Universidade Federal do Ceará
Resistência dos Materiais I
Propriedades dos Materiais – CAP 3
Profa. Tereza Denyse de Araújo
Março/2010
Roteiro de aula





Ensaio de Cisalhamento
Ensaio de Torção
Falhas de Materiais
Creep (Fluência)
Fadiga
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Ensaio de Cisalhamento
Ensaio de cisalhamento => produtos acabados
Ex. pinos, rebites, parafusos, cordões de solda, barras e chapas
Cisalhamento puro – material homogêneo isotrópico
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Ensaio de Cisalhamento
Máquina
de tração
Pinos, rebites,
parafusos Dispositivo de
ensaio tipo gaveta
Ensaio
de barras
Ensaio
de
chapas
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Ensaio de Torção
Ensaio de torção => produtos acabados
Ex. virabrequim de automóvel, dos eixos de máquinas, polias,
molas helicoidais e brocas
corpos de prova – material de seção circular cheia (barras) ou
vazada (tubos)
5
Ensaio de Torção
Ensaio de torção manual
Máquina de torção de alta
velocidade
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Diagrama Tensão - Deformação
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Falhas de materiais

Modos de falha:

Deslocamentos excessivos



Escoamento



Recalque
Flambagem de colunas
À temperatura ambiente
Altas temperaturas (creep)
Fratura


Por descontinuidade geométrica (trincas)
Fratura progressivo (fadiga)
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Creep (Fluência)




É a deformação plástica que ocorre num
material, sob tensão constante ou quase
constante, em função do tempo
A temperatura tem um papel importantíssimo
nesse fenômeno
Ocorre devido à movimentação de falhas
Limita o tempo de vida de um determinado
componente ou estrutura
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Creep (Fluência)


Exemplo: A fluência é a capacidade que um
metal tem de alterar o seu tamanho e a sua
resistência mecânica ao longo do tempo
quando apenas sujeito à uma força
constante e uma temperatura de 40% da sua
temperatura de fusão (TF).
É importante para se projetar peças que
resistam à uma alta força, como turbinas,
pontes metálicas e gruas
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Ensaio de Fluência




Objetivo: determinar a vida útil do material nas
condições de carga constante, durante um
período de tempo e sob temperaturas elevadas
Utiliza-se de técnicas de extrapolação dos
resultados, devido ao longo tempo de ensaio
Ocorre em todos os materiais, e no caso de
metais, é afetada por valores de T > 0,4 TF
Corpos de Prova: similares aos do ensaio de
tração
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Ensaio de Fluência




Carga de tração constante
Forno elétrico a temperatura
constante e controlável
Extensômetro para medir
deformação em função do
tempo
Tempo de aplicação de
carga é estabelecido em
função da vida útil esperada
do componente
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Ensaio de Fluência
Hastes de extensão
Pirômetros e
termopares
13
Ensaio de Fluência

Ensaio em 3 categorias:



Ensaio de fluência propriamente dito
Ensaio de ruptura por fluência
Ensaio de relaxação
14
Ensaio de Fluência

Ensaio de fluência propriamente dito


Consiste em aplicar uma determinada carga em um
corpo de prova, a uma dada temperatura, e avaliar a
deformação que ocorre durante a realização do
ensaio
A duração do ensaio é muito variável:



Em geral, o tempo é superior a 1.000 horas
O normal é o tempo de ensaio ter a mesma duração
esperada para a vida útil do produto
Extrapolação: o ensaio é realizado durante um tempo
mais curto
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Curva de Fluência –  x t

Região de encruamento:
onde a velocidade de
fluência é rápida e ocorre
nas primeiras horas.
Velocidade de deformação
(d/dt) é decrescente –
aumento da resistência ao
encruamento
16
Curva de Fluência –  x t

Região de taxa de
deformação constante: A
taxa de fluência (d/dt) é
constante (linear). Estágio
de duração mais longa.
Equilíbrio entre os
processos de encruamento
e recuperação
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Curva de Fluência –  x t

