Ensaio de materiais
Parte I
Aula 05
ENSAIOS DE MATERIAIS
Pelos ensaios é que se verifica se os materiais
apresentam as propriedades que os tornarão
adequados ao seu uso.
Nos séculos passados, como a construção dos
objetos era essencialmente artesanal, não havia um
controle de qualidade regular dos produtos fabricados.
A qualidade era avaliada pelo uso.
Atualmente, entende-se que o controle de
qualidade precisa começar pela matéria-prima e deve
ocorrer durante todo o processo de produção,
incluindo a inspeção e os ensaios finais nos produtos
acabados.
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ENSAIOS DE MATERIAIS
Os ensaios mecânicos dos materiais são
procedimentos padronizados que compreendem testes,
cálculos, gráficos e consultas a tabelas, tudo isso em
conformidade com normas técnicas.
Realizar um ensaio consiste em submeter um
objeto já fabricado ou um material que vai ser
processado industrialmente a situações que simulam os
esforços que eles vão sofrer nas condições reais de uso,
chegando a limites extremos de solicitação.
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Onde são feitos os ensaios?
Os ensaios podem ser realizados na própria oficina
ou em ambientes especialmente equipados para essa
finalidade: os laboratórios de ensaios.
Os ensaios podem ser realizados em protótipos, no
próprio produto final ou em corpos de prova e, para
serem confiáveis, devem seguir as normas técnicas
estabelecidas.
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NORMAS TÉCNICAS
Quando se trata de realizar ensaios mecânicos, as
normas mais utilizadas são as referentes à especificação
de materiais e ao método de ensaio.
Um método descreve o correto procedimento para
se efetuar um determinado ensaio mecânico.
Desse modo, seguindo-se sempre o mesmo
método, os resultados obtidos para um mesmo
material são semelhantes e reprodutíveis onde quer
que o ensaio seja executado.
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NORMAS TÉCNICAS
As normas técnicas mais utilizadas pelos
laboratórios de ensaios provêm das seguintes
instituições:
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas;
ASTM – American Society for Testing and Materials;
DIN – Deutsches Institut für Normung;
AFNOR – Association Française de Normalisation;
BSI – British Standards Institution;
ASME – American Society of Mechanical Engineer;
ISO – International Organization for Standardization;
JIS – Japanese Industrial Standards;
SAE – Society of Automotive Engineers;
COPANT – Comissão Panamericana de Normas Técnicas;
Além dessas, são também utilizadas normas particulares
de indústrias ou companhias governamentais.
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ENSAIOS DE MATERIAIS
Exemplos de ensaios que podem ser realizados na
oficina:
Ensaio por lima - É utilizado para verificar a dureza
por meio do corte do cavaco. Quanto mais fácil é retirar
o cavaco, mais mole o material. Se a ferramenta desliza
e não corta, podemos dizer que o material é duro;
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ENSAIOS DE MATERIAIS
Exemplos de ensaios que podem ser realizados na
oficina:
Ensaio pela análise da centelha – É utilizado para
fazer a classificação do teor de carbono de um aço, em
função da forma das centelhas que o material emite ao
ser atritado num esmeril.
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ENSAIOS DE MATERIAIS
“ Por meio dos ensaios realizados em
oficina não se obtêm valores precisos,
apenas conhecimentos de características
específicas dos materiais”.
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ENSAIOS DE MATERIAIS
Destrutivos
Provocam a
inutilização parcial
ou total da peça
Não-Destrutivos
Não comprometem
a integridade da
peça
Estáticos
Carga aplicada
lenta
Dinâmicos
Carga aplicada
rapidamente ou
ciclicamente
Carga Constante
Carga aplicada
durante um longo
período
Quanto à
Integridade
Quanto à
Velocidade
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TIPOS DE ENSAIOS MECÂNICOS
Ensaios Destrutivos: Ensaios destrutivos são aqueles que deixam algum
sinal na peça ou corpo de prova submetido ao ensaio, mesmo que estes
não fiquem inutilizados, tais como:
- Tração;
- Compressão;
- Cisalhamento;
- Dobramento;
- Flexão;
-Embutimento;
- Torção;
- Dureza;
- Fluência;
- Fadiga;
- Impacto;
- Macro e micrografia.
