3-PROPRIEDADES
MECÂNICAS DOS METAIS
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PROPRIEDADES
MECÂNICAS
POR QUÊ ESTUDAR?
 A determinação e/ou conhecimento das
propriedades mecânicas é muito importante
para a escolha do material para uma
determinada aplicação, bem como para o projeto
e fabricação do componente.
 As propriedades mecânicas definem o
comportamento do material quando sujeitos à
esforços mecânicos, pois estas estão
relacionadas à capacidade do material de resistir
ou transmitir estes esforços aplicados sem
romper e sem se deformar de forma
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incontrolável.
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Principais propriedades
mecânicas

Resistência à tração
Elasticidade
Ductilidade
Fluência
Fadiga
Dureza

Tenacidade,....





Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade
do material de resistir às forças mecânicas e/ou de
transmiti-las
3
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TIPOS DE TENSÕES QUE UMA
ESTRUTURA ESTA SUJEITA
Tração
 Compressão
 Cisalhamento
 Torção

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Como determinar as
propriedades mecânicas?



A determinação das propriedades mecânicas é
feita através de ensaios mecânicos.
Utiliza-se normalmente corpos de prova
(amostra representativa do material) para o
ensaio mecânico, já que por razões técnicas e
econômicas não é praticável realizar o ensaio na
própria peça, que seria o ideal.
Geralmente, usa-se normas técnicas para o
procedimento das medidas e confecção do corpo
de prova para garantir que os resultados sejam
comparáveis.
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NORMAS TÉCNICAS
As normas técnicas mais comuns são
elaboradas pelas:

ASTM (American Society for Testing and
Materials)
 ABNT (Associação Brasileira de
Normas Técnicas)
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TESTES MAIS COMUNS PARA SE
DETERMINAR AS PROPRIEDADES
MECÂNICAS DOS METAIS








Resistência à tração (+ comum,
determina a elongação)
Resistência à compressão
Resistência à torção
Resistência ao choque
Resistência ao desgaste
Resistência à fadiga
Dureza
Etc...
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CLASSIFICAÇÃO DOS
Ensaios Mecânicos
Fonte: Carlos Alexandre dos Santos-Pucrs
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RESISTÊNCIA À TRAÇÃO


É medida
submetendo-se o
material à uma carga
ou força de tração,
paulatinamente
crescente, que
promove uma
deformação
progressiva de
aumento de
comprimento
NBR-6152 para
metais
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ESQUEMA DE MÁQUINA
PARA ENSAIO DE TRAÇÃO
PARTES BÁSICAS



Sistema de aplicação de carga
dispositivo para prender o corpo de prova
Sensores que permitam medir a tensão
aplicada e a deformação promovida
(extensiômetro)
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RESITÊNCIA À TRAÇÃO
TENSÃO () X Deformação ()
 = F/Ao
Kgf/cm2 ou Kgf/mm2 ou N/ mm2
Área inicial da seção reta transversal
Força ou carga
Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a
deformação (variação dimensional).
A deformação pode ser
expressa:
•O número de milímetrosa de deformação
por milímetros de comprimento
• O comprimento deformado como uma
percentagem do comprimento original
Deformação()= lf-lo/lo=
l/lo
lo= comprimento inicial
lf= comprimento final
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Comportamento dos metais quando
submetidos à tração
Resistência à tração
Dentro de certos limites,
a deformação é proporcional
à tensão (a lei de Hooke é
obedecida)
Lei de Hooke:
=E
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A deformação pode ser:
Elástica
 Plástica

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Deformação Elástica e Plástica
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA




Prescede à deformação
plástica
É reversível
Desaparece quando a tensão é
removida
É praticamente proporcional à
tensão aplicada (obedece a lei
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA


É provocada por tensões que
ultrapassam o limite de elasticidade
É irreversível porque é resultado do
deslocamento permanente dos
átomos e portanto não desaparece
quando a tensão é removida
de Hooke)
Elástica
Plástica
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Módulo de elasticidade ou
Módulo de Young
E= /  =Kgf/mm2
• É o quociente entre a tensão
aplicada e a deformação
elástica resultante.
•Está relacionado com a rigidez
do material ou à resist. à
deformação elástica
•Está relacionado
diretamente com as forças
das ligações interatômicas
P
A lei de Hooke só é
válida até este ponto
Tg = E

