–––– Relatório do lab. 2 de Mecânico dos Materiais Ensaio de Tração Máquina Instron Aluno: Romulo Silva da Cunha Matrícula: 1421223 Data de entrega: 27/09/2018 1 Comportamento Sumário Objetivo ..........................................................................................................3 Introdução ......................................................................................................3 Teoria ..............................................................................................................4 Formulário ......................................................................................................5 Procedimento Experimental .........................................................................6 Cálculos e Resultados ..................................................................................8 Conclusões ....................................................................................................9 Referências Bibliográficas ...........................................................................10 2 Objetivo O ensaio de tração tem como objetivo o estudo da resistência de um determinado material e a análise do seu comportamento quando submetido à tração. Por fim, gerando a sua curva tensão x deformação. Introdução O presente relatório tem como objetivo principal apresentar como foi o ensaio de tração realizado no dia 20/09/2018 na PUC-Rio sob um corpo de prova. Neste caso, o ensaio foi realizado por uma máquina INSTRON. O ensaio consiste em carregar um corpo de prova, submetendo-o a uma carga de tração que aumenta gradativamente. Os valores de carga e deslocamento são medidos continuamente ao longo do ensaio e traçada a curva de comportamento. 3 Teoria Curva tensão x deformação: A curva tensão-deformação é uma descrição gráfica do comportamento de deformação de um material sob carga de tração uniaxial. A curva é obtida no chamado ensaio de tração. Curva Real vs Curva de engenharia: A curva real leva em consideração a redução de área (RA), enquanto que a curva de engenharia desconsidera essa redução de área. Com isso, na curva real, a tensão sempre aumenta com a deformação e na curva de engenharia a tensão cresce até a tensão máxima e, depois dela, decai. Região Elástica: Região da curva tensão x deformação que segue a Lei de Hooke: tensão= E*deformação, onde E é o módulo de elasticidade da peça. Toda deformação sofrida pelo material na região elástica é elasticamente reversível. Limite de proporcionalidade: limite no qual as tensões são diretamente proporcionais as deformações. Região Plástica: Região onde toda deformação sofrida pelo material é permanente. Não tendo como reverter. Nesta região se diz que o material sofre escoamento. Limite de escoamento: Tensão na qual o material começa a escoar. Tensão máxima: Tensão máxima que o material é capaz de suportar. Se aplicada e mantida irá resultar na ruptura do material. Tensão de ruptura: máxima tensão observada durante um ensaio de tração e imediatamente antes de o material romper. Ductilidade: propriedade mecânica que representa o grau de deformação plástica apresentada pelo material no momento da fratura. Estricção: representa o quanto a área do material reduziu após a tensão máxima. Tal fenômeno tambem é chamado de empescoçamento. Reta 0,2%: linha reta paralela à porção elástica de um gráfico tensão x deformação que passa pelo ponto 0,2% da deformação total. A tensão correspondente de à intersecção desta linha com a curva tensão-deformarção é o limite de escoamento. 