ENSAIOS TECNOLÓGICOS DE MATERIAIS

  • ENSAIO DE TRAÇÃO

POR QUE ENSAIAR?

  • Quando se adquire um produto qualquer, há sempre uma preocupação com a sua qualidade. Como consumidores conscientes, é nosso dever exigir do fabricante a garantia do produto, pois quem fabrica deve assumir a responsabilidade pelo perfeito funcionamento do objeto que produziu, uma vez que este seja usado de acordo com as condições recomendadas.

  • Para poder dar esta garantia, o fabricante precisa ter certeza de que seu produto foi produzido com materiais adequados, em conformidade com as normas técnicas estabelecidas, e que apresenta, portanto, características apropriadas ao uso que lhe será dado.

É por isso que o fabricante deve realizar testes, tanto dos produtos como de seus componentes, antes de lançá-los no mercado. É o que acontece, por exemplo, com os automóveis, que têm todos os seus componentes testados, seguindo normas estabelecidas para isto.

  • É por isso que o fabricante deve realizar testes, tanto dos produtos como de seus componentes, antes de lançá-los no mercado. É o que acontece, por exemplo, com os automóveis, que têm todos os seus componentes testados, seguindo normas estabelecidas para isto.

  • Desde a pintura até o ruído do motor, tudo deve satisfazer aos padrões internacionais de qualidade. Esses testes, que são realizados em condições rigidamente controladas, são chamados de ensaios de materiais.

ENSAIAR É PRECISO

  • Atualmente, entende-se que o controle de qualidade precisa começar pela matéria-prima e deve ocorrer durante todo o processo de produção, incluindo a inspeção e os ensaios finais nos produtos acabados.

CARACTERÍSTICAS

  • Se você parar para observar crianças brincando de cabo-de-guerra, ou uma dona de casa torcendo um pano de chão, ou ainda um ginasta fazendo acrobacias numa cama elástica, verá alguns exemplos de esforços a que os materiais estão sujeitos durante o uso.

TIPOS DE ESFORÇOS QUE AFETAM OS MATERIAIS

REALIZANDO ENSAIOS MECÂNICOS

  • Os ensaios mecânicos dos materiais são procedimentos padronizados que compreendem testes, cálculos, gráficos e consultas a tabelas, tudo isso em conformidade com normas técnicas.

  • Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto já fabricado ou um material que vai ser processado industrialmente a situações que simulam os esforços que eles vão sofrer nas condições reais de uso, chegando a limites extremos de solicitação.

SÃO EXEMPLOS DE ENSAIOS QUE PODEM SER REALIZADOS NA OFICINA:

  • Ensaio por lima - É utilizado para verificar a dureza por meio do corte do cavaco. Quanto mais fácil é retirar o cavaco, mais mole o material. Se a ferramenta desliza e não corta, podemos dizer que o material é duro.

Ensaio pela análise da centelha - É utilizado para fazer a classificação do teor de carbono de um aço, em função da forma das centelhas que o material emite ao ser atritado num esmeril.

  • Ensaio pela análise da centelha - É utilizado para fazer a classificação do teor de carbono de um aço, em função da forma das centelhas que o material emite ao ser atritado num esmeril.

  • Por meio desses tipos de ensaios não se obtêm valores precisos, apenas conhecimentos de características específicas dos materiais.

PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

  • Todos os campos da tecnologia, especialmente aqueles referentes à construção de máquinas e estruturas, estão intimamente ligados aos materiais e às suas propriedades.

  • Tomando como base as mudanças que ocorrem nos materiais, essas propriedades podem ser classificadas em dois grupos:

  • · físicas;

  • · químicas.

Por exemplo:

  • Por exemplo:

  • Se colocamos água fervente num copo descartável de plástico, o plástico amolece e muda sua forma. Mesmo mole, o plástico continua com sua composição química inalterada. A propriedade de sofrer deformação sem sofrer mudança na composição química é uma propriedade física.

  • Por outro lado, se deixarmos uma barra de aço-carbono (ferro + carbono) exposta ao tempo, observaremos a formação de ferrugem (óxido de ferro: ferro + oxigênio). O aço-carbono, em contato com o ar, sofre corrosão, com mudança na sua composição química. A resistência à corrosão é uma propriedade química.

PROPRIEDADES FÍSICAS

  • Entre as propriedades físicas, destacam-se as propriedades mecânicas, que se referem à forma como os materiais reagem aos esforços externos, apresentando deformação ou ruptura.

Quando você solta o pedal da embreagem do carro, ele volta à posição de origem graças à elasticidade da mola ligada ao sistema acionador do pedal.

  • Quando você solta o pedal da embreagem do carro, ele volta à posição de origem graças à elasticidade da mola ligada ao sistema acionador do pedal.

