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Curso de Engenharia Industrial Mecânica ENSAIOS DOS MATERIAIS

Santo Ângelo, Janeiro de 2007

Ensaios dos Materiais Acadêmica: Gabrieli Bortoli Dalcin

Santo Ângelo, Janeiro de 2007

1.ENSAIO DE TRAÇÃO8
INTRODUÇÃO8
ENSAIO CONVENCIONAL9
Região de comportamento elástico10
Limite de proporcionalidade1
Limite de elasticidade (E)1
Módulo de resiliência1
Coeficiente de Poisson (v)12
Módulo de elasticidade transversal (G)12
Região de comportamento plástico13
Limite de escoamento14
Limite de Resistência à tração14
Limite de ruptura15
Fratura16
Equipamento para o ensaio de tração18
Corpos de prova19
2. ENSAIO DE DOBRAMENTO21
INTRODUÇÃO21
Como é feito o ensaio de dobramento21
Processos de dobramento2
Ensaio de dobramento em corpos de provas soldados23
3. ENSAIO DE FLEXÃO24
INTRODUÇÃO24
Tipos de ensaio de flexão24
Propriedades mecânicas avaliadas24
Informações adicionais27
4.ENSAIO DE COMPRESSÃO28
INTRODUÇÃO28
Definição28
Características dos materiais submetidos à compressão30
Limite de Escoamento30
Limite de resistência à compressão30
Dilatação transversal31
Ensaio de compressão em materiais dúcteis31
Ensaio de compressão em materiais frágeis32
Informações sobre o ensaio32
5. ENSAIO DE IMPACTO34
INTRODUÇÃO34
Descrição do ensaio34

Sumário Tipos de ensaio de Impacto ................................................................................... 35

Ensaio de impacto a baixas temperaturas37
Fatores que influenciam na temperatura de transição38
Resfriamento do corpo de prova38
6. ENSAIO DE EMBUTIMENTO39
Ensaio erichsen39

4 Referência Bibliográfica ....................................................................... 41

Lista de Figuras

Figura 1.1 – Curva tensão – deformação convencional. Figura 1.2 – Comportamento da fase elástica e plástica. Figura 1.3 - Limite de proporcionalidade. Figura 1.4 - Deformações de engenharia experimentadas por uma barra prismática submetidas a um carregamento unidirecional. Figura 1.5 - Limite de escoamento. Figura 1.6 - Limite de resistência à tração. Figura 1.7 - Limite de ruptura. Figura 1.8 - Gráfico tensão – deformação. Figura 1.9 – Fratura dúctil- Aspectos macroscópicos. Figura 1.10 - Fratura dúctil – Aspectos microscópicos. Figura 1.1 - Fratura frágil – Aspectos macroscópicos. Figura 1.12 - Fratura frágil - Aspectos microscópicos. Figura 1.13 - Curva tensão versus escoamento mostrando a tensão de escoamento. Figura 1.14 - Máquina de ensaio universal. Figura 1.15 – Corpos de prova. Figura 1.16 - Tipos de fixação. Figura 2.1 - Ensaio de dobramento. Figura 2.2 - Dobramento livre. Figura 2.3 - Dobramento semiguiado. Figura 2.4 - Corpos de provas soldados. Figura 3.1 - Flexão em uma barra bi apoiada. Figura 4.1-Ensaio de compressão. Figura 4.2 – Corpo de prova sob compressão com deformação elástica. Figura 4.3 – Corpo de prova sob compressão com deformação plástica. Figura 4.4 – Ensaio de compressão em materiais dúcteis. Figura 5.1 – Ensaio de impacto. Figura 5.2 – Tipos de ensaio.

Figura 5.3 – Tipos de ensaios Charpy. Figura 5.4 – Tipo de ensaio Izod. Figura 5.5 – Temperatura de transição. Figura 6.1 – Ensaio de embutimento. Figura 6.2 - Ensaio Erichsen.

Lista de Tabelas

Tabela 1.1 - Valores dos coeficientes elásticos dos metais. Tabela 4.1 – Relações para os esforços de compressão.

1ENSAIO DE TRAÇÃO

Consiste na aplicação de carga de tração uniaxial crescente em um corpo de prova especifico até a ruptura. Trata-se de um ensaio amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, devido às vantagens de fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos materiais.

Com esse tipo de ensaio, pode-se afirmar que praticamente as deformações promovidas no material são uniformemente distribuídas em todo o seu corpo, pelo menos até ser atingida uma carga máxima próxima do final do ensaio e, como é possível fazer com que a carga cresça numa velocidade razoavelmente lenta durante todo o teste, o ensaio de tração permite medir satisfatoriamente a resistência do material

A uniformidade termina no momento em que é atingida a carga máxima suportada pelo material, quando começa a aparecer o fenômeno da estricção ou da diminuição da secção do provete, no caso de matérias com certa ductilidade. A ruptura sempre se dá na região mais estreita do material, a menos que um defeito interno no material, fora dessa região, promova a ruptura do mesmo, o que raramente acontece.

