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Propriedades Mecânicas dos Materiais

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Propriedades Mecânicas dos Materiais

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  1. Propriedades Mecânicas dos Materiais Compressão • Formas de carregamento externo: Torção Tração Cisalhamento

  2. Propriedades Mecânicas dos Materiais Célula de carga Detalhe do início da estricção do material • Teste de tração: Corpo de prova Extensômetro Gráfico de  x  do material ensaiado

  3. Propriedades Mecânicas dos Materiais • Gráfico de tensão vs. deformação ( x ): Fratura Fratura

  4. Propriedades Mecânicas dos Materiais • 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; • 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. tensão deformação

  5. Propriedades Mecânicas dos Materiais • 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 de , N/m2. Descarga Para deformações por cisalhamento a relação é equivalente: = G., onde G = módulo de cisalhamento. tensão Coeficiente angular = E Carga deformação

  6. 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.

  7. Propriedades Mecânicas dos Materiais • 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

  8. Propriedades Mecânicas dos Materiais • Módulo de elasticidade: fatores influentes • temperatura.

  9. Propriedades Mecânicas dos Materiais • 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.

  10. Propriedades Mecânicas dos Materiais

  11. Propriedades Mecânicas dos Materiais • Módulos de elasticidade, de cisalhamento e coeficientes de Poisson para várias ligas metálicas à temperatura ambiente.

  12. Propriedades Mecânicas dos Materiais • 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 Corpo de prova padrão Deformação plástica uniforme Deformação elástica

  13. Propriedades Mecânicas dos Materiais • Tipos de material e as curvas de  x  tensão tensão tensão deformação deformação deformação

  14. Propriedades Mecânicas dos Materiais • Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento: • o escoamento indica o início da deformação plástica do material. elástica plástica Limite superior de escoamento tensão tensão Limite inferior de escoamento deformação deformação

  15. Propriedades Mecânicas dos Materiais • Propriedades de tração: Escoamento e limite de escoamento elástica plástica • yé determinado pelo método de pré-deformação específica, geralmente de 0,002; ou seja, é a tensão capaz de causar uma deformação permanente de 0,2% no material; • 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. tensão deformação

  16. Propriedades Mecânicas dos Materiais • 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

  17. Propriedades Mecânicas dos Materiais • Propriedades mecânicas típicas de vários metais e ligas em um estado recozido. Comportamento  x do ferro com a temperatura. MPa 103 psi deformação

  18. Propriedades Mecânicas dos Materiais • 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

  19. Propriedades Mecânicas dos Materiais • 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; 3 – limite de resistência à tração; 4 – ductilidade: 100x fratura 5 – tenacidade:  d tensão deformação

  20. Propriedades Mecânicas dos Materiais • Diagrama real vs. Diagrama de engenharia fratura • Diagrama real x  : • v = F/Ai • v = ln (li/l0) Tensão real Tensão (psi) x103 Tensão de engenharia • Se Vi = V0 : • v =  (1+ ) • v = ln (1+ ) fratura Onde os índices: i = instantâneo 0 = inicial Deformação (mm/mm) x 10-2

  21. 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 v= K.vn K e n são constantes que dependem da condição do material e são tabelados. corrigida tensão engenharia deformação

  22. 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 por y0; y1é o limite de elasticidade após a liberação da carga no ponto D e depois sob reaplicação da carga. descarga tensão Reaplicação da carga deformação Recuperação da deformação elástica

  23. 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.

  24. Propriedades Mecânicas dos Materiais • Técnicas de ensaio de dureza.

  25. Propriedades Mecânicas dos Materiais • Correlação entre dureza e o limite de resistência a tração LRT (MPa) = 3,45 x HB LRT (psi) = 500 x HB LRT (MPa) LRT (103 psi) Número índice de dureza Brinell

  26. Propriedades Mecânicas dos Materiais • 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: • t = e/N • N = fator de segurança • e = tensão limite de escoamento Para projetos práticos em engenharia o limite de escoamento é o parâmetro mais importante