ENSAIO DE TRAÇÃO 1.3 CESOL 02.05.13

• Prof.: M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota

• Engenheiro Mecânico e Metalúrgico

Propriedade Mecânica é o comportamento do

metal quando submetido a esforços mecânicos.

Exemplos de Propriedades Mecânicas:

Resistência mecânica;

Elasticidade;

Ductilidade;

Tenacidade;

Dureza;

Fluência.

PROPRIEDADES MECÂNICAS

F

F

Tração :

Compressão:

Torção:

Cisalhamento:

Flexão:

Avaliação: Quais os tipos de solicitações que dependem do Momento de Inércia?

A solda

• A solda constitui um elo de continuidade

metálica entre componentes de uma estrutura ou equipamento e por essa razão suas propriedades devem ser compatíveis com as propriedades

mecânicas do metal de base. • Tipos de Juntas:

ENSAIOS MECÂNICOS – PROPRIEDADES MECÂNICAS FINALIDADES:

• SOLDA – Assegurar a qualidade mínima da solda

em termos de Propriedades Mecânicas; - Qualificação do Metal de Adição;

- Qualificação do Procedimento de Soldagem; - Qualificação de Soldadores.

ENSAIOS MECÂNICOS

• ENSAIO DE TRAÇÃO

ENSAIOS MECÂNICOS

• 9.1.2- ORIENTAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA – Em materiais deformados termomecanicamente

(laminação, forjamento, extrusão, etc...) as propriedades mecânicas variam de acordo com a direção, isto se chama ANISOTROPIA.

– Por este motivo é importante a direção que é extraído o corpo de prova

2 m

Chapa de aço carbono laminada

DL

1

ENSAIOS MECÂNICOS

• ORIENTAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA

– CORPO DE PROVA LONGITUDINAL

• O EIXO LONGITUDINAL (EL) DO CORPO DE PROVA É PARALELO À

ENSAIOS MECÂNICOS

• ORIENTAÇÃO DOS

CORPOS DE PROVA

– CORPO DE PROVA

TRANSVERSAL

• O eixo longitudinal (EL) do

corpo de prova é ortogonal à direção de laminação

Cálculo da tensão

A tensão de tração aplicada na peça é dada por:

 = F / S0 onde S0 é a área da seção transversal da parte útil

(mais fina) do corpo de prova antes da aplicação dos esforços.

Unidades: 1kf/mm2 = 10 N/mm2 = 10 MPa 1MPa = 145 psi S₀ F F

Projetor de Perfis

11

Medição do comprimento útil ‘l₀’ Medição do diâmetro médio ‘d₀’

GRÁFICO TENSÃO X DEFORMAÇÃO DE AÇO DÚCTIL T e n s ã o D e f o r m a ç ã o R u t u r a E s c o a m e n t o R e g i ã o d e d e f o r m a ç ã o p l á s t i c a R e g i ã o d e d e f o r m a ç ã o e l á s t i c a T e n s ã o d e r u t u r a T e n s ã o d e e s c o a m e n t o Tensão máxima

Limite de resistência à tração = Tensão máxima estricção

13

14

Módulo de Elasticidade para alguns metais

 Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material

ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão MÓDULO DE ELASTICIDADE [E] GPa 106 Psi Magnésio 45 6.5 AlumÍnio 69 10 Latão 97 14 Titânio 107 15.5 Cobre 110 16 Níquel 207 30 Aço 207 30 Tungstênio 407 59 E médio aço = 21.000 kgf/mm2 210.000 MPa 210 GPa 30x106 PSI Unidades de Tensão: 1kgf/mm2  10 MPa 1N/mm2 _{= 1 MPa ; 1Pa = 1 N/m}2

DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE ESCOAMENTO

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Aço de baixo carbono Laminado a quente

LE= Qesc.

So

LE= Qesc.