A precisão de um ensaio de tração depende, evidentemente, da precisão dos aparelhos de medida que se dispõe. Com pequenas deformações, pode-se conseguir uma precisão maior na avaliação da tensão ao invés de detectar grandes variações de deformação, causando maior imprecisão da avaliação da tensão. Mesmo no início do ensaio, se esse não for bem conduzido, grandes erros pode ser cometidos, como por exemplo, se o provete não estiver bem alinhado, os esforços assimétricos que aparecerão levarão a falsas leituras das deformações para uma mesma carga aplicada. Deve-se portanto centrar bem o corpo-de-prova na máquina para que a carga seja efetivamente aplicada na direção do seu eixo longitudinal.

Nos corpos de provas normalmente a seção reta é circular, porém corpos de provas retangulares também são usados. Durante os ensaios, a deformação fica confinada à região central, mais estreita, do corpo de prova. O diâmetro padrão é aproximadamente 12,8 m, enquanto a seção reduzida deve ser pelo menos quatro vezes esse diâmetro. O corpo de prova é preso pelas extremidades nas garras de fixação do dispositivo de testes. A máquina de ensaio de tração é projetada para alongar o corpo de prova a uma taxa constante, além de medir contínua e simultaneamente a carga instantânea aplicada e os alongamentos resultantes, isso com o auxilio de extensômetros.

Quando um corpo de prova é submetido a um ensaio de tração, a máquina de ensaio fornece um gráfico que mostra as relações entre a força aplicada e as deformações ocorridas durante o ciclo.

Mas o que interessa para determinação das propriedades do material ensaiado é a relação entre a tensão e a deformação.

A tensão corresponde à força dividida pela área da seção sobre a qual a força é aplicada.

Aplicando a equação descrita acima pode-se encontrar os valores da tensão e fazer o gráfico conhecido como tensão-deformação.

Figura 1.1 Curva tensão – deformação convencional

Região de comportamento elástico O ponto A representa o limite elástico.

Figura 1.2 Comportamento da fase elástica e plástica.

imediatamente retorna para o valor zero

Até este ponto, assume-se que a deformação elástica é independente do tempo, ou seja, quando uma carga é aplicada, a deformação elástica permanece constante durante o período em que a carga é mantida constante. Também é assumido que após a remoção da carga, a deformação é totalmente recuperada, ou seja, a deformação

diretamente proporcionais às tensões aplicadas
.E(2)

Na fase elástica os metais obedecem a Lei de Hooke. Suas deformações são

A constante de proporcionalidade “E” é o módulo de elasticidade, ou módulo de

Young, fornece uma indicação da rigidez do material. Quanto maior for o módulo, menor será deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão. A deformação convencional ou nominal é dada:

o ol l (3) lo = comprimento inicial l = comprimento final para cada carga P aplicada.

Limite de proporcionalidade

A Lei de Hooke só vale até um determinado valor de tensão, representado no gráfico pelo ponto A’, a partir da qual a deformação deixa de ser proporcional à carga aplicada.

Figura 1.3. Limite de proporcionalidade A’.

Limite de elasticidade (E)

Máxima tensão que o material pode suportar sem apresentar deformação permanente após a retirada da carga.

Módulo de resiliência

É a capacidade de um material absorver energia quando deformado elasticamente e liberá-la quando descarregado. A medida desta propriedade é dada pelo módulo de resiliência que é a energia de deformação por unidade de volume necessária para tracionar o metal de origem até o limite o proporcionalidade.

Coeficiente de Poisson (v)

Mede a rigidez do material na direção perpendicular à direção de aplicação de carga uniaxial.

Figura 1.4. Deformações de engenharia experimentadas por uma barra prismática submetidas a um carregamento unidirecional.

Módulo de elasticidade transversal (G)

Corresponde à rigidez de um material quando submetido a um esforço de cisalhamento.

Onde, e são as tensões e a respectiva deformação cisalhante que sofre o corpo de prova.

Tabela 1.1 Valores dos coeficientes elásticos dos metais.

Região de comportamento plástico

Acima de uma certa tensão, os materiais começam a se deformar plasticamente, ou seja, ocorrem deformações permanentes. O ponto na qual estas deformações permanentes começam a se tornar significativas é chamado de limite de escoamento.

Durante a deformação plástica, a tensão necessária para continuar a deformar um metal aumenta até um ponto máximo, chamado de limite de resistência à tração, na qual a tensão é a máxima na curva tensão-deformação de engenharia. Isto corresponde a maior tensão que o material pode resistir; se esta tensão for aplicada e mantida, o resultado será a fratura. Toda a deformação até este ponto é uniforme na seção. No entanto, após este ponto, começa a se formar uma estricção, na qual toda a deformação subseqüente está confinada e, é nesta região que ocorrerá ruptura. A tensão corresponde a fratura é chamada de limite de ruptura.

Limite de escoamento

O escoamento é entendido como um fenômeno localizado, que se caracteriza por um aumento relativamente grande na deformação, acompanhada por uma pequena variação na tensão. Isso acontece geralmente no inicio da fase plástica. Durante o escoamento a carga oscila entre valores muito próximos um dos outros.

Figura 1.5 Limite de escoamento.

Limite de Resistência à tração

É a tensão correspondente ao ponto de máxima carga atingida durante o ensaio.

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