Ensaio de tração

Ensaio de tração

(Parte 1 de 3)

UNIVERSIDADE PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS - UNIPAC

FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS DE CONSELHEIRO LAFAIETE

André Geraldo Evangelista

Fabiana da Silva

FABIANA FERREIRA

MARIA ROBERTA GARCIA MACHADO

Renata Priscila Fonseca Ribeiro

Ensaio de tração

CONSELHEIRO LAFAIETE

2010

UNIVERSIDADE PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS - UNIPAC

FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS DE CONSELHEIRO LAFAIETE

André Geraldo Evangelista

Fabiana da Silva

FABIANA FERREIRA

MARIA ROBERTA GARCIA MACHADO

Renata Priscila Fonseca Ribeiro

Ensaio de tração

Trabalho apresentado à disciplina de Resistência dos Materiais do curso de Engenharia de Segurança do Trabalho da Faculdade de Tecnologia e Ciências de Conselheiro Lafaiete, como pré-requisito para a obtenção parcial de pontos.

Prof º Juliano de Barros Veloso e Lima

CONSELHEIRO LAFAIETE

2010

SUMÁRIO

1.1 Diagrama tensão-deformação 7

1.1.1 Deformação Elástica 10

1.1.2 Deformação Plástica 11

1.2 Limite de proporcionalidade 14

1.3 Escoamento 14

1.4 Limite de resistência 15

1.5 Limite de ruptura 15

1.6 Estricção 16

1.7 Corpos de prova utilizados para o ensaio de tensão 16

1.8 Medição da deformação total – alongamento 17

1.9 Medição da redução de área 18

1.10 Equipamento para ensaio de tração 20

1.11 Outras Propriedades obtidas no Ensaio de Tração 22

2 CONCLUSÃO 24

Introdução

Na física chama-se tração a força aplicada sobre um corpo numa direção perpendicular à sua superfície de corte e num sentido tal que provoque a sua ruptura.

Uma peça estará sendo tracionada quando a força axial aplicada estiver atuando com o sentido dirigido para o seu exterior. A tração faz com que a peça se alongue no sentido da força e fique mais fina.

O esforço de tração causa uma reorganização na estrutura molecular da peça movimentando os átomos a fim de se agruparem o máximo possível até um certo limite. Isso ocorre devido ao deslocamento de moléculas que se alojam nas “imperfeições” causadas no momento da solidificação, estas “imperfeições” são chamadas de contorno de grão e são melhor estudadas na ciência de ensaio dos materiais.

Na resistência dos materiais o objetivo é não permitir que isso aconteça, trabalhando sempre no regime elástico do material (regime em que a peça trabalha sem deformar-se permanentemente), para isso são feitos cálculos utilizando o limite entre as duas deformações com um c.s. (coeficiente de segurança) para que não haja risco de acidentes, sendo projetada assim uma peça que suporte uma força maior que a mínima.

Basicamente, a tração trata-se de utilizar um corpo e exercer sobre ele esforços com sentidos opostos, tracionando-o.

1 ENSAIO DE TRAÇÃO

O ensaio de tração consiste em se aplicar a um corpo de prova que é submetido a um esforço que tende a alongá-lo ou esticá-lo até à ruptura. Geralmente, o ensaio é realizado num corpo de prova de formas e dimensões padronizadas, para que os resultados obtidos possam ser comparados ou, se necessário, reproduzidos. Este é fixado numa máquina de ensaios que aplica esforços crescentes na sua direção axial, sendo medidas as deformações correspondentes. Os esforços ou cargas são mensurados na própria máquina, e, normalmente, o ensaio ocorre até a ruptura do material.

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 da deformação permite ainda obter medições para a variação dessa deformação em função da tensão aplicada. Essa variação, extremamente útil para o engenheiro, é determinada pelo traçado da curva tensão-deformação a qual pode ser obtida diretamente pela máquina ou por pontos. 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 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.