So

DETERMINAÇÃO DO LIMITE CONVENCIONAL DE ESCOAMENTO

n = 0,2% (deformação residual) para metais e ligas metálicas em geral n = 0,1% para aços ou ligas não ferrosas mais duras

T e n s ão ,  ( M P a ) LE Deformação,  (%) 0,2% LR

Estricção e Limite de Resistência

TERMOGRAFIA

RESISTÊNCIA À TRAÇÃO:

LR = CARGA MÁXIMA = N/mm2

ENSAIO DE TRAÇÃO -DUCTILIDADE

 A ductilidade é a propriedade física dos materiais de suportar a deformação plástica, sob a ação de cargas, sem se romper ou fraturar.

• Cálculo da Ductilidade: Pelo Alongamento Pela Redução de Área

Obs.: Um material pouco dúctil é dito frágil.

Cálculo do Alongamento

• Suponha que você quer saber qual o alongamento sofrido

por um corpo de12 mm que, submetido a uma força axial de tração, ficou com 13,2 mm de comprimento.

• A = L f - L o = 13,2mm – 12mm = 0,1 mm/mm ou 10%

Lo 12mm

A unidade mm/mm indica que ocorre uma deformação de 0,1 mm por 1 mm de dimensão do material.

Cálculo da ductilidade pela Redução de Área ou Estricção

 RA(%) = (S

– S

)100

S

No caso de corpos de prova cilíndricos

S0 = d02 e S f = df2

4 4

RA (%) = /4 (d02 –df2)100 = (d02 – df2)100

Variação das Propriedades Mecânicas com o teor de carbono

21

ENSAIO DE TRAÇÃO E TRATAMENTOS TERMICOS

Relação Resistência X

Tenacidade

Um material dúctil com a mesma resistência de um material frágil irá requerer maior energia para ser rompido e portanto é mais tenaz.

Resistência mecânica é a tensão necessária para romper o material

Tenacidade é a energia necessária para romper o material

Material dúctil Material frágil



(M

p

a)

RESILIÊNCIA E TENACIDADE

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 x  = Força x distância = Energia Área distância Volume

Engineering Stress-Strain Curve

ENSAIO DE TRAÇÃO

AVALIAÇÃO

27

Como se determina a Resistência? Como se determina a Rigidez?

Como se determina a Ductilidade?

AVALIAÇÃO

Qual é a propriedade mecânica no ensaio de

tração mais fácil de determinar e a mais precisa?

Máquina de Tração Universal

LR = Carga máxima Área inicial

LR = Carga máxima Área inicial

A Propriedade Mecânica mais rápida, mais simples e mais precisa de ser obtida é o Limite de Resistência à Tração

LR





CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO

ENSAIO DE TRAÇÃO- AÇO ESTRUTURAL SAE 1020 ou ASTM A 36

LR T en sã o , ( M P a) LE min. 250 400 – 550 LRup, Fase Elástica Fase Plástica Fase de Ruptura P a ta m a r d e E sc o a m e n to E n cr u a m e n to E st ri cç ã o (I n st a b il i d a d e ) LR  LE LRup. Alongamento percentual () A min. 20% em 200mm P at am ar d e E sc o am en to E n cr u am en to E st ri cç ão (I n st ab ili d ad e) LR  Estricção

DIMENSIONAMENTO

 adm = Tensão admissível (que se admite possível)

• PARA ESTRUTURAS METÁLICAS:

• ABNT-NBR-8800 Cálculo e execução de estruturas de aço  adm = LE/CS, onde CS (coeficiente de segurança) vale 1,7



= LE/1,7





Para Vasos de Pressão, código ASME-American Society of

Mechenical Engineens, materiais dúcteis e temperaturas dentro da faixa de fluência

Temp. de trabalho ≥ ½ Temp. de fusão do material, o menor dos seguintes valores:

 LR/4  LE/1,6

Tensão que causa uma deformação de 1% em 100.000 h

Turbina a vapor Esfera

DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS À TRAÇÃO DE MATERIAIS METALICOS NBR- 6152

