina e dessa forma as informações possibilitam as análises desejadas por nossos clientes.

Máquina hidráulicas

Esse tipo de máquina tem a funcionalidade baseada no movimento de um pistão simples ou duplo. Esse pistão é responsável pela força de tração que a máquina ira exercer sobre a peça. Na maioria das vezes as máquinas para teste estático são baseadas em apenas um pistão de ação simples.

Diferença entre Máquinas hidráulicas e eletromecânicas na prática

Basicamente a maior diferença prática entre elas é o carregamento que elas aplicam na peça. A máquina eletromecânica permite uma maior variabilidade de escolha entre forças e velocidade escolhidas durante o teste, enquanto as máquinas hidráulicas geralmente possuem maiores forças de carregamento.

Propriedades obtidas do Ensaio de Tração

Com o gráfico de tensão-deformação alguns valores e propriedades ficam bem evidentes. Algumas características são qualitativas, então é necessário comparar com outro material para serem úteis. Essa questão qualitativa será explicada mais a frente em outra publicação e ficará mais fácil de entender. A seguir as propriedades obtidas de um gráfico tensão-deformação:

• Resistência a tração
• Módulo de elasticidade
• Ductilidade
• Fragilidade
• Elasticidade
• Resiliência
• Tenacidade

Considerações finais

Em conclusão, nota-se que as informações dos ensaios de tração são muito importantes para quem precisa projetar algo, seja uma simples viga ou uma máquina complexa. Todos os componentes mecânicos estão sujeitos a esforços de tração e é essencial saber qual o máximo de estresse que os componentes irão suportar.

Perguntas Frequentes

Qual a importância do ensaio de impacto?

Quais as principais propriedades que podem ser verificadas nos ensaios?

Quais são as propriedades estudadas no ensaio de tração?

Qual a importância da temperatura no ensaio de impacto?