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  1. TÍTULO

Ensaio de Tração

  1. OBJETIVO

Efetuar um ensaio de Tração analisando os resultados

3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

No ensaio de tração, uma amostra padronizada (corpo de prova) é submetida a um esforço longitudinal conforme Figura 1.

Figura 1

A tração aplicada F é continuamente aumentada até a ruptura da peça, que se dá evidentemente na parte mais fina.

Para cada valor de F, a deformação percentual é dada por:

ε= 100 ∆L / L0

E a tensão de tração aplicada na peça é dada por σ = F / S0, onde S0 é a área da seção transversal da parte mais fina antes da aplicação dos esforços.

Traçando um gráfico tensão x deformação, que, para muitos aços comuns, tem aspecto parecido com a Figura 2.

Figura 2

O valor σP é o limite de proporcionalidade do material, ou seja, a máxima tensão para a qual o material segue a lei de Hooke (a deformação é proporcional à tensão e a relação entre tensão e deformação é o módulo de elasticidade do material).

Assim, até o limite de proporcionalidade, vale σ = E ε

Onde E é o módulo de elasticidade (não tem relação com o ponto E da figura).

A deformação é como fórmula anterior sem o fator 100. Desde que esta é adimensional, a unidade de E é a mesma da tensão. Valor típico para aço é 2,06 105 MPa. Nesta região, o material se comporta de forma elástica, isto é, cessada a tensão, o comprimento retorna ao valor original da barra, não havendo deformações residuais.

Acima de σp, a tensão deixa de ser proporcional à deformação e, acima de sL, ocorrem deformações residuais com a remoção do esforço e esse valor é o limite de elasticidade do material.

O ponto E marca o início do escoamento, isto é, a região plástica onde ocorre aumento relativamente grande da deformação com pequena variação de tensão e as deformações residuais são consideráveis. A tensão correspondente σe é chamada de tensão de escoamento do material. Ocorre também uma redução da seção da barra e, desde que a tensão é considerada em relação à seção original S0, a tensão real é maior e segue algo parecido com a linha tracejada.

Continuando o escoamento, a tensão atinge um valor máximo σB em B, marcando o início da fase de ruptura. Esta tensão máxima é também chamada resistência à tração do material.

A partir de B ocorre uma redução da seção em um certo local da barra (estricção) e o corpo se rompe em R. Notar que a curva do gráfico é descendente porque a tensão é considerada em relação á área transversal original (S0). No local da estricção, a tensão real aumenta conforme linha tracejada e a ruptura de dá numa tensão σR.

Nem todos os materiais apresentam essas fases distintas no gráfico tensão x deformação.

A Figura 3 dá alguns exemplos aproximados.

figura 3

A curva azul é típica para um aço de alta resistência.

A curva verde é para um ferro fundido cinzento.

A curva lilás é para um material bastante dúctil como o cobre.

Diagrama Tensão (σ) x Deformação (ε)

O diagrama σ x ε mostra uma relação entre estas duas grandezas através de uma linha definida em um gráfico x/y onde o eixo x representa as deformações e o eixo y representa as tensões.

A obtenção do diagrama tensão x deformação deve ser realizada para os diferentes tipos de material podendo ser feita através de um ensaio de tração.

O diagrama σ x ε varia de material para material e para um mesmo material, com diferentes composições

A partir da relação entre tensão e deformação obtida com o ensaio anterior, pode-se definir dois tipos de materiais:

Materiais dúteis

Materiais frágeis

Materiais dúteis (aço estrutural e outros metais)

Diagrama tensão x deformação

σ u: tensão última (máxima tensão que se atinge)

σ R: tensão de ruptura (tensão que, se atingida, provoca a ruptura do material)

σ e: tensão de escoamento

ε R: deformação de ruptura (deformação que, se atingida, provoca a ruptura do material)

Fases de evolução do diagrama

1. Aumento lento do comprimento (pequena deformação), diretamente proporcional a uma grande carga aplicada (trecho reto da origem até a tensão de escoamento - σ e), com grande coeficiente angular (reta "quase" na vertical).

2. Longa deformação com pouco aumento da carga aplicada, ou seja, pequena variação da tensão (escoamento).

3. Aumento da deformação proporcional ao aumento da carga aplicada, ou seja, da tensão. Este aumento ocorre até que a carga aplicada atinja um valor máximo, ou, uma tensão última - σ u (recuperação).

4. Diminuição do diâmetro do corpo (estricção). Uma diminuição da carga aplicada é suficiente para manter a deformação até a ruptura. (σ R: tensão de ruptura; ε R: deformação de ruptura).

Materiais frágeis (ferro fundido, vidro, pedra...)

Diagrama tensão x deformação

σ u: tensão última (máxima tensão que se atinge)

σ R: tensão de ruptura (tensão que, se atingida, provoca a ruptura do material)

ε R: deformação de ruptura (deformação que, se atingida, provoca a ruptura do material)

Fases da evolução do diagrama

Aumento da deformação proporcional ao aumento da carga aplicada até que se atinja a deformação de ruptura (ε R) que corresponde à tensão de ruptura (σ R) que é igual à tensão última (σ u).

A deformação até a ruptura (ε R) nos materiais frágeis é menor do que nos materiais rígidos, ou, para uma mesma tensão os materiais frágeis rompem antes que os dúteis

4. MATERIAIS

  • Barra Cilíndrica de metal (corpo de prova)

  • Paquímetro

  • Máquinas para ensaio de tração (EMIC, MUE – 100)

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Primeiramente deve-se medir o comprimento e o diâmetro da parte mais fina do corpo de prova antes da aplicação da força. Fazendo marcações para poder medir após a ruptura.

O corpo-de-prova é fixado numa máquina de ensaios que aplica esforços crescentes na sua direção axial, sendo medidas as deformações correspondentes a cada 0,2mm de alongamento.

Após a ruptura do corpo de prova mede-se o comprimento e o diâmetro novamente.

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