Capítulo 3 – Propriedades mecânicas dos materiais

Capítulo 3 – Propriedades mecânicas dos materiais
1. Um provete cilíndrico de latão cujo comprimento e diâmetro iniciais eram,
respectivamente, 50mm e 10mm foi traccionado utilizando uma velocidade de
alongamento de 5mm/min. No instante em que se iniciou o movimento de deslocações o
provete apresentava um comprimento de 50,1mm e a força aplicada era de 20000N. O
aparecimento da estricção do provete ocorreu ao atingir-se a carga de 62800N e, nesse
instante, o provete tinha um alongamento de 12,5mm. Calcule:
(a) a tensão de cedência do latão;
(b) o módulo de Young;
(c) a velocidade de extensão real na cedência;
(d) a extensão nominal uniforme;
(e) a tensão máxima.
2. Um provete prismático de base quadrada, inicialmente com 10 cm de comprimento de
prova (distância entre pontos de referência) e 1 cm de lado de base, foi ensaiado à tracção.
Sabe-se que o módulo de Young desse material, um metal, é E =200 GPa.
(a) Supondo que o material ainda se encontra em regime elástico, calcule a tensão que
provoca uma extensão de 0,08%. Calcule também o valor da respectiva força de
tracção.
(b) Nas condições da alínea anterior, calcule a percentagem de variação de volume sofrida
pelo provete, i.e., a variação de volume dividida pelo volume inicial. O que conclui?
Dado: o coeficiente de Poisson é = 0.3.
(c) Após ter sido ultrapassada a tensão de cedência, o provete continuou a ser deformado
em regime plástico. No instante em que se atingiu a força de tracção de 20 kN, a
distância entre os pontos de referência era de 12 cm. Determine, para esse instante: a
tensão nominal, a tensão real, a extensão nominal e a extensão real.
3. Um fabricante de peças de aço destinadas à indústria automóvel forneceu os seguintes
gráficos tensão nominal (108 Pa) / extensão nominal referentes ao ensaio de tracção
realizado a provetes de aços endurecidos com boro. (Nota: use apenas a curva identificada
com uma seta).
(a) Determine o módulo de Young e a tensão de prova a 0,002.
(b) Para o ponto de carga máxima, determine: a tensão nominal, extensão nominal, tensão
real e a extensão real.
(c) Considere um provete de 20 cm que no decorrer do ensaio de tracção tem uma
extensão nominal de 4%. Após ser retirada a carga: qual a extensão nominal e qual o
comprimento do provete?
(d) Estime a tensão de cedência à compressão do provete que sofreu a carga-descarga
descrita na alínea anterior.
4. Uma amostra cilíndrica com 380 mm de comprimento e 10 mm de diâmetro vai ser
submetida a uma carga de tracção de 24,5 kN, não podendo sofrer deformação plástica
nem um alongamento superior a 0,9 mm.
(a) De entre os materiais indicados na tabela, qual(is) é(são) o(s) candidato(s) a ser(em)
utilizado(s) nestas condições? Justifique.
Material
Liga de alumínio
Bronze
Aço
Cobre
Módulo de Young
GPa
70
100
207
110
Tensão de cedência
MPa
255
345
450
250
Tensão máxima
MPa
420
420
550
290
(b) Represente, no mesmo gráfico, 2 curvas do ensaio de tracção (escolha 2 materiais da
tabela) compatíveis com os dados fornecidos. Indique cuidadosamente
abcissas/ordenadas de pontos notáveis.
5. Os resultados seguintes foram obtidos num ensaio de fluência de uma liga de Alumínio
submetida à tensão de 2,75MPa, à temperatura de 480ºC.
Tempo (min)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Extensão
0,01
0,22
0,34
0,41
0,48
0,55
0,62
0,68
0,75
Tempo (min)
18
20
22
24
26
28
30
32
34
Extensão
0,82
0,88
0,95
1,03
1,12
1,22
1,36
1,53
1,77
(a) Trace a curva de fluência.
(b) Determine a velocidade de fluência estacionária.
6. Um peça de um aço de baixo carbono tem uma fissura interna com 112mm de
comprimento. A fractura da peça ocorreu para uma tensão de tracção de 380MPa.
Considerando um factor geométrico igual a 1, calcule a tenacidade à fractura ( K IC ) do
aço.
Outros exercícios do livro “Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais”, William F.
Smith, McGraw-Hill de Portugal Lda., Lisboa, 1998.
6.1.14; 6.2.1; 6.2.4; 6.2.8; 6.3.1; 6.3.5; 6.4.1; 6.9.5; 6.9.7; 6.9.9; 6.9.12; 6.10.2; 6.10.5; 6.11.1;
6.11.3; 6.11.4.