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PROPRIEDADE DOS MATERIAIS

INTRODUO

Antes de iniciar o contedo, devemos lembrar querotineiramente assumimos que os materiais se comportam de forma homognea e isotrpica no que concerne a suas propriedades. Porem sabemos que na prtica, isto no ocorre.

Material homogneo: Possui as mesmas propriedades em todo o seu volume; Material isotrpico: Possui essas mesmas propriedades em todas as direes.PROPRIEDADE DOS MATERIAIS

Existe uma grande gama de propriedades visando a a caracterizao de qualquer material, dentre as principais, podemos citar:

Mecnicas,FsicasQumicas,Eltricas Magnticas.

* A importncia de cada uma depende do emprego do material. De uma maneira geral, no caso dos elementos de mquinas evidenciam-se as propriedades mecnicas.

PROPRIEDADES MECNICAS

As propriedades mecnicas so determinadas a partir da resposta do material s solicitaes mecnicas, obtidas atravs de ensaios. Estes ensaios podem ser destrutivos ou no destrutivos (para alguns casos) de amostras sob condies controladas.Dentre varias condies de controle, podemos ressaltar o controle da temperatura, umidade do ar, velocidade de carregamento, carga aplicada, tempo de ensaio entre outros.H inmeros tipos de ensaios que os materiais podem ser submetidos, sendo que em muitos casos um mesmo teste pode fornecer dados sob uma ou mais propriedades mecnicas.PROPRIEDADES MECNICAS

Na ausncia ou impossibilidade de realizar tais testes especficos, o engenheiro deve adaptar e aplicar dados das propriedades dos materiais publicados a partir de testes padronizados. A padronizao destes testes obedecem as normas originrias das principais associaes tcnicas, dentre elas:ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas.SAE Society of Automotive EngineersASTM American Society for Testing and Materials.DIN Deustsches Institut fr Normung.

ENSAIOS

Pode-se definir ensaio como a observao do comportamento de um material quando submetido ao de agentes externos como esforos e outros.Dentre os principais ensaios normalmente realizados para a determinao das propriedades dos metais ferrosos e no-ferrosos (principal matria prima utilizada para a construo de mquinas e equipamentos), ressaltam-se: Ensaio de Trao, Ensaio de Compresso, Ensaio de Flexo, Ensaio de Toro, Ensaio de Dureza.ENSAIO DE TRAO

O ensaio de trao o teste mais simples. Consiste em aplicar uma fora (carga) de intensidade crescente, tracionando o material at sua ruptura , ou seja, uma amostra do material (corpo de prova) submetida a um esforo longitudinal at a sua ruptura. O corpo de prova deve apresentar dimenses padronizadas definidas por normas.

ENSAIO DE TRAOCorpo de prova e equipamento utilizado no ensaio

(A) Incio(B) Instantes antes do rompimentoIlustrao de um ensaio de traoDeflectmetro eletrnicoENSAIO DE TRAOA Figura abaixo mostra um arranjo bsico e apenas ilustrativo, sem escalas de um ensaio de trao.

Limite de Resistncia TraoDeformao ()FraturaTenso ()(a) (b) Ilustrao do ensaio de trao; b) Corpo de prova antes e aps de aplicao da carga.ENSAIO DE TRAO

O ensaio de trao mostra como resultado, uma curva onde se relaciona a tenso e a deformao do corpo de prova. o chamado DIAGRAMA TENSO-DEFORMAONeste diagrama vrias propriedades quantitativas do material podem ser determinadas, tais como: Mxima tenso e deformao; Tenso e deformao de fratura; Tenso de escoamento; Limite de proporcionalidade e de elasticidade; Mdulo de elasticidade; Resilincia e tenacidade.

Exemplo de um Diagrama Tenso-DeformaoENSAIO DE TRAOENSAIO DE TRAO

Tenso () definida como sendo fora por unidade de rea e pode ser determinada no corpo de prova como sendo: = Fmax / A0Onde F a carga aplicada e A0 a rea inicial da seco transversal do corpo de provaDeformao () /Estrico () a variao de comprimento (ou rea) do corpo de prova, tomando-se como base o comprimento (ou rea) inicial: = (L L0) / L0 = L / L0 = (A0 A) / A0 = A / A0 Onde:, deformao/estrico (no possui unidade, podendo, porm, ser representada por mm/mm, cm/cm, %)L0 e L comprimentos inicial e final do corpo de prova;A0 e A reas inicial e final na zona de estrico.PROPRIEDADES MECNICAS

Dentre as propriedades mecnicas principais:Resistncia Ruptura por Trao (limite de resistncia trao); Elasticidade; Rigidez; DuctilidadeTenacidade; Resilincia; Maleabilidade; Dureza.PROPRIEDADES MECNICAS

Resistncia Ruptura por Trao (limite de resistncia trao)

O limite de resistncia trao corresponde tenso mxima (R) aplicada ao material antes da ruptura (se esta tenso for mantida ocorrer a fratura do material). calculada dividindo-se a fora (carga) mxima suportada pelo material pela seo transversal do corpo de prova, ou seja:R = Fmax / A0Unidades usuais:R Mpa, psi, kgf/cm2, kgf/mm2, N/cm2, N/mm2Fmax lbf, kgf, NA0 in2, cm2, mm2PROPRIEDADES MECNICAS

Elasticidade

Elasticidade a capacidade que tem o material de se deformar sob a ao de um carregamento e retornar forma primitiva aps o descarregamento.A deformao elstica precede a deformao plstica e, dentro de certos limites, obedece a Lei de Hooke (tenso proporcional deformao).

