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Ensaios de materiais I-10




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Introdução |
Ensaio de tração |



Introdução

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Características de materiais obtidas através dos ensaios são fundamentais para o dimensionamento de elementos estruturais. Pode-se definir ensaio como a observação do comportamento de um material quando submetido à ação de agentes externos como esforços e outros.

Os ensaios são executados sob condições padronizadas, em geral definidas por normas, de forma que seus resultados sejam significativos para cada material e possam ser facilmente comparados.

Por enquanto, estão informados aqui apenas os ensaios de tração, dureza e fadiga, que são bastante usados para aços e outros materiais, inclusive para alguns não metálicos.



Ensaio de tração

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No ensaio de tração, uma amostra do material (corpo de prova) é submetida a um esforço longitudinal. O corpo de prova tem dimensões padronizadas definidas por normas. As extremidades recebem garras do equipamento de medição. A Figura 01 (a) mostra um arranjo básico, apenas ilustrativo e sem escalas.

Na condição inicial, a parte central tem um comprimento L0 e área transversal S0.

O equipamento de ensaio aplica gradativamente, a partir do zero, uma força de tração no corpo de prova. Assim, de forma genérica, pode-se dizer que, a cada valor de força aplicada F, corresponde uma deformação ΔL do corpo.

Corpos de prova submetidos à tração
Fig 01

Continuando o aumento da força F, chega-se, como em (c) da figura, ao ponto de ruptura do material, finalizando o ensaio.

Em princípio, seria possível estudar a relação F versus ΔL, mas o resultado ficaria dependente do material e das dimensões do corpo de prova. Para obter resultados dependentes apenas do material, são usadas grandezas relativas.

No lugar da força, é usada a tensão de tração σ, que é a relação entre força e área da seção transversal. No ensaio, considera-se apenas a área inicial do corpo:

#A.1#

E, no lugar da deformação absoluta, é usada a deformação relativa ao comprimento inicial L0:

#B.1#

O valor de ε pode também ser dado em percentual, bastando multiplicar a igualdade anterior por 100. E gráficos aproximados da relação tensão x deformação podem ser vistos na Figura 02.

Curvas de tensão x deformação para alguns materiais
Fig 02

(a) é uma curva típica para aços de alta resistência.
(b) curva para aços de baixo / médio carbono.
(c) para ferro fundido cinzento.
(d) para materiais bastante maleáveis como cobre.

Considera-se agora a curva que tem mais fases distintas, que é (b) da Figura 02 (aços de baixa dureza). A Figura 04 mostra a curva típica e a Figura 03 dá uma ampliação da parte inicial 0E.

Um material é dito ter comportamento elástico se, uma vez removido o esforço, as dimensões retornam àquelas antes da sua aplicação, isto é, não há deformações permanentes.

Curva tensão x deformação - Parte inicial
Fig 03

O trecho 0L da Figura 03 é a região elástica do material, ou seja, o comprimento retorna ao valor L0 se o ensaio for interrompido nessa região.

A tensão máxima correspondente é o limite de elasticidade σL do material.

Dentro da região elástica, no trecho 0P, a tensão é proporcional à deformação, isto é, o material obedece à lei de Hooke:

#C.1#

Onde E é o módulo de elasticidade do material (não tem relação com o ponto E da curva). Para aços, um valor típico de E é 2,06 105 MPa.

Portanto, a tensão σP é o limite de proporcionalidade do material.

O ponto L marca o início da região plástica ou escoamento do material, significando a existência de deformações residuais permanentes.

É usual considerar início ou limite de escoamento σE a tensão que produz uma deformação residual:

ε = 0,002 ou 0,2% (ponto E conforme Figura 03).

Em referências de língua inglesa, é comum o uso da letra Y ("yield") para esse limite (σY ou SY).
Curva tensão x deformação típica de material dúctil
Fig 04

Depois do limite de escoamento há uma significativa redução da área da seção transversal e a tensão real segue algo como a curva tracejada da Figura 04. Mas a convenção é usar tensão aparente, em relação à área inicial.

Em B da Figura 04 ocorre a tensão máxima e, em R, a ruptura do corpo de prova. A tensão σB é a tensão máxima, também denominada resistência à tração do material. Em referências de língua inglesa, esse valor pode ser representado por σU ou SU ("ultimate strength"). É também comum o uso da expressão "tensile strength" para esse parâmetro.

A tensão em R é a tensão de ruptura σR ou "breaking strength" em inglês.

Conforme já visto na Figura 02, materiais duros como ferro fundido não apresentam esses valores distintos e, portanto, a tensão máxima é a própria tensão de ruptura.


Topo | Última revisão ou atualização: Set/2009