MATERIAIS PARA ENGENHARIA DE PETRÓLEO
- EPET069 Propriedades Mecânicas dos Materiais
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Um material cristalino
por quatro mecanismos:
pode
Materiais Metálicos
deformar-se
• deslizamento de planos cristalinos
movimentação de discordâncias;
• maclação mecânica;
• difusão;
• transformações de fase.
plasticamente
causado
pela
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Materiais Metálicos
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Materiais Metálicos
A tensão no plano de deslizamento é:
𝐹
𝑠𝑒𝑛 𝜃 = 𝜎𝑇 𝑠𝑒𝑛(𝜃)
𝐴
A tensão no plano e na direção de deslizamento é:
𝜎 = 𝜎𝑇 𝑠𝑒𝑛𝜃𝑐𝑜𝑠𝜆 = 𝜎𝑇 𝑐𝑜𝑠𝜙𝑐𝑜𝑠𝜆
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Materiais Metálicos
A curva tensão versus deformação de um
geralmente apresenta estágios característicos.
Por exemplo, os cristais com estrutura
apresentam três estágios característicos:
monocristal
cristalina
CFC
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Materiais Metálicos
O estágio I é denominado estágio de deslizamento fácil (“easy
glide”).
Tem-se um pequeno encruamento.
O estágio II é denominado estágio de endurecimento linear
(“linear hardening”).
Ocorre acentuada interação entre discordâncias, as
quais formam emaranhados (“dislocation tangles”),
ocasionando considerável encruamento.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Materiais Metálicos
O estágio III é denominado estágio de endurecimento parabólico
(“parabolic hardening”).
Tem-se a ocorrência freqüente de escorregamento com
desvio (“cross-slip”) e as discordâncias formam uma
subestrutura celular (“dislocation cells)
Mecanismos de Endurecimento
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Mecanismos de endurecimento são maneiras de aumentar a
resistência mecânica de um material, ou seja, são
modos de evitar a ocorrência de deformação plástica.
Como nos metais e ligas, a deformação plástica ocorre
predominantemente por movimentação de discordâncias,
aumentar a resistência mecânica significa dificultar a
movimentação de discordâncias.
Mecanismos de endurecimento:
• endurecimento por deformação ou encruamento (“strainhardening ou work-hardening;
• endurecimento
hardening”);
por
solução
sólida
(“solid-solution
• endurecimento por dispersão de partículas incoerentes ou
mecanismo de Orowan;
• endurecimento por precipitação coerente.
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Materiais Cerâmicos
Apresentam alto módulo de elasticidade, são frágeis e muito
duros.
A resistência à tração dos materiais frágeis é muito menor que
as respectivas resistência à compressão e módulo de ruptura
(MOR).
O alongamento plástico da maioria dos materiais cerâmicos na
temperatura ambiente é praticamente desprezível.
Por outro lado, alguns monocristais como por exemplo NaCl,
MgO e KBr apresentam considerável alongamento plástico
quando ensaiados em flexão.
O alongamento plástico dos materiais cerâmicos cresce com o
aumento da temperatura de ensaio.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Materiais Cerâmicos
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Materiais Cerâmicos
As fibras de vidro apresentam um comportamento mecânico
pouco usual, quando comparado com amostras “normais”, isto
é, com diâmetro superior a 1mm.
A resistência mecânica das fibras aumenta acentuadamente com
a diminuição do diâmetro das mesmas.
A explicação para este comportamento é que a diminuição da
secção da fibra faz com que as dimensões e o número dos
defeitos superficiais diminuam.
Fibras com diâmetro por volta de 1µm têm resistência mecânica
próxima da resistência mecânica teórica. As fibras de vidro são
muito utilizadas como reforço nos materiais compósitos de
matriz polimérica.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Materiais Cerâmicos
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Materiais Poliméricos
Os materiais poliméricos apresentam comportamento mecânico
pouco uniforme.
Um material termorígido ou um termoplástico vítreo (como o
poliestireno) apresentam um comportamento tão frágil que
lembra o comportamento mecânico de um material cerâmico.
Os materiais termoplásticos parcialmente cristalinos apresentam
curvas de tensão versus deformação no ensaio de tração que
lembram os metais dúcteis.
Os elastômeros apresentam um comportamento atípico. Eles
apresentam uma região elástica muita extensa. Além disto, esta
região elástica não é totalmente linear, ao contrário da maioria
dos sólidos.
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Materiais Poliméricos
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Materiais Poliméricos
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Materiais Poliméricos
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Materiais Poliméricos
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Materiais Poliméricos
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Materiais Poliméricos
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Materiais Compósitos
Na previsão das propriedades de materiais compósitos é utilizada
frequentemente a chamada regra da mistura:
𝑃𝑀 = 𝑃1 𝑓1 + 𝑃2 𝑓2 +...+𝑃𝑛 𝑓𝑛
𝑛
𝑓𝑖 = 1
𝑖=1
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Tenacidade
A tenacidade de um material é a sua capacidade para absorver
energia na região plástica.
Uma maneira de se avaliar a tenacidade de um
material é através da área total sob a curva tensão versus
deformação obtida em um ensaio de tração.
Esta área é uma indicação da quantidade de trabalho por unidade
de volume que pode ser realizado no material sem causar a sua
fratura.
A tenacidade está relacionada tanto com a resistência quanto com
a ductilidade do material.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Tenacidade
A tenacidade à fratura pode ser definida como sendo a habilidade
do material em resistir à propagação instável de uma trinca,
quando submetido a um carregamento estático.
Um parâmetro muito utilizado para quantificar a tenacidade à
fratura é o fator intensificador de tensão crítico (𝐾𝐼𝐶 ).
Aumentos de dureza, limite de escoamento e limite de
resistência, por meio, por exemplo, de modificações
microestruturais, estão frequentemente associados com perdas de
tenacidade.
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Tenacidade