Prof : Salmen Saleme Gidrão salmenfeb.br

CIÊNCIA DOS MATERIAIS CIÊNCIA DOS MATERIAIS

Prof : Salmen Saleme Gidrão salmen@feb.br

Propriedades Mecânicas II

Tipos de Deformação

Deformações Elástica – deformação

temporária. É totalmente recuperada quando a carga é removida

Deformação Plástica – A deformação plástica é uma deformação permanente. Ela não é recuperada quando a carga é removida.

Carga

Deformação

Elástica

O Ensaio Tensão x Deformação

σ

ε

Os diversos aspectos dos diagramas tensão x deformação

Deformação ε(mm/mm)

σ

A interpretação dos diagramas tensão x deformação

Tensão Máxima

Fratura

Fase Plastica

Fase elástica

Fase elástica e fase plástica

Limite de Escoamento

Fase elástica

Fase plástica

σé proporcional a ε => σ= E.ε A deformação é reversível.

Ligações atómicas são alongadas mas não se rompem.

σnãoé linearmente proporcional a ε. A deformação é quase toda nãoreversível. Ligações atómicas são alongadas e se rompem.

Deformação ε(mm/mm) Região de Escoamento

Determinação do limite de escoamento

Para metais sem patamar de escoamento real, a tensão de escoamento convencionalé definida

como a tensão necessária para promover uma deformação permanente de 0,2% (obtida pela reta

paralela à curva tensão x deformação).

Limite de Escoamento

0,002 Deformação ε(mm/mm

σ

Limite de Escoamento

Fase Elástica Propriedade

α

ε

σ

tg

E

=

=

Deformação ε(mm/mm

Te

ns

ão,

σ

(M

Pa

)

ET01. -Analise o diagrama tensão-deformação do um ensaio de tração e determine: σ ( N /c m 2) ε(mm/mm) 0,0043 410 Fratura 480 300 200

0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

a) Limite Maximo de Tração

b) O módulo de Young

c) O Limite de Escoamento

d) A deformação da fratura 2

/

480

N

cm

=

σ

ε

σ

=

E

0043

,

0

300

=

/

410

N

cm

esc

=

σ

mm

mm

rup

=

0

,

08

/

ε

Aspectos Gerais dos diagramas tensão x deformação

σ_u: tensão última (máxima tensão que se atinge)

σ_R: tensão de ruptura (tensão que, se atingida, provoca a ruptura do material)

σ_e: tensão de escoamento

ε_R: deformação de ruptura (deformação que, se atingida, provoca a ruptura do material)

Ensaio de Tração após da Aplicação da Carga

Ensaio de Tração antes da Aplicação

Aspectos Gerais dos diagramas tensão x deformação

OA – região de comportamento elástico AR – região de comportamento plástico AB – região de escoamento de discordâncias BU – região de encruamento uniforme (empilhamento de discordâncias)

UR – região de encruamento não uniforme (estricção)

A – ponto de escoamento

U – ponto de tensão máxima R – ponto de ruptura

σ_U– limite de resistência do material [Mpa] ou [N/mm2_] σ_R- limite de ruptura do material [Mpa] ou [N/mm2_] σe - limite de escoamento [Mpa] ou [N/mm2_] σp - limite de proporcionalidade [Mpa] ou [N/mm2_]

Aspectos Gerais dos diagramas tensão x deformação

LIMITE DE ESCOAMENTO SUPERIOR

σ_u: tensão última (máxima tensão que se atinge)

σ_R: tensão de ruptura (tensão que, se atingida, provoca a ruptura do material)

σ_e: tensão de escoamento

ε_R: deformação de ruptura (deformação que, se atingida, provoca a ruptura do material) Aspectos Gerais dos diagramas tensão x deformação

Aço: Diagrama tensão x deformação

σ= E ε

Aspectos Gerais dos diagramas tensão x deformação

PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

Ductilidade

• Mede a maxima deformação plástica que o material apresenta antes de sofrer a ruptura (fratura)

• Formas de análise

Materiais Ducteis : Diagrama Tensão

Estricção e limite de ruptura

Te

ns

ão

,

σ

Estricção

Extensão, ε

Limite de ruptura

A partir do limite de ruptura começa a ocorrer uma estricção no provete. A tensão concentra-se nesta região, levando à rotura.

Ductilidade

Ductilidade emem termostermos de de alongamentoalongamento

Corresponde ao alongamento total do material devido à deformação plástica

100

.