Região de ruptura:
Aceleração da taxa de
fluência, estricção seguido
de ruptura.
18
Ensaio de Fluência

Ensaio de ruptura por fluência


É semelhante ao anterior, só que neste caso os
corpos de prova são sempre levados até a ruptura
Os resultados obtidos no ensaio são:




Tempo para a ruptura do corpo de prova,
Medida da deformação, e
Medida da estricção, em certos casos.
Tempo de duração:  1000 h
19
Curva de Fluência –  x t
20
Ensaio de Fluência

Ensaio de relaxação


Fornece informações sobre a redução da tensão
aplicada ao corpo de prova quando a deformação em
função do tempo é constante a determinada
temperatura
A duração do ensaio é muito variável:


1000 a 2000 horas
Os resultados não têm relação direta com aplicações
práticas e são extrapolados empiricamente para situações
reais
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Ensaio de Fluência

A resistência à fluência é definida como a
tensão a uma determinada temperatura que
produz uma taxa mínima de fluência (d/dt) de
por exemplo 0,0001 por cento/hora ou 0,001 por
cento/hora.

A resistência à ruptura refere-se à tensão a uma
determinada temperatura que produz uma vida
até a ruptura de 100, 1000 ou 10000 horas.
22
Ensaio de Fluência
23
Fratura

Consiste na separação do material em duas
ou mais partes devido à aplicação de uma
carga estática à temperaturas relativamente
baixas em relação ao ponto de fusão do
material
24
Fratura

Processo de fratura



Formação da trinca
Propagação da trinca
Tipos:


Fratura dúctil
Fratura frágil
25
Fratura

Fratura dúctil



O material se deforma substancialmente antes
de fraturar.
O processo se desenvolve de forma
relativamente lenta à medida que a trinca
propaga.
Este tipo de trinca é denomidado estável porque
para ela se propagar deve haver um aumento da
tensão aplicada no material.
26
Fratura dúctil
27
Fratura

Fratura frágil

O material se deforma pouco, antes de fraturar.

O processo de propagação de trinca pode ser
muito veloz, gerando situações catastróficas.

A partir de um certo ponto, a trinca é dita
instável porque se propagará mesmo sem
aumento da tensão aplicada sobre o material.
28
Fratura frágil
A transição dúctil-frágil não é bem definida
29
Fadiga

Ocorre quando peças ou componentes estão
submetidos a esforços dinâmicos ou cíclicos

Caracterizada pela formação e propagação lenta
de trincas microscópicas

Nessas situações o material rompe com tensões
muito inferiores à correspondente à resistência
à tração (determinada para cargas estáticas)
30
Fadiga

É comum ocorrer em estruturas como pontes, aviões,
componentes de máquinas

A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil mesmo em
materiais dúcteis (com pouca deformação plástica)

Ocorre subitamente e sem aviso prévio

Responsável por 90% das Falhas em componentes e peças.
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Cargas de fadiga

Carregamento alternado
32
Cargas de fadiga

Carregamento repetido
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Cargas de fadiga

Carregamento flutuante
34
Cargas de fadiga

Esforços que podem levar à fadiga:




Tração
Tração e compressão
Torção
Flexão
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Ensaio de Fadiga




Aplicação de carga cíclica em um CP;
Extremamente empregado na indústria
automobilística e aeronáutica
O ensaio mais empregado é o de flexão rotativa
Fornece dados quantitativos sobre resistência a
formação de trincas
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Ensaio de Fadiga
Durante o ensaio registra-se Carga (P) em função
de número de ciclos (N)
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Curva de Fadiga –  x N
Limite de resistência à fadiga
(σRf ) = patamar horizontal
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Curva de Fadiga –  x N
Resistência à fadiga (σf ) = tensão
na qual rompe para um no de ciclos
Vida à fadiga (Nf) = no de ciclos
que causará ruptura para uma tensão
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Curva de Fadiga –  x N
40