Ensaio de tração

Antes da realização do ensaio de tração, os corpos de prova tiveram o seu diâmetro útil medido. Foram realizadas três medições, de forma a se obter uma média desses valores e posteriormente a área da região transversal de cada corpo-de-prova. Um comprimento inicial (L0) foi determinado como sendo 40 mm e marcado no centro da região útil da amostra, de forma que fosse possível posteriormente a determinação do alongamento.

Os ensaios de tração foram executados em conformidade à norma ASTM E8/E8M (ASTM INTERNATIONAL, 2016). Para tal, foi utilizada uma máquina universal de ensaios mecânicos eletromecânica da EMIC modelo DL 10000, com capacidade máxima de 100 kN. O equipamento encontra-se no Laboratório de Ensaios Mecânicos do

Departamento de Materiais da Escola de Engenharia de Lorena (EEL-USP), sendo ele verificado na Figura 19.

Figura 19 - Máquina de ensaios mecânicos EMIC DL 10000.

Fonte: O autor.

O ensaio ocorreu com uma velocidade de deslocamento de 1,5 mm/min, com a aquisição dos dados advinda do próprio software do equipamento. Para a leitura das medidas do ensaio, utilizou-se um extensômetro EMIC de 25 mm. Após a obtenção dos dados, eles foram enviados a uma planilha de Excel, para que fosse possível a aquisição de propriedades importantes do material, utilizando também uma planilha no software OriginPro 8, para que os gráficos de tração X deformação fossem traçados.

Posteriormente ao ensaio de tração, os diâmetros referentes à região de estricção de cada corpo-de-prova foram medidos. Para a realização do cálculo da área transversal final, um diâmetro médio foi utilizado, de forma a se calcular a área de um círculo, uma vez que a área de uma elipse apresentou resultados bem próximos. Além da análise da secção transversal, o alongamento também foi analisado. Para tal, juntou-se as duas extremidades do corpo de prova fraturado e foi aferido o comprimento previamente demarcado.

Para a obtenção das propriedades de seleção, como módulo de elasticidade, limite de escoamento, limite de resistência, limite de ruptura e deformação final (embora esses dois últimos não sejam muito precisos para a curva tensão-deformação de engenharia),

foi necessário trabalhar com os dados brutos fornecidos pelo programa. Como ferramentas para isso, foram utilizados tanto o software Microsoft Office Excel 365 quanto o OriginPro 8. Os dados fornecidos pelo programa estavam no formato “.txt”, então estes foram primeiramente colados em uma planilha do Excel.

A primeira operação a ser realizada com os dados foi a adequação das unidades, uma vez que ao invés de estas se encontram em tensão (MPa) e deformação (mm/mm), estavam em carga (N) e alongamento (mm). Assim sendo, para que a dimensão carga fosse convertida para tensão, os dados de cada corpo-de-prova foram divididos por suas respectivas áreas iniciais (S0) em mm2. A conversão já ocorre de forma que a unidade de N seja convertida em MPa. Com relação à conversão da grandeza de alongamento para deformação, os dados foram divididos pelo comprimento inicial, que no caso era referente à abertura inicial do extensômetro, a qual como já mencionada era de 25 mm.

4.2.2.1 Propriedades da curva tensão-deformação de engenharia

A primeira propriedade obtida pela curva tensão-deformação de engenharia a ser discutida será o módulo de elasticidade (E). Primeiramente, os dados de tensão e deformação foram transferidos para o software Origin. Com a ferramenta do programa que permite se visualizar os pontos do gráfico, o ponto referente ao limite de escoamento superior do material foi encontrado, sendo ele correspondente ao ponto máximo da região linear do gráfico, ou seja, o último ponto antes que houvesse o decaimento da tensão com o aumento da deformação. Após isso, na planilha do Excel, todos os dados anteriores ao limite de escoamento superior, com ele incluso, foram transferidas para outra região de trabalho do Origin. Utilizando a ferramenta Fit Linear do programa, foi possível determinar o módulo de elasticidade de cada um dos corpos de prova. Sendo este correspondente ao valor de slope (coeficiente angular). Os valores da propriedade encontravam-se em MPa, mas para facilitar sua representação, elas foram convertidas em GPa (sendo também mais usual), dividindo os valores por mil. É importante ressaltar que a obtenção de tal propriedade através da linearização é possível, uma vez que a região elástica da curva tensão-deformação segue a lei de Hooke.

