Tecnologia dos Materiais: Propriedades Mecânicas dos Materiais, Notas de aula de Ciência dos materiais

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Tecnologia dos Materiais

PROPRIEDADES

MECÂNICAS DOS

MATERIAIS

 A capacidade de um metal resistir a ação de esforços externos se caracteriza por suas propriedades mecânicas.

 Ao se escolher um material para a fabricação de elementos de máquinas antes de tudo deve-se ter em conta suas propriedades mecânicas: resistência, elasticidade, ductilidade, tenacidade, dureza, etc.

 Estas propriedades se determinam através de ensaios mecânicos durante os quais os metais são submetidos a ação de esforços externos (cargas) e são verificadas as respostas dos metais a estes esforços.

 Os esforços externos podem ser estáticos, dinâmicos ou cíclicos.

 São aquelas que definem o comportamento do material segundo um determinado esforço ao qual ele pode estar submetido.

 RESISTÊNCIA MECÂNICA (À TRAÇÃO, À COMPRESSÃO, À

TORÇÃO, À FLEXÃO, AO IMPACTO ...).

 DUCTILIDADE.

 DUREZA.

 TENACIDADE

 RESILIÊNCIA.

Tração

Compressão

Torção

Cisalhamento

Flexão

Flambagem

 NÃO É PERMANENTE: quando a força é removida, o corpo volta a sua forma original.

 Quando um metal é deformado elasticamente, NÃO HÁ A QUEBRA DE LIGAÇÕES QUÍMICAS entre seus átomos.

 Existe um limite para o esforço aplicado de modo que o material sofra apenas deformações elásticas. Acima desse limite, as deformações se tornam permanentes.

 ELASTICIDADE: é a propriedade apresentada pelos materiais de recuperar a forma primitiva após cessar o esforço.

 É PERMANENTE: quando o esforço aplicado é removido, o corpo NÃO retorna à sua forma original.  Tem início quando é ultrapassada a FASE ELÁSTICA do material sob deformação.

 A plasticidade do material é de grande importância prática, pois: ◦ Permite que o mesmo seja submetido no estado sólido a OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA (LAMINAÇÃO, FORJAMENTO, ESTRICÇÃO, entre outras). ◦ É fundamental o seu conhecimento para projetos em que o material é utilizado na fabricação de elementos estruturais, os quais NÃO DEVEM SE DEFORMAR PLASTICAMENTE sob a ação dos esforços mecânicos aos quais a estrutura estará submetida.

 O principal mecanismo de deformação plástica dos metais é a ESCORREGAMENTO , o qual envolve o movimento de DISCORDÂNCIAS

• DEFORMAÇÃO PLÁSTICA: deformação permanente, que continua após cessar o esforço.

 O ensaio de tração pode ser usado para avaliar diversas propriedades mecânicas dos materiais.

 Consiste em se submeter um CORPO DE PROVA a uma carga crescente de tração, ao mesmo tempo em que se registra a carga instantânea aplicada e a consequente deformação do material.

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 A carga aplicada em um corpo sólido acarreta tensão e deformação.

 A tensão é a medida da carga referida a uma unidade de superfície da seção transversal da amostra ensaiada.

 A deformação é a mudança da forma e das dimensões de um corpo de prova.

 As deformações podem ser resultantes de esforços de tração, compressão, torção, cisalhamento, flexão, etc.

 Em condições reais o material pode estar submetido a vários tipos de deformação simultaneamente.

 Para se determinar várias propriedades mecânicas os metais são submetidos a esforços de tração e se constrói o diagrama TENSÃO X DEFORMAÇÃO.

TENSÃO: definida com FORÇA POR UNIDADE ÁREA. É medida em N/m^2 (Pa) ou kgf/mm^2

Onde: F: carga instantânea aplicada perpendicularmente à área da seção reta do corpo ( N, kgf, lbf ). A 0 : área da seção reta inicial ( m^2 , mm^2 , pol^2 ).

DEFORMAÇÃO: mudança na forma (dimensional) do corpo, provocada pela aplicação da carga. Onde: l 0 : comprimento inicial do corpo. lf : comprimento final do corpo.  l : alongamento.

σ AF MPa, kgf/mm^2 psi

0

0 0

l

l

l

 l^ f^  l 

 A maioria dos materiais, quando deformados ELASTICAMENTE , obedecem à LEI DE HOOKE que estabelece: TENSÃO (  ) E DEFORMAÇÃO (  ) SÃO DIRETAMENTE PROPORCIONAIS :

 A constante de proporcionalidade E é uma propriedade do material denominada MÓDULO DE ELASTICIDADE ou MÓDULO DE YOUNG , expresso em unidades de força sobre área, MPa, kgf/mm^2.

 O módulo de elasticidade é uma medida da RIGIDEZ e da FORÇA DE LIGAÇÃO entre os átomos do material.

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σ Eε

 O módulo de elasticidade é igual à INCLINAÇÃO DA CURVA  x :

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 (DEFORMAÇÃO)

^

(TENSÃO)

E = tan() CARREGAMENTO

DESCARREGAMENTO

E 1 > E 2

Material 1 é MAIS RÍGIDO.

 Após o início da deformação plástica (ESCOAMENTO) a tensão necessária para continuar deformando o material aumenta até um valor máximo, o LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (LRT).

 O limite de resistência à tração é a tensão no ponto MÁXIMO da curva tensão x deformação.

 O LRT corresponde a MAIOR TENSÃO que uma estrutura pode suportar sob tração, SEM FRATURAR.

 Até esse ponto, a área da seção transversal do corpo de prova se deforma de modo uniforme ao longo do seu comprimento.

 Quando a tensão do ensaio atinge o LRT , há uma redução localizada da seção transversal do corpo de prova, ou EMPESCOÇAMENTO ou ESTRICÇÃO.