33

NA PRÁTICA INGLÊS NBR- 6152

Deslocamento (l) - Alongamento

Deformação(l/l₀) Deformation Alongamento Percentual

Alongamento (A) Elongation Alongamento Percentual após a ruptura

Limite de Escoamento (LE) ou _r Yield Strength Limite de Escoamento

Máquina de Tração - Ensaios de Rotina

( ) Limite de Elasticidade

( ) Limite de Proporcionalidade ( x ) Limite de Escoamento

( x ) Limite de Resistência à Tração ( ) Limite de Ruptura

( x ) Alongamento ( ) Rigidez

( ) Resiliência ( ) Tenacidade

DÚCTIL X FRÁGIL

FRATURA NO AÇO

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Influências das inclusões alongadas na direção z (espessura)

38 Trinca Interlamelar

Solução : Mudar a geometria da junta

Exame Macrográfico Inclusões

ENSAIO DE TRAÇÃO EM JUNTA SOLDADA ORIENTAÇÃO DO CORPO DE PROVA

CP LONGITUDINAL CP TRANSVERSAL

CORPO DE PROVA TRANSVERSAL MB ZAT ZF ZAT MB Retirada do CP na chapa de teste MB ZAT ZF ZAT MB Cordão de solda

Exercícios

• Que propriedades mecânicas são determinadas em uma junta soldada?

( ) Limite de Escoamento

( ) Limite de Resistência à Tração ( ) Alongamento

Os ensaios dos corpos de prova soldados normalmente determinam

apenas o limite de resistência à tração. Isso porque,

ao efetuar o ensaio de tração de um corpo de prova com

solda, tensiona-se simultaneamente dois materiais de propriedades

diferentes (metal de base e metal de solda). Os valores

obtidos no ensaio não representam as propriedades nem

de um nem de outro material, pois umas são afetadas pelas

outras. O limite de resistência à tração também é afetado por

esta interação, mas é determinado mesmo assim para finalidades

práticas.

EFICÊNCIA DE JUNTA

• Eficiência de junta é a relação entre a resistência de

uma junta e a resistência do metal de base:

• EJ = Resistência da junta (ZF+ZL+ZAT+MB)

1ª LISTA DE XERCÍCIOS – ENSAIOS MECÂNICOS

• 1º) Ao ensaiar uma barra de alumínio de 22 mm de diâmetro, cujo r presumido é de aproximadamente 25

kg/mm2, qual a escala da máquina que se deve usar?

Suponha uma máquina de tração com capacidade de 50 tf e com escalas de 5, 10, 25 e 50 tf.

• 2º) Um corpo de prova de aço de baixo carbono

recozido de 10,02 mm de diâmetro na parte útil tem alongamento em 50 mm igual a 31% e estricção de 55%. Qual foi a leitura do paquímetro para a

determinação do alongamento (A) e da estricção () desse ensaio de tração?

3º) Um ensaio de tração foi realizado em um corpo de prova com um diâmetro original de 12,77mm, um comprimento inicial de 50,8mm e um comprimento final de 66,6mm.

Determinar: a- O módulo de elasticidade(E); b- O limite de

escoamento (LE); c- O limite de resistência(LR) e d- O alongamento especifico percentual(A). Respostas no Sistema Internacional.

Formulário:  = E.; LE = Qesc./So; LR = Qmáx./So; A(%) = (lf – li)100/li; Área inicial, So = .d₂/4.

1MPa = 1N/mm2

4º) Um corpo de prova de aço recozido para tração (E = 30x106 lbf/pol2) possui um diâmetro

mínimo de 0,505 pol e comprimento inicial de 2 pol. A carga máxima é alcançada em 15.000 lbf e a fratura ocorre em 10.000 lbf.

a- Qual a resistência à tração?

b- Por que a fratura ocorre a uma carga menor de que a carga máxima?

c- Qual é a deformação quando se aplica uma tensão de 15.000 lbf/pol2?

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5º) Uma barra de aço e uma barra de alumínio suportam uma força de 453 kg. Se a área da seção transversal da barra de aço é de 645 mm2. Qual deve ser a área da seção

transversal da barra de alumínio para que a deformação elástica seja igual em ambos?

Dados: Eaço = 21.000 kg/mm2 e Ealumínio = 7.500 kg/mm2_.

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EXERCÍCIOS PARA A PROVA

F

F

Alumínio Aço