PROPRIEDADES MECNICAS

Elasticidade

Tenso ()PlsticaElstica Deformao () Deformao () Tipos de DeformaoPROPRIEDADES MECNICASRigidezRigidez a capacidade do material sofrer pequenas deformaes sob a ao de esforos elevados. A indicao da rigidez dada pelo mdulo de elasticidade; quanto maior esse mdulo maior a rigidez. MDULO DE ELASTICIDADE [E] MATERIAIS ( kN/cm2) (106 Psi) Lato 6400 9 Alumnio 6900 10 Bronze 9800 14 Ferro Fundido 9800 14 Cobre 11800 17 Nquel 20700 30 Ao 20700 30 Tungstnio 40700 59

* 1 psi = 6,90 x 10-3 MPa = 7,03 x 10-4 kg/mm2

PROPRIEDADES MECNICASMdulo de Elasticidade

O mdulo de elasticidade obtido na regio limite onde a tenso proporcional a deformao.Representa o limite de proporcionalidade e at onde vlida a Lei de Hooke. O Mdulo de Elasticidade pode ser determinado pela razo entre a tenso e a deformao:E = /E mdulo de elasticidade ( mdulo de Young) (Gpa, psi, kgf /mm2), tenso aplicada (Mpa, psi, kgf/cm2, kgf/mm2, N/cm2, N/mm2), deformao (admensional).PROPRIEDADES MECNICASDuctilidadeA ductilidade a capacidade do material sofrer deformaes permanentes antes de se romper. medida pela deformao percentual ou pela estrio percentual. Representa a medida do grau de deformao plstica que o material suportou quando de sua fratura, ou seja, corresponde elongao total do material devido deformao plstica. expressa atravs da deformao percentual () ou pela estrio percentual (). Deformao percentual: (%) = (L L0) / L0) x 100 = (L / L0) x 100 Estrio percentual:= (A0 A / A0) x 100 = (A / L0) x 100PROPRIEDADES MECNICASDuctilidadePara a maioria dos materiais metlicos, a deformao elstica persiste apenas at deformaes de aproximadamente 5%. Aps este ponto ocorre a deformao plstica (no reversvel) e, a partir a a Lei de Hooke no mais vlida. Arbitrariamente convenciona-se classificar:material dctil aquele em que a deformao percentual maior ou igual a 5% ( 5%); Exemplos: Ao , Al e ligas, Cu e ligas material frgil aquele em que a deformao percentual menor que 5% ( < 5%); Exemplos: Ferro fundido, Vidro.PROPRIEDADES MECNICASDuctilidade Da relao entre tenso e deformao obtida com o ensaio de trao, pode-se definir, de uma forma geral, dois tipos de materiais:Diagrama x Mat. dcteis (ao, Al, Cu) Mat. frgeis (ferro fundido, concreto)

PROPRIEDADES MECNICAS

PROPRIEDADES MECNICASTenacidade Tenacidade a capacidade do material resistir a uma carga por choque, sem se romper. Em outras palavras, a tenacidade corresponde capacidade do material de absorver energia at a sua ruptura. representada pela energia desenvolvida at a ruptura do material e calculada pela rea sob a curva tenso-deformao .

PROPRIEDADES MECNICASResilincia Resilincia a capacidade do material resistir a uma carga por choque, sem apresentar deformao permanente. Neste caso o material absorve uma certa quantidade de energia durante o perodo do choque e a restitui em seguida. A resilincia representada pela rea sob a curva tenso- deformao no seu trecho elstico.

ENSAIO DE COMPRESSO

O ensaio de pode ser realizado com a mesma mquina utilizada para o do ensaio de trao, bastando somente que se inverta o sentido de aplicao da carga, atravs ferramental apropriado.

DeflectmetroeletrnicoENSAIO DE COMPRESSO

Resposta dos diferentes materiais

Dcteis: somente possvel se determinar as propriedades referentes zona elstica, Isto ocorre porque, com a deformao de um metal dctil, a seo transversal aumenta continuamente, aumentando a resistncia do material (inverso do ensaio de trao).

Ensaio de compresso em um metal dctil. Deformao sem ruptura. ENSAIO DE COMPRESSO

Resposta dos diferentes materiais

Frgeis: no apresenta deformao lateral aprecivel e a ruptura ocorre por cisalhamento e escorregamento, ao longo de um plano inclinado de, aproximadamente, 45.