Ensaios Não Destrutivos: Ensaios não destrutivos são aqueles que após
sua realização não deixam nenhuma marca ou sinal e, por conseqüência,
nunca inutilizam a peça ou corpo de prova. Por essa razão, podem ser
usados para detectar falhas em produtos acabados e semi-acabados. Os
ensaios não destrutivos tratados são:
- Visual;
- Líquido Penetrante;
- Partículas Magnéticas;
- Ultra-som;
-Radiografia industrial.
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ENSAIO DE TRAÇÃO
Conceito: O ensaio de tração consiste em submeter
o material a um esforço que tende a alongá-lo até a
ruptura. Os esforços ou cargas são medidos na própria
máquina de ensaio.
Os ensaios de tração permitem conhecer como os
materiais reagem aos esforços de tração, quais os
limites de tração que suportam e a partir de que
momento rompem-se.
Equipamento: é realizado na Máquina Universal de
Ensaios.
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ENSAIO DE TRAÇÃO
Máquina Universal de
Ensaios
Vídeo Telecurso 2000
Ensaios de Materiais
03 Ensaio de tracao
propriedades
mecanicas
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ENSAIO DE TRAÇÃO
Propriedades Avaliadas: verifica-se a tensão (ou
tensão de tração), alongamento ou deformação,
estricção, limite de ruptura, limite de resistência, limite
de escoamento, limite elástico e plástico e o módulo de
elasticidade.
Material a Ensaiar: são realizados em todos os
tipos de materiais, aços, alumínio, etc.
Observação: estes ensaios são realizados em
corpos de prova normalizados de secção retangular ou
cilíndrica.
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ENSAIO DE TRAÇÃO
Há dois tipos de deformação, que se sucedem
quando o material é submetido a uma força de tração:
a elástica e a plástica.
Deformação elástica: não é permanente. Uma vez
cessados os esforços, o material volta à sua forma
original.
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ENSAIO DE TRAÇÃO
Deformação plástica: é permanente. Uma vez
cessados os esforços, o material recupera a
deformação elástica, mas fica com uma deformação
residual
plástica, não voltando mais à sua forma
original.
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ENSAIO DE TRAÇÃO
C: 12,5mm
B: 55,0mm
G: 25mm
A: 32mm
R: 6mm
T: 7mm
ENSAIO DE TRAÇÃO
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ENSAIO DE TRAÇÃO
Aspecto do corpo de prova ensaiado.
Tensão (de Tração ou Normal)
Onde:
σ = Tensão. Unidade: N/mm².
F = Carga instantânea aplicada em uma direção
perpendicular à seção transversal do corpo de prova.
Unidade: N (Newton).
A = Área original da seção transversal antes da
aplicação de qualquer carga. Unidade: mm²
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Deformação
Onde:
ε = Deformação ou Alongamento. Unidade: %.
Lo = Comprimento original antes de qualquer carga ser
aplicada. Unidade: mm ou m.
Li = Comprimento instantâneo. Unidade: mm ou m.
Δl = Li – Lo (Variação entre o comprimento inicial e o
comprimento em um dado instante).
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Diagrama Tensão x Deformação
Aplicando a fórmula da tensão podemos obter
os valores de tensão para montar um gráfico que
mostre as relações entre tensão e deformação. Este
gráfico é conhecido por diagrama tensão-deformação.
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Limite Elástico
Observe no diagrama o ponto A no final da parte
reta do gráfico. Este ponto representa o limite elástico.
O limite elástico recebe este nome porque, se o ensaio
for interrompido antes deste ponto e a força de tração
for retirada, o corpo volta à sua forma original, como faz
um elástico.
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Limite Elástico
Na fase elástica os metais obedecem à lei de Hooke.
Suas deformações são diretamente proporcionais às
tensões aplicadas.
Em 1678, Sir
Robert Hooke
descobriu que uma
mola tem sempre a
deformação (ε)
proporcional à
tensão aplicada (T),
desenvolvendo assim
a constante da mola
(K), ou lei de Hooke,
onde K = T/ε.
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Módulo de Elasticidade
Na fase elástica, se dividirmos a tensão pela
deformação, em qualquer ponto, obteremos sempre um
valor constante.
Este valor constante é chamado módulo de
elasticidade. O módulo de elasticidade é a medida da
rigidez do material.
Quanto maior for o módulo, menor será a
deformação elástica resultante da aplicação de uma
tensão e mais rígido será o material.