Com relação ao limite de escoamento (σe), duas possibilidades foram utilizadas para sua determinação. Para o caso de um limite de escoamento inferior nítido na curva tensão- deformação, este era determinado como tal propriedade. Caso contrário, um valor de tensão médio, referente ao patamar de escoamento era dado como este valor.

A determinação do limite de escoamento inferior (quando este era nítido) se dava com o auxílio do Origin. Utilizando a ferramenta em que é possível visualizar os pontos da curva, o ponto de mínimo dela, após o limite de escoamento superior, foi analisado, sendo o valor de tensão deste equivalente ao da propriedade desejada. O ponto em questão também pode ser identificado como o último ponto (após o limite de escoamento superior) antes do retorno do acréscimo da tensão juntamente à deformação.

A identificação do ponto citado para a situação em que o limite de escoamento inferior é evidente também é utilizada para o caso em que ela não é. Isto ocorre, uma vez que, os pontos referentes ao patamar de escoamento encontram-se entre este e o último ponto antes de os valores de tensão da curva voltarem a crescer com a deformação, sem uma interrupção clara (este último ponto também é determinado com a ferramenta de visualização de pontos do Origin). Após saber o intervalo de pontos do patamar, estes foram identificados na planilha do Excel e fez-se uma média de seus valores de tensão, sendo este o valor de limite de escoamento para o caso em questão.

O limite de resistência à tração (σr) do material foi determinado utilizando a função máximo do Excel, a qual determina o valor máximo de uma série de dados. Sendo assim, a tensão máxima, dentre as tensões de ensaio é dada como o valor de tal propriedade, tomando-se as devidas precauções para verificar se o dado é de fato confiável e equivalente à região de estricção.

Já o limite de ruptura do material (σruptura) foi determinado com uma análise dos dados do ensaio na planilha do Excel, sendo ele equivalente à última tensão de ensaio antes da ocorrência de uma grande variação desta. Isto ocorre por conta da inércia do equipamento, de forma que ainda há a separação das garras do equipamento após a ruptura do corpo de prova, com aquisição de dados. Embora este fenômeno ocorra, poucos pontos são adquiridos após a fratura, sendo fácil a visualização deste ponto na planilha.

A extensão total na fratura (εf) corresponde à deformação equivalente ao limite de ruptura, portanto sua determinação foi dada através da visualização na planilha.

Outras propriedades referentes à absorção de energia durante o ensaio de tração também foram determinadas, sendo elas a resiliência e a tenacidade. Tais propriedades podem ser determinadas através da área abaixo da curva tensão-deformação, sendo a resiliência referente à região elástica e a tenacidade à toda a curva. Tomando as devidas precauções com as unidades, ambas as propriedades são dadas em J/m3, mas de forma a facilitar a visualização, foram convertidas em kJ/m3.

4.2.2.2 Propriedades da curva tensão-deformação verdadeira

A determinação da tensão verdadeira de ruptura (𝜎̃ruptura) foi realizada utilizando o valor de carga referente à tensão de ruptura e dividindo-a pela área final da região de estricção do corpo de prova, sendo ambas anteriormente encontradas.

Já para a determinação da deformação final real, utilizou-se a fórmula referente à deformação de engenharia, mas utilizando a área da seção transversal final.

Quanto aos coeficientes de resistência (K) e de encruamento (n), os quais são essenciais para a descrição da curva tensão-deformação verdadeira, foi utilizada a região entre o final de escoamento até a região do início de estricção do corpo-de-prova para a sua determinação. Esta delimitação é necessária, uma vez que é aquela em que as equações de tensão e deformação verdadeiras abordadas na revisão bibliográfica são válidas. Os pontos utilizados para a delimitação da área já haviam sido encontrados, conforme anteriormente explicitado e foram somente localizados na planilha do Excel.

Após a conversão da tensão e deformação de engenharia para as verdadeiras, foi necessária a linearização da equação da curva verdadeira, para que fosse permitido determinar as constantes K e n do material. Entretanto, ainda na planilha, foi necessária a conversão dos valores verdadeiros para os seus respectivos logaritmos neperianos. Assim, o coeficiente angular corresponde a n e o linear a ln (K), sendo assim, os valores dos logaritmos de tensão e deformação foram transferidos para o Origin, utilizando novamente a ferramenta Fit Linear. Assim sendo, como dito anteriormente, o valor de slope (coeficiente angular) corresponde a n e o de intercept (coeficiente linear) ao logaritmo neperiano de K. Por fim, o valor do coeficiente linear foi transferido ao Excel

e foi realizada a exponencial deste valor, determinando o coeficiente de resistência K da curva tensão-deformação verdadeira.