Para obtenção do diagrama tensão-deformação de certo material, normalmente se faz um ensaio de tração em uma amostra do material. Nesse ensaio se usa comumente um corpo de prova típico do material, indicado na figura 1. A área da seção transversal da parte cilindrica central é medida cuidadosamewnte e duas marcas são desenhadas no corpo cilindrico, separadas de uma distância L0.

Figura 1: Corpo de prova típico de ensaio de tração

Fonte: Apostila “ensaios mecânicos”, Telecurso 2000.

O corpo de prova é levado à máquina de teste (figura 2), que é usada para aplicar a carga centrada P. À medida que aumenta o valor P, a distância L entre as duas marcas também aumenta. Um medidor indica a distancia L, e o alongamento σ= L – L0 é anotado para cada valor de P.

Figura 2: Máquina de testes

Fonte: http://www.inepo.com.br/images/ensaio2.jpg

Os ensaios de tração permitem conhecer como os materiais reagem aos esforços de tração, quais os limites de tração que suportam e a partir de que momento se rompe. Como já citou-se anteriormente, quando são submetidos a campos de forcas e/ou momentos, os metais deformam-se. A intensidade e o tipo de deformação sofrido pelo metal são funções da resistência mecânica do metal, da intensidade das forcas e momentos aplicados, do caminho da deformação, etc.

1.1 Diagrama tensão-deformação

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

O diagrama tensão-deformação varia muito de material para material,e, para um mesmo material, podem ocorrer resultados diferentes em vários ensaios, dependendo da temperatura do corpo de prova ou da velocidade de crescimento da carga. Entre os diagramas tensão-deformação de vários grupos de materiais é possivel, no entanto, distinguir algumas características comuns; elas nos levam a dividir os materiais em duas importantes categorias, que são os materiais dúteis e os materiais frágeis.

Materiais dúteis

Os materiais dúteis, que compreendem o aço estrutural e outros metais, se caracterizam por apresentarem escomaneto a temperaturas normais. O copor de prova é submetido a carregamento crescente, e seu comprimento aumenta, de início, lentamente, sempre proporcional ao carregamento. Desse modo, a parte inicial do diagrama tensão-deformação é uma linha reta com grande coeficiente angular (figura xx). Entretanto, quando é atingido um valor crítico de tensão σe, o corpo de prova sofre uma longa deformação, com pouco aumento da carga aplicada. Essa deformação é causada por deslizamento relativo de camadas do material de superfícies oblíquas, o que mostra que esse fato se dá principalmente po tensão de cisalhamento. Os diagramas tensão-deformação de dois materiais dúteis nos mostram que o alongamento do material após inicio do escoamento pode ser até 200 vezes maior que o alongamento ocorrido antes do escoamaneto se iniciar.

Quando o carregamento atinge um certo valor máximo, o diâmetro do corpo começa a diminuir, devido à perda de resitência local. Esse fenômeno é conhecido como estricção. Após ter começado a estricção, um carregamento mais baixo é suficiente para manter o corpo de prova se deformando, até que sua ruptura se dê.

Podemos ver que a ruptura se dá segundo uma superfície em forma de cone, que forma um ângulo aproximado de 45° com a superfície inicial do corpo de prova. Isso mostra que a ruptura dos materiais dúteis ocorre sob tensão de cisalhamento, e confirma o fato de que, com carga axial, as maiores tensões de cisalhamento ocorrem em planos que formam 45° com a direção da carga. A tensão σu correspondente à máxima carga aplicada ao material é conhecida como tensão última, e a tensão σR correspondente ao ponto de ruptura é chamada tensão de ruptura.

Materiais frágeis

Os materiais frágeis, como ferro fundido, vidro e pedra, são caracterizados por uma ruptura que ocorre sem nenhuma mudança sensível no modo de deformação do material. Então, para os materiais frágeis não existe diferença entre tensão última e tensão de ruptura. Além disso, a deformação até a ruptura é muito menor nos materiais frágeis do que nos materiais dúteis.

