Propriedades Mecânicas dos Materiais
• Formas de carregamento externo:
Tração
Compressão
Cisalhamento
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• Teste de tração: Célula de carga Corpo de prova Extensômetro Detalhe do início da estricção do material Gráfico de x do material ensaiadoPropriedades Mecânicas dos Materiais
• Gráfico de tensão vs. deformação ( x ):
Fratura
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• Comportamento x :
elástica plástica
tensão
deformação
•
Deformação elástica: é reversível, ou seja, quando a carga é retirada, o material volta às suas dimensões originais; átomos se movem, mas não ocupam novas posições na rede cristalina;
numa curva de x , a região elástica é a parte linear inicial do gráfico.
• Deformação plástica: é irreversível, ou seja, quando a cargá é retirada, o material não recupera suas dimensões originais;
átomos se deslocam para novas posições
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• Comportamento x - Deformação Elástica:
Em um teste de tração, se a deformação observada no material for do tipo elástica, então a relação entre a tensão e a deformação é dada pela lei de Hook:
= E.
;
E
é o módulo de Young, ou módulo de elasticidade, e tem as mesmas unidades de
, N/m2. Descarga Coeficiente angular = E Cargatens
ão
deformação
Para deformações por cisalhamento a relação é equivalente:
= G.
,
ondePropriedades Mecânicas dos Materiais
• Aneslaticidade: Para a maioria dos materiais de engenharia, existirá uma componente de deformação elástica que é dependente do tempo;
A deformação elástica continuará após a aplicação da tensão e após o alívio da carga, passará um intervalo de tempo finito até que o material recupere sua forma original.
Para alguns materiais, a porção inicial da curva tensão vs. deformação não é linear, sendo necessário o uso de outros métodos para a determinação do seu módulo de elasticidade.
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• Módulo de elasticidade: fatores influentes
• Coeficiente de Poisson (
): definido como sendo a razão entre as deformações lateral e axial.O coeficiente de Poisson pode ser usado para estabelecer uma relação entre o módulo de elasticidade e o módulo de cisalhamento de um material.
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• Módulos de elasticidade, de cisalhamento e coeficientes de Poisson para várias ligas metálicas à temperatura ambiente.
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• Deformação Plástica:
tensão e deformação não são proporcionais; a deformação não é reversível;
a deformação ocorre pela quebra e rearranjo das ligações atômicas (em materiais cristalinos, pelo movimento das discordâncias).
fratura
Cor
po
de
prov
a p
ad
rã
o
Deformação elástica Deformação plástica uniforme estricçãoPropriedades Mecânicas dos Materiais
• Tipos de material e as curvas de x
tensão
tensão
tensão
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• Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento:
o escoamento indica o início da deformação plástica do material.
elástica plástica
deformação
Limite superior de escoamento Limite inferior de escoamentodeformação
tensão
tensão
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• Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento
elástica plástica
deformação
tensão
y é determinado pelo método de pré-deformação específica, geralmente de 0,002; ou seja, é a tensão capaz de causar uma deformação permanente de 0,2% no material; O ponto de escoamento (P), também
chamado limite de proporcionalidade corresponde à posição na curva onde a condição de linearidade termina, ou seja, onde a lei de Hook deixa de valer.
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• Propriedades de tração: Ductilidade
é o grau de deformação plástica suportado até a fratura do material;
pode ser medida pelo alongamento percentual ou pela redução de área percentual.
tensão
deformação
frágil dúctil Alongamento percentual: AL % = [(lf – l0)/l0]/x100Redução de área percentual
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• Propriedades mecânicas típicas de vários metais e ligas em um estado recozido.
MPa
310
psi
deformação
Comportamento
x
doPropriedades Mecânicas dos Materiais
• Propriedades de tração: Resiliência:
capacidade de um material estocar energia quando deformado elasticamente e depois de aliviada a carga, ter essa energia recuperada.
o módulo de resiliência Ur representa a energia de deformação por volume necessária para tensionar um material de um estado sem carregamento até a sua tensão limite de escoamento.
Na região elástica linear:
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• Deformação plástica: Tenacidade:
representa uma medida da capacidade de um material absorver energia até a sua fratura; equivale a área sob a curva x até o ponto de fratura.
• O diagrama x de engenharia
tensão
deformação
No diagrama de engenharia clássico de tensão vs. deformação, teremos: 1- módulo de elasticidade; 2 – tensão de escoamento;3 – limite de resistência à tração; 4 – ductilidade: 100x
fratura5 – tenacidade:
d
Tensão de fraturaPropriedades Mecânicas dos Materiais
• Diagrama real vs. Diagrama de engenharia
Tensão
(p
si)
x10
3Deformação (mm/mm) x 10
-2 Tensão real fratura fratura Tensão de engenharia • Diagrama real
x
:
v= F/A
i
v= ln (l
i/l
0)
• Se Vi = V0:
v=
(1+
)
v= ln (1+
)
Onde os índices: i = instantâneo 0 = inicial
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• Tensão e deformação reais:
– para alguns metais e ligas, a relação entre a tensão verdadeira e a deformação verdadeira, até o ponto de estricção, pode ser aproximadamente dada pela relação:
tens
ão
deformação
verdadeira engenharia corrigida
v= K.
v n K e n são constantes que dependem da condição do material e são tabelados.Propriedades Mecânicas dos Materiais
• Recuperação elástica durante uma deformação plástica
tens
ão
deformação
descarga Reaplicação da carga Recuperação da deformação elástica Diagrama esquemático
x
em tração, mostrando os fenômenos de recuperação da deformação elástica e encruamento. O limite de escoamento inicial é designado por
y0;
y1 é o limite deelasticidade após a liberação da carga no ponto D e depois sob reaplicação da carga.
