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Notas sobre Ensaios I

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Tópicos: Ensaio de Tração |

1) Ensaio de Tração

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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 1-I (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.


Fig 1-I

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:

$$\sigma = {F \over S_0} \tag{1A}$$
E, no lugar da deformação absoluta, é usada a deformação relativa ao comprimento inicial L0:

$$\epsilon = {\Delta L \over L_0} \tag{1B}$$
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 1-II.


Fig 1-II

(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 1-II (aços de baixa dureza). A Figura 1-IV mostra a curva típica e a Figura 1-III 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.


Fig 1-III

O trecho 0L da Figura 1-III 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:

$$\sigma = E\ \epsilon \tag{1C}$$
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 1-III)

Em referências de língua inglesa, é comum o uso da letra Y ("yield") para esse limite (σY ou SY).


Fig 1-IV

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 1-IV. Mas a convenção é usar tensão aparente, em relação à área inicial.

Em B da Figura 1-IV 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 1-II, materiais duros como ferro fundido não apresentam esses valores distintos e, portanto, a tensão máxima é a própria tensão de ruptura.
Referências
Bouché, Ch. Leitner, A. Sans, F. Dubbel. Manual da Construção de Máquinas. São Paulo, Hemus, 1979.
Faires, V. M. Elementos Orgânicos de Máquinas. Rio, Livros Técnicos, 1976.
Chiaverini, V. Aços e Ferros Fundidos. São Paulo, ABM, 1982.

Topo | Rev: Set/2009