4 Figura 1- Corpo de Prova (CP) genérico em estricção após um ensaio de tração Formulário - área inicial: 𝐴𝑜 = 𝜋 × 𝐷𝑜2 4 - área final: 𝐷𝑓2 𝐴𝑓 = 𝜋 × 4 - tensão de escoamento de engenharia: 𝑆𝑌𝐸𝑁𝐺 = 𝐹𝑌 𝐴𝑜 - tensão de escoamento real: 𝑆𝑌𝑅𝐸𝐴𝐿 = 𝑆𝑌𝐸𝑁𝐺 OBS: como na região elástica, as deformações são pequenas, tal igualdade é válida. - alongamento: ∆𝑙 = 𝑙𝑓 − 𝑙𝑜 5 - deformação de engenharia: 𝜀𝐸𝑁𝐺 = ∆𝑙 𝑙𝑜 - deformação real: 𝜀𝑅𝐸𝐴𝐿 = ln(1 + 𝜀𝐸𝑁𝐺 ) - tensão máxima de engenharia: 𝑆𝑅𝐸𝑁𝐺 = 𝐹𝑅 𝐴𝑜 No excel foi calcula a máxima carga na coluna de carregamento e dividiu-se tal valor pela área inicial do CP. - tensão máxima real: 𝑆𝑅𝑅𝐸𝐴𝐿 = 𝑆𝑅𝐸𝑁𝐺 × (1 + 𝜀𝐸𝑁𝐺 ) - tensão de ruptura de engenharia (𝑺𝑹𝑼𝑷𝑬𝑵𝑮 ): Foi calculada observando o valor anterior no qual as tensões sofriam um decaimento maior do que o que vinha acontecendo durante o momento de estricção do CP. - tensão de ruptura real: 𝑆𝑅𝑈𝑃𝑅𝐸𝐴𝐿 = 𝑆𝑅𝑈𝑃𝐸𝑁𝐺 × (1 + 𝜀𝐸𝑁𝐺 ) - redução de área: %𝑅𝐴 = (𝐷𝑜2 − 𝐷𝑓2 ) 𝐷𝑜2 × 100 Procedimento experimental Um corpo de prova (СP) de aproximadamente 55 mm de comprimento inicial e 9,00 mm de diâmetro inicial foi utilizado em um ensaio de tração. Inicialmente, foram feitas ranhuras igualmente espaçadas, e antes do experimento a máquina INSTRON foi zerada. Tal máquina, tambem era composta por um computador e um software instalado nele para registrar os valores da carga trativa aplicada (força), a própria tensão e a curva 6 tensão x deformação. Ela tem tem capacidade de até 10 toneladas e o ensaio de tração foi iniciado com uma faixa de velocidade fixa de 1 mm/min, como é exigido pela norma. Para medir a deformação do CP foi utilizado um Clip Gauge que com a ajuda de um elástico ficou preso ao corpo de prova, tendo uma de suas hastes se movendo junto com a deformação do material. Tal deslocamento da haste do Ctraing Gauge era transmitida ao computador e o software informava a deformação, ou o alongamento, dependendo da escolha do operador. Após a ruptura do CP, mediu-se o alongamento final através de marcas feitas nele e com o auxílio de um paquímetro mediu-se o seu diâmetro final. Tal medições resultaram em valores de comprimento final e diâmetro final, respectivamente, de 69,50 mm e 5,30 mm. Os valores medidos pelo software foram enviados em uma planilha Excel. Com isso, foi possível calcular algumas propriedades mecânicas. 7 Cálculos e resultados Dados 9,00 mm 55,00 mm 5,30 mm 69,50 mm 1 mm/min Diâmetro inicial Comprimento inicial Diâmetro final Comprimento final Taxa 1 0,009 0,055 0,0053 0,0695 0,001 m m m m m/min Os valores foram convertidos para suas respectivas unidades do S.I. em uma tabela do excel e lá foram feitos os cálculos, levando aos seguintes resultados: O valor do Módulo de Elasticidade E foi calculado através da seleção de um certo número de pontos da coluna de tensão e de deformação (esta última já transladada para a origem). E seria a diferença entre dois valores de tensão no numerador e a diferença entre suas respectivas deformações no denominador. Ao (m) Af (m) %RA (-) Δl (m) ε eng (-) ε real (-) 63,62E-06 22,06E-06 65,32 0,0145 0,2636 0,2340 FY (N) 21226 FResistência mecânica (N) 42027,28 FRUP (N) SYeng (MPa) SYreal (MPa) 15445,15 333,63 333,63 SReng (MPa) SRreal (MPa) SRUPeng (MPa) SRUPreal (MPa) 660,60 834,73 242,76 306,75 OBS: para a realização das contas foram utilizadas as fórmulas do formulário do presente neste relatório. 8 Para encontrar a tensão de escoamento Sy se viu necessário fazer a reta paralela a parte elástica com 0,2% de deformação para ver onde se cruzavam e, assim, obter o Syeng. Com os pontos dado na tabela do excel foi plotado a curva tensão por deformação como o eixo vertical sendo a tensão em Mpa e o eixo horizontal a deformação em mm/mm. Conclusão Com base nos resultados obtidos, é possível observar que a deformação real deu pouco menor que a de engenharia, isso ocorre visto que a deformação de engenharia não leva em consideração a redução de área da peça. A tensão máxima e a de ruptura reais também são maiores que as de engenharia, já que as reais levam em conta a redução de área, o que lhe proporciona um maior limite de resistência máxima e de ruptura. Os valores encontrados, portanto, são bons e batem com a teoria aprendida em sala de aula. Além disso, pode-se concluir que o material do CP testado é tenaz visto que a área sob a sua curva tensão x deformação é grande e também é dúctil, já que a redução de área (RA) antes da fratura (cerca de 65%) é considerável. 9 Referências Bibliográficas PEREIRA, Marcos. Materiais de Engenharia. Slides de Aula. Fadiga. CASTRO, Jaime Tupiassú Pinho de. MEGGIOLARO, Marco Antonio. Técnicas e Práticas de Dimensionamento Estrutural sob Cargas Reais e de Serviço. Volume I – Iniciação de Trincas. 10