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Limite de Escoamento
Terminada a fase elástica, tem início a fase
plástica, na qual ocorre uma deformação permanente
no material, mesmo que se retire a força de tração.
No início da fase plástica ocorre um fenômeno
chamado escoamento. O escoamento caracteriza-se
por uma deformação permanente do material sem que
haja aumento de carga, mas com aumento da
velocidade de deformação.
Durante o escoamento a carga oscila entre valores
muito próximos uns dos outros.
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Limite de Escoamento
Esse fenômeno e nitidamente observado em
alguns metais de natureza dúctil, como aços baixo
teor de carbono. Caracteriza-se por um grande
alongamento sem acréscimo de carga.
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Limite de Resistência
Após o escoamento ocorre o encruamento, que
é um endurecimento causado pela quebra dos grãos
que compõem o material quando deformados a frio.
O material resiste cada vez mais à tração
externa, exigindo uma tensão cada vez maior para se
deformar.
Nessa fase, a
tensão recomeça a
subir, até atingir
um valor máximo
num ponto
chamado de limite
de resistência (B).
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Limite de Ruptura
Continuando a tração, chega-se à ruptura do
material, que ocorre num ponto chamado limite de
ruptura (C). Note que a tensão no limite de ruptura é
menor que no limite de resistência,
devido à diminuição
da área que ocorre
no corpo de prova
depois que se atinge
a carga máxima.
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Estricção
É a redução percentual da área da seção transversal do
corpo de prova na região onde vai se localizar a ruptura.
A estricção
determina a
ductilidade do
material.
Quanto maior
for a
porcentagem de
estricção, mais
dúctil será o
material.
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Região de deslizamentos
e discordâncias
Revisando
Início do processo de ruptura
Ruptura total
Região de encruamento
A – Limite Elástico.
A’ – Limite de
Proporcionalidade.
B – Limite de Resistência.
C – Limite de Ruptura.
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Gráfico Tensão x Deformação
para Aços
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Gráfico Tensão x Deformação
para Ligas Metálicas
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ENSAIO DE COMPRESSÃO
Conceito: comprime-se um material até o seu
achatamento.
Na fase de deformação elástica, o corpo volta ao
tamanho original quando se retira a carga de
compressão. Na fase de deformação plástica, o corpo
retém uma deformação residual depois de ser
descarregado.
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ENSAIO DE COMPRESSÃO
Equipamento: é realizado na Máquina Universal de
Ensaios.
Propriedades Avaliadas: verifica-se a tensão de
compressão, deformação, limite de proporcionalidade,
limite de escoamento e módulo de elasticidade.
Material a Ensaiar: são realizados em materiais
dúcteis, frágeis (ferro fundido, madeira, pedra,
concreto), ou produtos acabados ( tubos e molas).
Observação: estes ensaios são realizados em
corpos de prova ou nos próprios produtos
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ENSAIO DE COMPRESSÃO
Limitações: Não é muito utilizado para os metais
em razão das dificuldades para medir as suas
propriedades. Os valores numéricos são de difícil
verificação, podendo levar a erros.
Um problema é a possível ocorrência de
flambagem, isto é, encurvamento do corpo de prova,
que decorre da instabilidade na compressão do metal
dúctil. A flambagem ocorre
principalmente em corpos de
prova com comprimento maior
em relação ao diâmetro.
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Referências
CALLISTER Jr, William. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma introdução. 5ª Ed.
Rio de Janeiro. LTC. 2005.
VAN VLACK, Laurence Hall. Princípios de Ciência dos Materiais. 4ª Ed. São Paulo.
Edgard Blücher. 2002.
PADILHA, Ângelo Fernando. Materiais
Propriedades. São Paulo. Hemus. 2007.
de
Engenharia:
Microestrutura
e
SHACKELFORD, J. F. Ciência dos Materiais. 6ª Ed. Pearson. 2008.
SENAI. Telecurso 2000 Profissionalizante. São Paulo.
PASCOALI, S. Apostila de Tecnologia dos Materiais I. CEFET – SC. Araranguá.
2008.
Kanieski, L. Ensaios de Materiais: Apostila. Colégio Evangélico de Panambi. 2005.
Centro Paula Souza. Ensaios Tecnológicos. São Paulo.