%

l

l

l

l

l

o

Alongament

=

∆

=

−

lo– comprimento inicial

lf –comprimento final (após a ruptura

Ductilidade

Ductilidade emem termostermos de de estricçãoestricção

Corresponde à redução na área da seção reta do corpo, imediatamente antes da ruptura Os materiais dúcteis sofrem grande redução na área da seção reta antes da ruptura

100

.

A

A

A

A

A

ESTRICÇÃO

=

∆

=

−

Ao– Area inicial

Af –Area final (após a ruptura

ET06. Avaliar a ductibilidade do material em função do alongamento e da estricção.

100

.

%

0 0

0

l

l

l

l

l

o

Alongament

=

∆

=

−

%

56

100

.

50

50

78

%

Along

=

−

=

%

5

,

22

100

.

200

200

245

%

Along

=

−

=

Resiliência

• Resiliência é a capacidade do material em absorver energia quando deformado e devolvê-la quando relaxado (descarregado)

23

• Forma de análise

•

Modulo de resiliencia

deformação correspondente

σ

ε

Limite de Escoamento

Fratura

Deformação ε(mm/mm

2 y

y y y

1

U

2

2E

σ

=

σ ⋅ ε =

Modulo de Resiliência (U)

Tenacidade

• Tenacidade (toughness) é a capacidade que o material possui de absorver energia mecânica até a fratura.

Determinação:

Área sob a curva σx εaté a fratura

σ

ε

Limite de Escoamento

Fratura

Deformação ε(mm/mm

2 y

y y y

1

U

2

2E

σ

=

σ ⋅ ε =

Modulo de Tenacidade (U)

Referem-se a Tenancidade

Dúctil

Frágil

Extensão, ε

Te

ns

ão

,

σ

O material frágil tem maior limite de escoamento e maior limite de resistência. No entanto, tem menor tenacidade devido à falta de ductilidade (a área sob a curva correspondente é muito menor).

• Friável - (frágil, quebradiço): Que pode ser quebrado • Maleável: Pode ser transformado facilmente em lâminas.

•Séctil: Pode ser facilmente cortado com um canivete.

•Dúctil: Pode ser transformado facilmente em fios.

• Flexível: Pode ser dobrado, mas não recupera a forma anterior. • Elástico: Pode ser dobrado mas recupera a forma anterior

.

Tensão e Deformação Verdadeiras - O verdadeiro diagrama Tensão x Deformação

A curva

σ

ε

denominada curva

σ

ε

Ela não apresenta informação reais porque se baseia somente nas características do corpo de prova que são continuamente alteradas durante o ensaio.

Na curva de engenharia a tensão passa por um máximo, parecendo indicar que, a partir deste valor, o material se torna mais fraco, o que nãoé verdade.

Curva σ − εreal

Fractura

Fractura

Resumo da curva σ−εe Propriedades

Região elástica(deformação reversível) e região plástica(deformação quase toda irreversível).

Módulo de Young oumódulo de elasticidade=>derivada da curva na região elástica (linear).

Limite de cedência (yield strength)=>define a transição entre regiões elástica e plástica => tensão que, libertada, gera uma deformação residual de 0.2 %.

Limite de resistência (tensile strength)=>tensão máxima na curva σ−εde engenharia.

Ductilidade=>medida da deformabilidade do material

Resiliência =>medida da capacidade de absorver e devolver energia mecânica => área

sob a região linear.

Tenacidade (toughness) =>medida da capacidade de absorver energia mecânica até a fractura => área sob a curva até a fractura.

EP.01 Determine:

a) A resistência a tração de uma barra de aço de 1,25 cm diâmetro e comprimento de 1,5 metros que foi submetida ao ensaio de tração. A carga cuja amostra rompeu foi de 18000 kgf.

b) A resistência á compressão de uma amostra de concreto em um corpo de prova cilíndrico e de dimensões 5 cm (diametro) x 15 cm (altura)

EP.03 Explique, do ponto de vista da ciência dos materiais, a alteração de volume do material quando sujeito a tensões abaixo do seu limite de elasticidade. Explique também porque as deformações elásticas são reversíveis.

EP.02 Caracterize:

a. Construa um diagrama tensão x deformação

b. Determine o módulo de elasticidade.

c. Determine o limite de escoamento para uma pré-deformação de 0,002.

d. Determine o limite de resistência à tração desta liga.

e. Qual é a ductilidade, em alongamento percentual?