  • A ELASTICIDADE é um exemplo de propriedade mecânica. Pode ser definida como a capacidade que um material tem de retornar à sua forma e dimensões originais quando cessa o esforço que o deformava.

A estampagem de uma chapa de aço para fabricação de um capô de automóvel, por exemplo, só é possível em materiais que apresentem plasticidade suficiente.

  • A estampagem de uma chapa de aço para fabricação de um capô de automóvel, por exemplo, só é possível em materiais que apresentem plasticidade suficiente.

  • PLASTICIDADE é a capacidade que um material tem de apresentar deformação permanente apreciável, sem se romper.

Uma viga de uma ponte rolante deve suportar esforços de flexão sem se romper. Para tanto, é necessário que ela apresente resistência mecânica suficiente. RESISTÊNCIA MECÂNICA é a capacidade que um material tem de suportar esforços externos (tração, compressão, flexão etc.) sem se romper.

  • Uma viga de uma ponte rolante deve suportar esforços de flexão sem se romper. Para tanto, é necessário que ela apresente resistência mecânica suficiente. RESISTÊNCIA MECÂNICA é a capacidade que um material tem de suportar esforços externos (tração, compressão, flexão etc.) sem se romper.

TIPOS DE ENSAIOS MECÂNICOS

  • Existem vários critérios para classificar os ensaios mecânicos. Os mais abrangentes são:

  • · ensaios destrutivos;

  • · ensaios não destrutivos.

ENSAIOS DESTRUTIVOS são aqueles que deixam algum sinal na peça ou corpo de prova submetido ao ensaio, mesmo que estes não fiquem inutilizados:

  • ENSAIOS DESTRUTIVOS são aqueles que deixam algum sinal na peça ou corpo de prova submetido ao ensaio, mesmo que estes não fiquem inutilizados:

  • · tração

  • · compressão

  • · cisalhamento

  • · dobramento

  • · flexão

  • · embutimento

  • · torção

  • · dureza

  • · fluência

  • · fadiga

  • · impacto

ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS são aqueles que após sua realização não deixam nenhuma marca ou sinal e, por conseqüência, nunca inutilizam a peça ou corpo de prova. Por essa razão, podem ser usados para detectar falhas em produtos acabados e semi-acabados:

  • ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS são aqueles que após sua realização não deixam nenhuma marca ou sinal e, por conseqüência, nunca inutilizam a peça ou corpo de prova. Por essa razão, podem ser usados para detectar falhas em produtos acabados e semi-acabados:

  • · visual

  • · partículas magnéticas

  • · ultra-som

  • · radiografia industrial

O ENSAIO DE TRAÇÃO

  • O ensaio mecânico mais importante para a determinação da resistência dos materiais é o ensaio de tração, realizado no próprio produto ou em corpos de prova de dimensões e formas especificadas, segundo procedimentos padronizados por normas brasileiras e estrangeiras.

O ensaio de tração consiste em submeter o material a um esforço que tende a alongá-lo até a ruptura. Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio.

  • O ensaio de tração consiste em submeter o material a um esforço que tende a alongá-lo até a ruptura. Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio.

  • O corpo é deformado por alongamento, até o momento em que se rompe. Este ensaio permite conhecer como os materiais reagem aos esforços de tração, quais os limites de tração que suportam e a partir de que momento se rompem.

A DEFORMAÇÃO

  • A aplicação de uma força axial de tração num corpo preso produz uma deformação no corpo, isto é, um aumento no seu comprimento com diminuição da área da seção transversal.

Há dois tipos de deformação, que se sucedem quando o material é submetido a uma força de tração: a elástica e a plástica.

  • Há dois tipos de deformação, que se sucedem quando o material é submetido a uma força de tração: a elástica e a plástica.

  • · DERFOMAÇÃO ELÁSTICA: não é permanente. Uma vez cessados os esforços, o material volta à sua forma original.

  • · DERFOMAÇÃO PLÁSTICA: é permanente. Uma vez cessados os esforços, o material recupera a deformação elástica, mas fica com uma deformação residual plástica, não voltando mais à sua forma original.

PROPRIEDADES MECÂNICAS AVALIADAS NO ENSAIO DE TRAÇÃO

  • O DIAGRAMA TENSÃO-DEFORMAÇÃO.

  • São os dados relativos às forças aplicadas e deformações sofridas pelo corpo de prova até a sua ruptura. Tais dados podem determinar propriedades como: limite elástico, limite de escoamento, limite de resistência, limite de ruptura e estricção.

LIMITE ELÁSTICO

  • O limite elástico recebe este nome porque, se o ensaio for interrompido antes deste ponto e a força de tração for retirada, o corpo volta à sua forma original, como faz um elástico.

