Engenharia Dos Materiais - 13 Aula

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MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 1 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º º º Propriedades Mecânicas º Deformação Quando se submete um dado material a uma tensão mecânica, ele pode sofrer deformaç deformação mecânica. mecânica. Se retirarmos essa tensão e ele voltar às dimensões iniciais, dizdiz-se que ele sofreu uma deformaç deformação elá elástica (os átomos voltam às suas posiç posições iniciais). Se retirarmos essa tensão e ele não conseguir retomar as dimensões iniciais, dizdiz-se que ele sofreu uma deformaç deformação plá plástica (os átomos são deslocados permanentemente). MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 Plástica elástica MATERIAIS / MATERIAIS I 3 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º Deformação 2 Propriedades Mecânicas º º Ensaio de tracç tracção Os ensaios de tracç tracção são utilizados para avaliar a resistência mecânica dos materiais. È um ensaio destrutivo, isto é, o provete é traccionado até até à fractura, aplicando uma forç força a uma velocidade constante. 4 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 5 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º Máquinas Propriedades Mecânicas de ensaio de tracção ºA forma dos provetes a utilizar pode ser cilíndrica, plana ou com uma forma denominada osso de cão, com dimensões definidas em normas. MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 7 Propriedades Mecânicas º º 6 Durante um ensaio de tracç tracção são registados simultaneamente a forç força que é necessá necessário aplicar para que o material se deforme à velocidade pré pré-definida, definida, assim como a variaç variação do comprimento da amostra. No final do ensaio de tracç tracção os resultados podem ser visualizados da seguinte forma – Curva Forç Força / deformaç deformação. ão. Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º Normalização de resultados 8 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 9 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º Tensão nominal e Extensão nominal º Consideremos um varão cilí cilíndrico de comprimento l0, com uma secç secção recta inicial A0, submetido a uma forç força F. º Propriedades Mecânicas º A tensão nominal (σ) é o quociente entre a forç força de tracç tracção uniaxial F aplicada ao varão e a área inicial da secç secção recta A0. F (N) Tensão nominal (σ) = ⎯⎯⎯ A0 (m2) Quando se aplica uma forç força uniaxial de tracç tracção ao material, ele alongaalonga-se segundo essa direcç direcção. DefineDefine-se extensão nominal (ε) como o quociente entre a variaç variação de comprimento da amostra segundo a direcç direcção de aplicaç aplicação da forç força e o seu comprimento inicial. ∆l l-l0 ε = ⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯ (adimensional) l0 l0 (N/m2) ou (Pa) MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 11 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º 10 Com base no grá gráfico Forç Força-deformaç deformação pode ser desenhada a Curva Tensão nominal – Extensão nominal 12 Propriedades Mecânicas ºA partir de um ensaio de tracção podem-se apurar as seguintes propriedades mecânicas dos materiais: º Módulo de elasticidade º Tensão de cedência a 0,2% º Tensão de ruptura º Alongamento percentual até à fractura º Percentagem de redução de área fractura à MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 13 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º Propriedades Mecânicas Módulo de elasticidade º 14 º Na primeira parte do ensaio de tracç tracção (para pequenas deformaç deformações), o material deformadeforma-se elasticamente. Nesta região o comportamento da curva é linear, isto é, existe uma relaç relação linear entre a Tensão e a Extensão, descrita pela lei de Hooke. Hooke. DefineDefine-se E como o módulo de Young ou mó módulo de elasticidade. elasticidade. σ(tensão) E= ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ (N/m2) ou (Pa) ε(extensão) σ(tensão) = E.ε(extensão) MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º módulo de elasticidade MATERIAIS / MATERIAIS I 15 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º módulo química de elasticidade e a ligação 16 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 17 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas Propriedades Mecânicas º módulo de elasticidade e a temperatura de fusão º MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º Tensão de ruptura A tensão de ruptura é a tensão máxima da curva de tensão nominal – extensão nominal. A tensão de ruptura, é também denominada por tensão máxima ou resistência à tracção. 18 Tensão de cedência A tensão de cedência é um parâmetro muito importante no projecto de estruturas pois representa a tensão a partir da qual a deformaç deformação plá plástica do material passa a ser significativa. També Também conhecida como tensão de prova ou tensão limite convencional a 0,2 %, %, é determinada no diagrama σ-ε traç traçando uma recta paralela à recta da parte linear da curva que passe no eixo da extensão no valor 0,2 % (0,0002). (0,0002). MATERIAIS / MATERIAIS I 19 Pedro Almeida DEM 2005 20 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 21 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º Propriedades Mecânicas È o ponto a partir do qual a deformaç deformação começ começa a ser localizada (fenó (fenómeno designado por estricç estricção). ão). º Deformação MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 elástica do Material do provete durante a tracção MATERIAIS / MATERIAIS I 23 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º Recuperação 22 Propriedades Mecânicas º A partir do ponto má máximo da curva, o aumento da extensão provoca uma diminuiç diminuição da tensão nominal até até que ocorre a fractura. 24 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 25 º 26 Propriedades Mecânicas Propriedades Mecânicas º Pedro Almeida DEM 2005 º Quanto mais dúctil for um material maior será será a estricç estricção que precede a fractura, logo maior será será o decré decréscimo de tensão alé além da tensão má máxima. Ductilidade – maior ou menor capacidade que o material tem para se deformar. Alongamento percentual O alongamento que um provete sofre durante o ensaio de tracção fornece um valor para a ductilidade do material. A ductilidade é geralmente expressa pelo alongamento percentual. De forma geral, quanto maior for a ductilidade do material maior é o alongamento percentual. A – Menos dúctil⇒ Mais Frágil C – Mais dúctil ⇒ Menos Frágil MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 27 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º Alongamento percentual DefineDefine-se alongamento percentual como o quociente entre a deformaç deformação má máxima (na fractura) e o comprimento inicial. l-l0 Alongamento percentual = ⎯⎯⎯ × 100% l0 l – Comprimento final l0 – Comprimento inicial Propriedades Mecânicas º Percentagem de redução de área A ductilidade de um material pode também ser expressa em termos da percentagem de redução da área da secção recta do provete. Esta grandeza é obtida através da medição da área da superfície de fractura do provete. 28 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 29 30 Propriedades Mecânicas Propriedades Mecânicas º Percentagem Pedro Almeida DEM 2005 º de redução de área A percentagem de reduç redução de área definedefine-se como o quociente entre a diferenç diferença de áreas (inicial e final) e a área inicial do provete. provete. Comparaç Comparação entre as curvas nominal e real A tensão nominal é calculada com base na área da secç secção recta inicial (A0). Visto que durante o ensaio de tracç tracção essa mesma área ser continuamente reduzida, a tensão real aplicada ao provete não é igual à tensão nominal. A0-A % redução de área = ⎯⎯⎯ × 100% A0 A0 – Área inicial da secç secção recta do provete A – Área final da secç secção recta do provete MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 31 Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas º Após o aparecimento da estricção a tensão nominal diminui com o aumento da extensão. A tensão real por seu lado por ter em conta a redução da área da secção recta da amostra aumenta sempre até à fractura. Propriedades Mecânicas º DefineDefine-se tensão real como o quociente entre a forç força aplicada ao provete (F) e a área instantânea mí mínima da secç secção recta do provete(A provete(Ai). F (N) Tensão real (σr) = ⎯⎯⎯⎯ Ai (m2) (N/m2) ou (Pa) 32 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 Propriedades Mecânicas ºExtensão li real li A0 dl ε r = ∫ = ln = ln l l0 Ai l0 33