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PMR 2202 INTRODUÇÃO À MANUFATURA MECÂNICA

Projeto 1

Caracterização Mecânica de Material (Ensaios de Tração e Dureza)

Turma 13Grupo A

Integrantes nUSP

André Truzzi 3290275 Eduardo Edueta 3667563 Fabio Utida 3725501 Marcelo Contador 3752450 Renato Freitas 3680839

1-Introdução 1.1. Descrição do Projeto

Foi designada ao grupo uma chapa metálica de material desconhecido, da qual foi retirado os corpos de prova de dimensões especificadas pelas normas técnicas. Esses corpos de prova serão submetidos a testes de tração e de dureza.

No ensaio de tração será plotado a curva força-elongação. A partir dessa curva, será construída o gráfico tensão-deformação. Baseando-se nesse gráfico e em cálculos matemáticos, serão obtidos o módulo de elasticidade, limite de escoamento, limite de resistência mecânica, limite de ruptura, módulo de tenacidade, alongamento total, estricção e serão determinados os coeficientes da curva verdadeira.

1.2. Objetivos do Projeto

Este projeto visa a partir de ensaios de tração e de dureza realizados em laboratório e acompanhados por técnicos especializados, fazer a caracterização e a identificação de uma amostragem de material metálico desconhecido designado ao grupo, bem como o aprendizado e a familiarização com métodos de identificação.

A partir de ensaios de tração e dureza, serão definidos valores característicos do material, e a partir da análise comparativa destes valores com os valores disponíveis na literatura, será possível identificar a amostra.

1.3. Resumo das Normas

Para que os valores obtidos nos ensaios de tração e dureza possam ser analisados de forma comparativa, características como dimensões do corpo de prova e equipamentos utilizados deverão ser adaptadas segundo normas em padrões conhecidos. Neste caso, a norma adotada foi a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas).

Para o ensaio de dureza, a norma é bastante sucinta. O ensaio designado ao grupo é o denominado Dureza Rockwell, do tipo B. Tal ensaio baseia-se na espessura do corpo de prova, e não em sua área. Portanto, a normalização é feita apenas em sua espessura, que deve ser dez vezes a profundidade da impressão.

Para o ensaio de tração, utilizou-se o método MB-4, cujas especificações são ditadas pela norma técnica NBR 6152, para chapas finas de secção retangular. Neste caso, a normalização é rigorosa, definindo a geometria e as dimensões do corpo de prova. Segundo a ABNT, o comprimento da parte útil do corpo de prova deve ser o quíntuplo da largura da mesma.

2-Materiais e Métodos 2.1. Ensaio de Tração

Para fabricar o corpo de prova para o ensaio de tração a partir de uma chapa metálica, utilizou-se primeiramente a guilhotina para retirar um pedaço inicial retangular da chapa, previamente medido. A seguir, a peça foi usinada na fresadora para fazer as partes arredondadas. Abaixo, temos um desenho da peça utilizada com a suas respectivas medidas de acordo com as normas ABNT.

Utilizamos uma máquina hidráulica de ensaio de tração (figura1), chamada máquina universal, um relógio, e um plotter. A máquina de ensaio de tração é dotada de um conjunto que permite a aplicação de uma carga variável e de dispositivos para prender o corpo de prova. O relógio, cuja escala é de 0.01mm, serve para medir o elongamento da peça. Os valores obtidos com o relógio serão utilizados no cálculo do módulo de elasticidade.

Fixa-se o corpo de prova na máquina por suas extremidades (chamada de cabeça), então, o equipamento aplica-lhe esforços axiais crescentes, de modo a causar um alongamento da parte útil do corpo de prova, até a ruptura do mesmo. No topo da máquina de ensaio de tração há um sensor que mede o elongamento da peça, há um outro sensor que mede a força aplicada, em kgf. Ambos os sensores estão ligados ao ploter, que registrará os dados num papel milimetrado.

Ensaio de Tração

2.2. Ensaio de Dureza

um esfera de aço de 1/16” de diâmetro e uma carga fixa de 100 kg

O ensaio de dureza foi feito utilizando uma máquina específica para esse tipo de ensaio que aplica uma determinada carga e que tem em sua ponta um penetrador. A principal característica da escala de dureza Rockwell B é que esta é utilizada para materiais de dureza média, na qual se usa como penetrador

Para o ensaio de dureza, aproveitamos as sobras da peça feita para o ensaio de tração, sobrepondo várias camadas e depois penetramos essas chapas com a máquina para ensaio de dureza.

O penetrador provoca uma perfuração na peça e então se mede a profundidade dessa perfuração. Simultaneamente executamos a leitura da dureza no mostrador analógico do equipamento. Devido a imprecisões no experimento, aplicamos uma correção de 30%, chegando ao valor real de dureza.

Foram realizados 3 ensaios, no primeiro sobrepôs-se 5 placas, no segundo uma placa apoiada num material diferente da placa, no terceiro não utilizou-se apoio.

Em cada um desses ensaios, a peça foi perfurada em 3 em diferentes pontos para obter-se melhores resultados.

Ensaio de Dureza

3- Resultados

Ensaio de Tração I. Tensão e Deformação de Engenharia

Grafico Tensao x Deformação de Engenharia

O comprimento e a área inicial do corpo de prova eram:

Cálculo do Modulo de Elasticidade

O módulo de elasticidade corresponde ao intervalo de tensões no qual o material deforma elasticamente.

Sabendo-se que o intervalo de deformação elástica é caracterizado por tensões baixas, foi realizado um ensaio preliminar, onde o corpo de prova foi submetido a pequenas variações de tensão, até uma pequena manifestação de regime plástico. Para esses valores de tensão, foram registrados seus valores de deslocamento.

A partir dos dados obtidos por meio de um relógio para medições de pequenas deformações e um dinamômetro, para a medição de trações, registrou-se a seguinte distribuição de valores:

Deslocamento (m)Força (kgf)

0 0 0,015 60 0,03 120 0,05 180 0,068 240 0,091 300

Considerando-se 1 kgf = 10 N, e sabendo-se que a deformação e a tensão de engenharia são dados, respectivamente, por ε= ΔL / L0 e σ = F / A0, foram obtidos os valores necessários para a plotagem do gráfico Tensão x

Deformação de Engenharia:

A partir desses valores, foi traçado o seguinte gráfico:

Modulo de Elasticidade y = 138221x

Tensão (N/mm²)

Como pode ser visto, por meio do método de regressão linear, os pontos foram aproximados por uma reta, cuja equação (y = 138221x) está descrita no gráfico.

Portanto, o módulo de elasticidade, que corresponde ao coeficiente angular da reta, apresentou o seguinte valor:

E = 138221 MPa

Tensão de Escoamento

A tensão de escoamento (σe) representa a tensão máxima a que o material pode ser submetido de forma a sofrer deformação elástica.

De acordo com os dados utilizados para o calculo do módulo de elasticidade e com outros dados retirados do gráfico plotado pelo equipamento, tem-se:

Deformação (m)Tensão (MPa)

angular igual ao modulo de elasticidade (138221) e que contém o ponto

A tensão de escoamento pode ser calculada através da intersecção do gráfico Tensão x Deformação de Engenharia com uma reta de coeficiente (0, 0.002). Isto corresponde a uma deformação de 0,2% no corpo de prova.

Esta reta, portanto, tem equação y = (138221x) - 276,442. Desta forma obtém-se o diagrama abaixo:

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