MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO TÉCNICO DE ELETROMECÂNICA DISCIPLINA DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA Ensaio de tração NBR 5162 Em um ensaio de tração, um corpo de prova é submetido a um esforço que o alonga (estica ) até a sua ruptura, ou seja até que o material rompa. Tensão (σ sigma): É a intensidade da força interna que atua sobre a área analizada. Portando calcula-se a tensão aplicada através da equação: Corpo de prova: É uma amostra do material, geralmente com forma cilíndrica e com dimensões específicas, definidas de acordo com a norma utilizada para o ensaio (ISO, ABNT, DIN...) para que os resultados obtidos possam ser comparados ou, se necessário, reproduzidos. Figura 01 – representação esquemática de um corpo de prova astes de ser submetido ao ensaio de tração. Deformação (ξ épson): É a variação do comprimento do material devido a força nele aplicada. Esta variação é proporcional ao módulo de elasticidade de cada material, normalmente expressa em mm/mm (ou seja é um adimensional). Módulo de elasticidade (E ): É a máxima tensão que o material pode suportar sem sofrer deformações plásticas, é constante e próprio de cada material, normalmente expresso em GPa ou Kgf/mm2 Metal (a 20 °C) Alumínio Cádmio Cromo Cobre Ouro Ferro Módulo de Elasticidade E GPa 70,3 49,9 279,1 129,8 78 211,4 Módulo de Elasticidade E Kgf/mm2 7140 5040 28350 13160 7910 21420 Magnésio Niquel Prata Titaneo Tungstênio Vanadio 44,7 199,5 82,7 115,7 411,0 127,6 4550 20230 8400 11760 41720 12950 A relação entre a tensão e a deformação e dada pela equação: σ = E. ξ Figura 02 – Esquema de uma máquina de ensaio de tração: Procedimento do ensaio: O corpo de prova é fixado na máquina por suas extremidades através de garras de fixação. A máquina é projetada para alongar o corpo de prova a uma taxa constante através da aplicação de esforços crescentes na sua direção axial, sendo medidas as deformações correspondentes. O corpo de prova sujeito a essa força sofre deformações, variação de suas dimensões. Os esforços ou cargas (Forças), são mensurados (medidos) na própria máquina assim como a deformação do material. O ensaio ocorre até a ruptura do material. Resultados: Em um ensaio de tração, obtém-se o gráfico tensão-deformação, na qual é possível analisar o comportamento do material ao longo do ensaio. Figura 03 – Diagrama tensão deformação característico de um material frágil Curva característica de um material frágil: É quando o material resiste a tensão até o limite de proporcionalidade elástica, após este valor (de tensão) o material é incapaz de suportar e rompe. Observamos que esta curva apresenta duas regiões, uma correspondente ao regime elástico, que indica o limite de resistência elástica e o ponto de ruptura (limite de resistência de ruptura). Figura 03: Corpo de prova instantes antes da ruptura Curva característica de um material dúctil, pois apresenta além da deformação elástica, a capacidade de deformar-se plasticamente, até o limite de tensão de ruptura, onde o material rompe. Regiões: ● Regime elástico: Região onde acontece uma deformação elástica, proporcional a intensidade da força aplicada, ali, cessando a força o material volta a sua forma original sem deformações permanentes. ● Escoamento: O escoamento é o fenômeno caracterizado pela deformação permanente do material sem que haja aumento de carga, fenômeno que antecede o regime plástico. ● Regime plástico: Região onde o material sofre deformação plástica, com o aumento da força aplicada as transformações no material são permanentes. ● Encruamento (estricção): Ponto do ensaio onde ocorre significativa redução na área do corpo de prova, quanto mais dúctil foi o material maior será a região de estricção. ● Limite de resistência: É o maior valor de tensão que o material eé capaz de suportar. ● Ruptura: Ponto limite do material, momento onde ocorre o rompimento do corpo de prova. Lei de Hooke A lei de hooke supõe que os materias tenham um comportamento perfeitamento elástico e enuncia que a deformação apresentada por um material é diretamente proporcional à tensão nele aplicada. Desta forma, sempre que considerarmos a região elástica expressa no diagrama tensão X deformação, e esta região apresentar uma linha retilinia (comportamento linear) dis-se que o material analizado obedece a lei de Hooke. Considerações finais: ● O ensaio de tração é um ensaio destrutivo, ou seja, para que se possa verificar as propriedades dos materiais é necessário leva-os até a Ruptura (destruição). ● Nem todos os ensaios são destrutivos, outros ensaios testam as características dos materiais sem danifica-lo (raio X, liquido penetrante, ultrasom,...) ● As normas técnicas mais comuns aplicadas aos ensaios de tração são elaborados por: ASTM (American Society for Testing and Materials) ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) ● A Tenacidade é a propriedade que apresenta a capacidade total do material em absorver energia (deformar-se elasticamente ou plasticamente) antes na ruptura e pode ser calculada através da área obtida no diagrama tensão x deformação. Verificando o entendimento: 1) Porque o corpo de prova utilizado no ensaio de tração apresenta uma região com diâmetro reduzido? 2) Explique o que é deformação: Qual a diferença entre a deformação plástica e a deformação elástica? 3) Se utilizarmos dois materiais diferentes para o corpo de prova em um ensaio de tração, um é o alumínio e o outro o vanádio. Qual apresentará menor deformação? Justifique: 4) Observando os gráficos obtidos no ensaio de tração, diga qual a principal diferença entre um material frágil e um material dúctil: 5) Dois materiais (A e B) foram submetidos a um ensaio de tração e apresentaram as seguintes curvas de tensão-deformação: Qual dos materiais apresenta maior deformação permanente? A() B() Figura do exercício 5