  • Na fase elástica os metais obedecem à lei de Hooke. Suas deformações são diretamente proporcionais às tensões aplicadas.

LIMITE PLÁSTICO

  • Porém, a lei de Hooke só vale até um determinado valor de tensão, denominado limite plastico, que é o ponto representado no gráfico a seguir por A´, a partir do qual a deformação deixa de ser proporcional à carga aplicada.

ESCOAMENTO

  • Terminada a fase elástica, tem início a fase plástica, na qual ocorre uma deformação permanente no material, mesmo que se retire a força de tração.

  • No início da fase plástica ocorre um fenômeno chamado escoamento. O escoamento caracteriza-se por uma deformação permanente do material sem que haja aumento de carga, mas com aumento da velocidade de deformação. Durante o escoamento a carga oscila entre valores muito próximos uns dos outros.

LIMITE DE RESISTÊNCIA

  • Após o escoamento ocorre o encruamento, que é um endurecimento causado pela quebra dos grãos que compõem o material quando deformados a frio. O material resiste cada vez mais à tração externa, exigindo uma tensão cada vez maior para se deformar.

LIMITE DE RUPTURA

  • Continuando a tração, chega-se à ruptura do material, que ocorre num ponto chamado limite de ruptura (C).

  • Note que a tensão no limite de ruptura é menor que no limite de resistência, devido à diminuição da área que ocorre no corpo de prova depois que se atinge a carga máxima.

ESTRICÇÃO

  • É a redução percentual da área da seção transversal do corpo de prova na região onde vai se localizar a ruptura.

  • A estricção determina a ductilidade do material. Quanto maior for a porcentagem de estricção, mais dúctil será o material.

NORMALIZAÇÃO

  • A crescente internacionalização do comércio de produtos põe em destaque a importância da normalização dos ensaios de materiais. Qualquer que seja a procedência do produto, os testes pelos quais ele passou em seu país de origem devem poder ser repetidos, nas mesmas condições, em qualquer lugar do mundo.

Quando se trata de realizar ensaios mecânicos, as normas mais utilizadas são as referentes à especificação de materiais e ao método de ensaio.

  • Quando se trata de realizar ensaios mecânicos, as normas mais utilizadas são as referentes à especificação de materiais e ao método de ensaio.

  • As normas técnicas mais utilizadas pelos laboratórios de ensaios provêm das seguintes instituições:

  • ISO - International Organization for Standardization

  • ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

  • ASTM - American Society for Testing and Materials

  • DIN - Deutsches Institut für Normung

  • AFNOR - Association Française de Normalisation

  • BSI - British Standards Institution

  • ASME - American Society of Mechanical Engineer

  • JIS - Japanese Industrial Standards

  • SAE - Society of Automotive Engineers

  • COPANT - Comissão Panamericana de Normas Técnicas

EQUIPAMENTOS

  • O ensaio de tração geralmente é realizado na máquina universal, que tem este nome porque se presta à realização de diversos tipos de ensaios.

  • Fixa-se o corpo de prova na máquina por suas extremidades, numa posição que permite ao equipamento aplicar-lhe uma força axial para fora, de modo a aumentar seu comprimento.

  • A máquina de tração é hidráulica e possui um registrador gráfico que vai traçando o diagrama de força e deformação, em papel milimetrado, à medida em que o ensaio é realizado.

CORPOS DE PROVA

  • Normalmente utilizam-se corpos de prova de seção circular ou de seção retangular.

Segundo a ABNT, o comprimento da parte útil dos corpos de prova utilizados nos ensaios de tração deve corresponder a 5 vezes o diâmetro da seção da parte útil.

  • Segundo a ABNT, o comprimento da parte útil dos corpos de prova utilizados nos ensaios de tração deve corresponder a 5 vezes o diâmetro da seção da parte útil.

  • Entre as cabeças e a parte útil há um raio de concordância para evitar que a ruptura ocorra fora da parte útil do corpo de prova (Lo).

  • Por acordo internacional, sempre que possível um corpo de prova deve ter 10 mm de diâmetro e 50 mm de comprimento inicial. Não sendo possível a retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adotar um corpo com dimensões proporcionais a essas.

Por fim, deve-se riscar o corpo de prova, isto é, traçar as divisões no comprimento útil. Num corpo de prova de 50 mm de comprimento, as marcações devem ser feitas de 5 em 5 milímetros.

  • Por fim, deve-se riscar o corpo de prova, isto é, traçar as divisões no comprimento útil. Num corpo de prova de 50 mm de comprimento, as marcações devem ser feitas de 5 em 5 milímetros.

  • Assim preparado, o corpo de prova estará pronto para ser fixado à máquina de ensaio.

ANÁLISE DOS RESULTADOS

  • Veja aqui um exemplo de relatório de ensaio de tração

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