Lei de Hooke:
 = E 15
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Módulo de Elasticidade para
alguns metais
Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o
material ou menor é a sua deformação elástica quando
aplicada uma dada tensão
MÓDULO DE ELASTICIDADE
[E]
GPa
106 Psi
Magnésio
45
6.5
AlumÍnio
69
10
Latão
97
14
Titânio
107
15.5
Cobre
110
16
Níquel
204
30
Aço
207
30
Tungstênio
407
59
16
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Comportamento não-linear

Alguns metais
como ferro fundido
cinzento, concreto
e muitos polímeros
apresentam um
comportamento não
linear na parte
elástica da curva
tensão x
deformação
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Considerações gerais sobre
módulo de elasticidade
Como consequência do módulo de
elasticidade estar diretamente
relacionado com as forças interatômicas:
 Os materiais cerâmicos tem alto módulo
de elasticidade, enquanto os materiais
poliméricos tem baixo
 Com o aumento da temperatura o módulo
de elasticidade diminui
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Anisotropia no Módulo de
Elasticidade
• em material monocristalino o
módulo de elasticidade depende
da direção de aplicação da
tensão nos eixos
cristalográficos, pois a interação
atômica varia com a direção.
• Neste caso especifica-se as
constantes elásticas
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O COEFICIENTE DE POISSON PARA
ELONGAÇÃO OU COMPRESSÃO
• Qualquer
elongação ou
compressão de
uma estrutura
cristalina em
uma direção,
causada por
uma força
uniaxial, produz
um ajustamento
nas dimensões
perpendiculares
à direção da
força
z
x
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O COEFICIENTE DE POISSON PARA
TENSÕES DE CISALHAMENTO
• Tensões de
cisalhamento
produzem
deslocamento
de um plano de
átomos em
relação ao plano
adjacente
Módulo de
Cisalhamento ou de
rigidez
•A deformação
elástica de
cisalhamento é
dada ( ):
= tg
Como para metais ~0,3
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G~0,4E
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Módulo de Cisalhamento

É conhecido também como módulo
de elasticidade transversal.
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Forças de compressão,
cisalhamento e torção

O comportamento elástico também
é observado quando forças
compressivas, tensões de
cisalhamento ou de torção são
impostas ao material
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O FENÔMENO DE
ESCOAMENTO
Esse fenômeno é 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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Outras informações que podem ser
obtidas das curvas tensãoxdeformação
Tensão de escoamento
Escoamento
y= tensão de escoamento
(corresponde a tensão máxima
relacionada com o fenômeno de
escoamento)
• De acordo com a curva “a”, onde não observase nitidamente o fenômeno de escoamento
•Alguns aços e outros materiais exibem o
comportamento da curva “b”, ou seja, o limite
de escoamento é bem definido (o material
escoa- deforma-se plasticamente-sem
praticamente aumento da tensão). Neste caso,
geralmente a tensão de escoamento
corresponde à tensão máxima verificada durante
a fase de escoamento
Não ocorre escoamento
propriamente dito
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Limite de Escoamento
quando não observa-se
nitidamente o fenômeno
de escoamento, a tensão de
escoamento corresponde
à tensão necessária para promover
uma deformação permanente de
0,2% ou outro valor especificado
(obtido pelo método gráfico
indicado na fig. Ao lado)
Fonte figura: Prof. Sidnei Paciornik do Departamento de Ciência dos Materiais
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e Metalurgia da PUC-Rio
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Limite de Escoamento
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Outras informações que podem ser
obtidas das curvas tensãoxdeformação
Resistência à Tração
(Kgf/mm2)

Corresponde à tensão
máxima aplicada ao
material antes da
ruptura

É calculada dividindo-se
a carga máxima
suportada pelo material
pela área de seção reta
inicial
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Outras informações que podem ser
obtidas das curvas tensãoxdeformação
Tensão de Ruptura
(Kgf/mm2)


