Propriedades Mecânicas dos Materiais
•
Formas de carregamento externo:
Compressão
Torção
Tração
Cisalhamento
Propriedades Mecânicas dos Materiais
•
Teste de tração:
Célula de
carga
Extensômetro
Detalhe do início da
estricção do
material
Corpo de
prova
Gráfico de  x  do
material ensaiado
Propriedades Mecânicas dos Materiais
•
Gráfico de tensão vs. deformação ( x ):
Fratura
Fratura
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Comportamento  x :
elástica plástica
• Deformação
elástica: é reversível, ou
seja, quando a carga é retirada, o material
volta às suas dimensões originais;
 átomos se movem, mas não ocupam
novas posições na rede cristalina;
tensão
•
 numa curva de  x , a região elástica é
a parte linear inicial do gráfico.
• Deformação plástica: é irreversível, ou
seja, quando a carga é retirada, o material
não recupera suas dimensões originais;
 átomos se deslocam para novas posições
em relação uns aos outros.
deformação
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Comportamento  x  - Deformação Elástica:
 Em um teste de tração, se a deformação observada no material for do tipo elástica, então
a relação entre a tensão e a deformação é dada pela lei de Hook:

 = E. ;
E é o módulo de Young, ou módulo de elasticidade, e tem as mesmas unidades
, N/m2.
Descarga
tensão
•
Coeficiente angular = E
Carga
deformação
Para
deformações
por
cisalhamento a relação é
equivalente:  = G., onde
G = módulo de cisalhamento.
de
Propriedades Mecânicas dos Materiais
Para alguns materiais, a porção inicial
da curva tensão vs. deformação não
é linear, sendo necessário o uso de
outros métodos para a determinação
do seu módulo de elasticidade.
•
Aneslaticidade: Para a maioria dos materiais de engenharia, existirá uma
componente de deformação elástica que é dependente do tempo;
 A deformação elástica continuará após a aplicação da tensão e após o alívio da carga,
passará um intervalo de tempo finito até que o material recupere sua forma original.
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Módulo de elasticidade: fatores influentes:
 força das ligações atômicas:
Ligação
forte
Alto E
separação
Baixo E
força
•
Ligação
fraca
E ≈ (dF/dr) r0
r0 = separação interatômica de equilíbrio
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•
Módulo de elasticidade: fatores influentes
 temperatura.
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•
Coeficiente de Poisson (): definido como sendo a razão entre as deformações
lateral e axial.
O coeficiente de Poisson pode ser usado para
estabelecer uma relação entre o módulo de
elasticidade e o módulo de cisalhamento de um
material.
Propriedades Mecânicas dos Materiais
Propriedades Mecânicas dos Materiais
•
Módulos de elasticidade, de cisalhamento e coeficientes de Poisson para várias ligas
metálicas à temperatura ambiente.
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Deformação Plástica:
 tensão e deformação não são proporcionais;
 a deformação não é reversível;
 a deformação ocorre pela quebra e rearranjo das ligações atômicas (em materiais
cristalinos, pelo movimento das discordâncias).
estricção
fratura
Deformação
plástica
uniforme
Deformação
elástica
Corpo de prova padrão
•
Propriedades Mecânicas dos Materiais
deformação
tensão
tensão
Tipos de material e as curvas de  x 
tensão
•
deformação
deformação
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Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento:
 o escoamento indica o início da deformação plástica do material.
tensão
elástica plástica
tensão
•
Limite superior de
escoamento
Limite inferior de
escoamento
deformação
deformação
Propriedades Mecânicas dos Materiais
Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento
elástica plástica
y
é determinado pelo método de prédeformação específica, geralmente de
0,002; ou seja, é a tensão capaz de
causar uma deformação permanente de
0,2% no material;

tensão
•
 O ponto de escoamento (P), também
chamado limite de proporcionalidade
corresponde à posição na curva onde a
condição de linearidade termina, ou seja,
onde a lei de Hook deixa de valer.
deformação
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Propriedades de tração: Ductilidade
 é o grau de deformação plástica suportado até a fratura do material;
 pode ser medida pelo alongamento percentual ou pela redução de área percentual.
frágil
dúctil
Alongamento percentual:
AL % = [(lf – l0)/l0]/x100
tensão
•
Redução de área percentual
RA % = [(A0 – Af)/A0]/x100
deformação
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103 psi
Propriedades mecânicas típicas de vários metais e ligas em um estado recozido.
MPa
•
deformação
Comportamento  x  do
ferro com a temperatura.
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•
Propriedades de tração: Resiliência:
 capacidade de um material estocar energia quando deformado elasticamente e depois de
aliviada a carga, ter essa energia recuperada.
 o módulo de resiliência Ur representa a energia de deformação por volume necessária para
tensionar um material de um estado sem carregamento até a sua tensão limite de
escoamento.
Na região elástica linear:
ou
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•
Deformação plástica: Tenacidade:
 representa uma medida da capacidade de um material absorver energia até a sua fratura;
 equivale a área sob a curva  x  até o ponto de fratura.
O diagrama  x  de engenharia
Tensão de fratura
No diagrama de engenharia
clássico
de
tensão
vs.
deformação, teremos:
1- módulo de elasticidade;
2 – tensão de escoamento;
tensão
•
3 – limite de resistência à tração;
4 – ductilidade: 100x fratura
5 – tenacidade: 
deformação
 d
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Diagrama real vs. Diagrama de engenharia
fratura
Tensão real
• Diagrama real
x:
v = F/Ai
Tensão (psi) x103
•
v = ln (li/l0)
Tensão de
engenharia
• Se Vi = V0
:
v =  (1+ )
fratura
v = ln (1+ )
Onde os índices: i = instantâneo
0 = inicial
Deformação (mm/mm) x 10-2
Propriedades Mecânicas dos Materiais
Tensão e deformação reais:
– para alguns metais e ligas, a relação entre a tensão verdadeira e a deformação verdadeira,
até o ponto de estricção, pode ser aproximadamente dada pela relação:
verdadeira
corrigida
tensão
•
engenharia
deformação
v = K.vn
K e n são constantes
que dependem da
condição do material
e são tabelados.
Propriedades Mecânicas dos Materiais
Recuperação elástica durante uma deformação plástica
Diagrama esquemático  x  em
tração, mostrando os fenômenos
de recuperação da deformação
elástica e encruamento. O limite
de escoamento inicial é designado
descarga
tensão
•
por y0; y1 é o limite de
elasticidade após a liberação da
carga no ponto D e depois sob
reaplicação da carga.
Reaplicação
da carga
Recuperação da
deformação elástica
deformação
Propriedades Mecânicas dos Materiais
•

Dureza: é a medida da resistência do material a uma deformação plástica localizada.
Vantagens do teste de dureza:
 simples e barato;
 não-destrutivo;
 pode-se estimar outras propriedades a partir da dureza do material.

Tipos de testes: os mais comuns são o de Rockwell e Brinell
Prof.
Prof.
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•
Técnicas de ensaio de dureza.
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LRT (103 psi)
Correlação entre dureza e o limite de resistência a tração
LRT (MPa)
•
Número índice de dureza Brinell
LRT (MPa) = 3,45 x HB
LRT (psi) = 500 x HB
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•
Correlação entre dureza e o limite de resistência a tração
• Tensão de projeto:
p = N’ c
N’ = fator de projeto
c = tensão calculada
• Tensão de trabalho:
Para projetos práticos em
engenharia
o
limite
de
escoamento é o parâmetro
mais importante
t = e/N
N = fator de segurança
e = tensão limite de escoamento