Figura 3: Comportamentos típicos das curvas de tensão deformação

Fonte: Apostila “ensaios mecânicos”, Telecurso 2000.

Os materiais que seguem os diagramas da Figura 2 (a), (b) são denominados materiais dúteis e os que seguem a Figura 2 (d) são chamados frágeis. Nessas condições, pode-se afirmar que nos materiais dúteis a ruptura se faz anunciar por intermédio de grandes deformações e nos frágeis não há grandes deformações (ferro fundido, concreto).

Os diagramas de tensão-deformação que o aço estrutural e o alumínio, ambos materiais dúteis,. Apresentam diferenças de comportamento no escoamento. Para o aço estrutural,as tensões permanecem constantes para uma grande variação das deformações, após inicio do escoamento. Depois o valor da tensão deve crecer para que o material continue a alongar, até atingir o valor σu.. Isto se dá devido a uma propriedade do material conhecida como recuperação. A tensão de escoamento do aço estrututral é obrida por observação, durante o teste de tração, dos valores de carga. Após um período de crescimento constante, observa-se que a carga cai subitamente para um valor ligeiramente menor, que se torna invariável durante a ocorrência do escoamento. Quando o teste é realizado cuidadosamente, é possivel distinguir entre o valort superior de escoamento, correspondente à força que atua imediatamente antes do escoamento, e o valor inferior de escoamento, correspondente à força necessária para manter o escoamento. Como o valor superior é momentâneo, adota-se o valor inferior para a determinação da tensão de escoamento do material.

No caso do alumínio e de muitos outros materiais dúteis, o início do escoamento não é caracterizado pelo trecho horizontal do diagrama (trecho este conhecido como patamar de escoamento); ao invés disso, as tensões continuam aumentando – embora não mais de maneira linear – até que a tensão última é alcançada. Começa então a estricção que pode levar à ruptura. Para esses materiais se define um valor convencional para a tensão σe. A tensão convencioanl de escoamento é obtida tomando-se no eixo das abscissas a deformação especifica ε = 0,2% (ou ε = 0,002), e por esse ponto traçando-se uma reta paralela ao trecho linear inicial do diagrama. A tensão σe correspondente ao ponto de interseção dessa reta com o diagrama, é conhecida como tensão convencional a 0,2%.

Sabemos que as tensões marcadas nos diagramas, foram obtidas pela divisão da carpa P pela área de seção transversal A0, medida antes que qualquer deformação atuasse no corpo de prova. Como a área da seção transversal diminui com o aumento da carga P, as tensões marcadas nos diagramas não correspondem aos valores reais de tensão no material. A diferença entre a tensão de uso prático σ = P/A0 que calculamos e a tensão verdadeira σv = PA/, que se obtém com a divisão da carga P pela área da seção transversal.

Frequentemente se utiliza um segundo mostrador para medir e anotar as modificações no diâmetro do corpo de prova. Para cada par de valores lidos, P e σ, calcula-0se atensão σ dividindo-se P pela área da seção transversal inicial A0 do corpo de prova. Calcula-se também a deformação específica ε dividindo-se o alongamento σ pelo comprimento inicial L0 entre as duas marcas. Obtém-se assim o diagrama tensão-deformação marcando ε como abcissa e σ como ordenada.

As deformações resultantes dos campos de forca podem ser classificadas em dois tipos: a elástica e a plástica.

1.1.1 Deformação Elástica

Para a maioria dos metais que são solicitados em tração e com níveis de tensão relativamente baixos, a tensão e a deformação são proporcionais de acordo com a relação abaixo.

σ = Eε

Esta é a conhecida lei de Hooke uniaxial e a constante de proporcionalidade “E” é o módulo de elasticidade, ou módulo de Young.

As deformações elásticas (figura 4) não são permanentes, ou seja, quando a carga é removida, o corpo retorna ao seu formato original. No entanto, a curva tensão-deformação não é sempre linear, como por exemplo, no ferro fundido cinzento, concreto e polímeros.

Figura 4: Deformação elástica

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