Ensaio de compresso em um metal frgil. Ruptura sem deformao lateral. ENSAIO DE COMPRESSO

Resposta dos diferentes materiais

Pergunta:Ser que o diagrama x obtido com ensaio de compresso, ao invs do ensaio de trao como foi visto at agora, seria o mesmo?Resposta: Para materiais dcteis: o ensaio de compresso poderia ser utilizado at a tenso ltima, mas a partir da no, pois na compresso no ocorre a estrico (diminuio) do dimetro do corpo de prova.Para materiais frgeis: o ensaio de compresso no poderia ser utilizado pois a tenso ltima de compresso muito maior do que a tenso ltima de trao (os materiais so mais resistentes ao esforo de compresso do que de trao), o que, provavelmente, causaria imperfeies nos resultados.PROPRIEDADES MECNICAS

Maleabilidade

a capacidade do material sofrer deformaes permanentes por compresso ou pancada. uma propriedade desejvel nos casos de laminao e de estampagem. A diferena entre ductilidade e maleabilidade que a primeira caracteriza-se por apresentar a formao de filamentos e a segunda permite a formao de delgadas lminas do material sem que este se rompa.

Arranjos tpicos de laminao com cilindrosENSAIO DE FLEXO

Nesse tipo de ensaio uma barra simplesmente apoiada em cada extremidade como uma viga carregada transversalmente no centro de seu comprimento at a falha ocorrer.

Equipamento ensaio de flexo

Distribuio das tenses ENSAIO DE FLEXO

Quando a fora aplicada provoca somente a deformao elstica no material, dizemos que se trata de um esforo de flexo. Quando produz deformao plstica, temos um esforo de dobramento. Portanto, a flexo est associada fase elstica e o dobramento fase plstica. Se o material for dctil, a falha ser por escoamento. Se o material for frgil, a viga se romper .

Ensaio de flexo- Material dctil (a) e frgil (b)ENSAIO DE TORO

Corpos de prova circulares so submetidos a toro at romperem com a finalidade principal de se obter a propriedade de cisalhamento.

Em materiais dcteis haver linha formar uma trajetria helicoidal, em materiais frgeis a linha permanecer reta.

Ensaio de toro- Comportamento de material dctil (a) e frgil (b)PROPRIEDADES MECNICAS

Dureza

Pode-se considerar dureza como a resistncia que um material oferece penetrao de outro em sua superfcie. O ensaio de dureza pode ser feito em peas acabadas, deixando apenas uma pequena marca, s vezes quase imperceptvel. Essa caracterstica faz dele um importante meio de controle da qualidade do produto. No h uma medida absoluta de dureza. Na prtica ela medida em dureza Brinell, Rockwell, Vickers, Shore, Janka.Ensaio de Dureza

Brinell

O material submetido ao de uma carga F atravs esfera de material duro e dimetro D.

Representao esquemtica do ensaio de dureza (Brinell). Determinao da Dureza Brinell (HB) do material:HB = 2 F / { D [ D - (D2 - d2) ] } **A unidade a mesma da tenso (pascal ou outras).

Ensaio de DurezaRockwellRockwell C ou HRC: para materiais duros. O objeto penetrante um cone de diamante (vrtice de 120). Rockwell B ou HRB: para materiais semi-duros. usada uma esfera de ao temperado de 1/16". Em ambos os casos, aplicada uma carga padro e a dureza dada pela profundidade de penetrao.

Equipamento para ensaio de dureza Rockwell DurezaVickers A ferramenta pirmide de diamante. A dureza Vickers HV dada por F/S. utilizada para medies em chapas finas, camadas finas (cementadas, por exemplo).ShoreA dureza Shore a medida da altura de retorno de uma ponta de diamante, que cai livremente sobre o material; quanto maior o nmero, maior a dureza. usada para materiais como borracha, por exemplo. Janka uma variao do mtodo Brinell, usada em geral para madeiras. definida pela fora necessria para penetrar, at a metade do dimetro, uma esfera de ao de dimetro 11,28 mm. O resultado uma fora (N, kgf, lbf) e no h um padro de unidade. Propriedades Fsicas, Qumicas, Eltricas e Magnticas Resistncia ao Desgaste por Abraso a capacidade do material suportar a ao do desgaste provocado pela frico de partculas (abrasivas) em sua superfcie.UsinabilidadeUsinabilidade a maior ou menor resistncia do material ao se deixar conformar com a retirada de cavaco (material removido durante o processo de usinagem). Condutividade TrmicaA conduvidade trmica a facilidade de conduo de calor por parte do material. Condutividade EltricaCondutividade eltrica fenmeno observado pela transmisso de corrente eltrica quando sob a influncia de um campo eltrico externo.Resistncia corroso e oxidaoOs materiais metlicos podem possuir resistncia prpria a determinados meios corrosivos o qual funo da sua composio qumica. FusibilidadeFusibilidade a capacidade que tem o material de passar do estado slido para o lquido, quando aquecido a uma determinada temperatura e de fluir convenientemente.