Corresponde à tensão que
promove a ruptura do
material
O limite de ruptura é
geralmente inferior ao
limite de resistência em
virtude de que a área da
seção reta para um
material dúctil reduz-se
antes da ruptura
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Outras informações que podem ser obtidas das
curvas tensãoxdeformação
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Ductilidade em termos de alongamento
Corresponde
ao
alongamento total do
material devido à
deformação plástica
%alongamento=
(lf-lo/lo)x100
onde lo e lf correspondem
ao comprimento inicial e
final (após a ruptura),
respectivamente
ductilidade
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Ductilidade expressa como
alongamento


Como a
deformação final é
localizada, o valor
da elongação só
tem significado se
indicado o
comprimento de
medida
Ex: Alongamento:
30% em 50mm
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Ductilidade expressa como
estricção
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
Estricção= área inicial-área final
área inicial

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Outras informações que podem ser
obtidas das curvas tensãoxdeformação
Resiliência


Corresponde à capacidade do
material de absorver energia
quando este é deformado
elasticamente
A propriedade associada é
dada pelo módulo de resiliência
(Ur)
esc
Ur= esc2/2E

Materiais resilientes são
aqueles que têm alto limite de
elasticidade e baixo módulo de
elasticidade (como os materiais
utilizados para molas)
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Outras informações que podem ser
obtidas das curvas tensãoxdeformação
Tenacidade

Corresponde à capacidade
do material de absorver
energia até sua ruptura
tenacidade
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Módulo de tenacidade
Materiais dúcteis
 Ut=
esc + LRT
. f
em N.m/m3
2
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Módulo de tenacidade
Materiais frágeis
 Ut= 2/3
. LRT. f
em N.m/m3
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Algumas propriedades
mecânicas para alguns metais
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VARIAÇÃO DA PROPRIEDADES
MECÂNICAS COM A TEMPERATURA
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TENSÃO E DEFORMAÇÃO
REAIS OU VERDADEIRAS
• A curva de tensão x
deformação convencional,
estudada
anteriormente,
não
apresenta
uma
informação
real
das
características tensão e
deformação
porque
se
baseia
somente
nas
características
dimensionais originais do
corpo de prova ou amostra
e que na verdade são
continuamente
alteradas
durante o ensaio.
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TENSÃO E DEFORMAÇÃO
REAIS
TENSÃO REAL (r)

r = F/Ai
onde Ai é a área da
seção transversal
instantânea (m2)
DEFORMAÇÃO REAL (r)


d  r = dl/l
 r = ln li/lo
Se não há variação de
volume
Ai.li = Ao.lo
  r = ln Ai/Ao
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RELAÇÕES ENTRE TENSÕES E
DEFORMAÇÕES VERDADEIRAS E
CONVENCIONAIS
RELAÇÃO ENTRE
TENSÃO REAL E
CONVENCIONAL
 r
RELAÇÃO ENTRE
DEFORMAÇÃO REAL E
CONVENCIONAL
=  (1+ )  
r
= ln (1+ )
Estas equações são válidas para situações até
a formação do pescoço
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TENSÃO CORRETA PARA A REGIÃO DE
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
r
=
n
kr
K e n são constantes
que dependem do
material e dependem
do tratamento dado
ao mesmo, ou seja, se
foram tratados
termicamente ou
encruados
correta
A tensão correta de ruptura é
devido a outros componentes
de tensões presentes, além da
tensão axial
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Ken
K= coeficiente de resistência
(quantifica o nível de resistência que
o material pode suportar)
 n= coeficiente de encruamento
(representa a capacidade com que o
material distribui a deformação)

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K e na para alguns
materiais
Material
Aço baixo teor de carbono
recozido
Aço 4340 recozido
Aço inox 304 recozido
Alumínio recozido
Liga de Alumínio 2024 T
Cobre recozido
Latão 70-30 recozido
n
0,26
K (MPa)
530
0,15
0,45
0,2
0,16
0,54
0,49
640
1275
180
690
315
895
44
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Determinação de K e n
 Log
r =log k+ n log r
extrapolando
Para r= 1
r =k
K
r
Inclinação= n
1
r
45
46
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