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Curso de Engenharia Mecatrônica
RELATÓRIO SOBRE ENSAIO DE TRAÇÃO
CONVENCIONAL
Turma: EA4W01 - Laboratório: “G”
Orientador: Prof. Alcindo
São Paulo, 21 de Abril de 2009
1) OBJETIVO
Determinação das propriedades mecânicas de um metal utilizando tabela de “força x comprimento de deformação” informada em sala de aula. Também determinar através do gráfico de “tensão x deformação” o modulo de elasticidade, limite de escoamento (0,2%), limite de resistência, limite de ruptura e dutilidade (ductilidade) em termos de variação e comprimento de área.
2) INTRODUÇÃO
2.1) Ensaio de Tração
Em um ensaio de tração, um corpo de prova é submetido a um esforço que tende a alongá-lo ou esticá-lo até à ruptura. Geralmente, o ensaio é realizado num corpo de prova de formas e dimensões padronizadas, para que os resultados obtidos possam ser comparados ou, se necessário, reproduzidos. Este é fixado numa máquina de ensaios que aplica esforços crescentes na sua direção axial, sendo medidas as deformações correspondentes. Os esforços ou cargas são mensurados na própria máquina, e, normalmente, o ensaio ocorre até a ruptura do material.
Figura 6.2 do Callister
Com esse tipo de ensaio, pode-se afirmar que praticamente as deformações promovidas no material são uniformemente distribuídas em todo o seu corpo, pelo menos até ser atingida uma carga máxima próxima do final do ensaio e, como é possível fazer com que a carga cresça numa velocidade razoavelmente lenta durante todo o teste, o ensaio de tração permite medir satisfatoriamente a resistência do material. A uniformidade da deformação permite ainda obter medições para a variação dessa deformação em função da tensão aplicada. Essa variação, extremamente útil para o engenheiro, é determinada pelo traçado da curva tensão-deformação a qual pode ser obtida diretamente pela máquina ou por pontos. A uniformidade termina no momento em que é atingida a carga máxima suportada pelo material, quando começa a aparecer o fenômeno da estricção ou da diminuição da secção do provete, no caso de matérias com certa ductilidade. A ruptura sempre se dá na região mais estreita do material, a menos que um defeito interno no material, fora dessa região, promova a ruptura do mesmo, o que raramente acontece.
A precisão de um ensaio de tração depende, evidentemente, da precisão dos aparelhos de medida que se dispõe. Com pequenas deformações, pode-se conseguir uma precisão maior na avaliação da tensão ao invés de detectar grandes variações de deformação, causando maior imprecisão da avaliação da tensão. Mesmo no início do ensaio, se esse não for bem conduzido, grandes erros pode ser cometidos, como por exemplo, se o provete não estiver bem alinhado, os esforços assimétricos que aparecerão levarão a falsas leituras das deformações para uma mesma carga aplicada. Deve-se portanto centrar bem o corpo-de-prova na máquina para que a carga seja efetivamente aplicada na direção do seu eixo longitudinal.
Em um ensaio de tração, obtém-se o gráfico tensão-deformação, na qual é possível analisar o comportamento do material ao longo do ensaio. Do início do ensaio, até a ruptura, os materiais geralmente passam pelas deformações elásticas e plásticas.
Gráfico coleta da Wikipedia
2.1.1) Deformação Elástica
Para a maioria dos metais que são solicitados em tração e com níveis de tensão relativamente baixos, a tensão e a deformação são proporcionais de acordo com a relação abaixo.
2.1.3) Módulo de Elasticidade (E)
Esta é uma propriedade específica de cada metal e corresponde à rigidez deste. Quanto maior o módulo menor será a deformação elástica. Esta propriedade pode ser obtida através da fórmula do módulo de elasticidade, que é E = σ / ε (Lei de Hooke) , onde σ é a tensão dada por Força/ Área e “ε” é a deformação dada por ΔL / L0. Graficamente podemos achar E pela tangente da reta que representa a deformação elástica do corpo.
2.1.4) Limite de Escoamento (σe)
O escoamento corresponde a transição entre a deformação elástica e a plástica. O limite de escoamento superior é a tensão máxima durante o período de escoamento. Essa tensão é seguida por uma queda repentina da carga que representa o início da deformação plástica. Após isso a curva se estabiliza e o valor desta tensão equivale ao limite de escoamento inferior. Tais resultados não dependem apenas do material, mas também de outros fatores como a geometria e as condições do corpo de prova. O limite de escoamento pode ser obtido pela intersecção da curva tensão x deformação com uma reta paralela a parte que representa a deformação elástica do gráfico deslocada de 0,2%.
2.1.5) Limite de Resistência Mecânica (σu)
Corresponde a tensão máxima obtida durante o ensaio de tração tendo pouca importância na resistência dos metais dúcteis.
2.1.6) Limite de Ruptura (σr)
O limite de ruptura corresponde à tensão na qual o material se rompe.
2.1.7) Módulo de Tenacidade (UT )
Tenacidade de um metal é a sua habilidade de absorver energia na região plástica. Já o módulo de tenacidade é a quantidade de energia absorvida por unidade de volume até a fratura. Esse valor corresponde à área total abaixo da curva de Tensão x Deformação.
2.1.8) Módulo de Resiliência (UR)
Resiliência de um metal é a sua capacidade de absorver energia e depois descarregá-la quando deformado elasticamente. Já o módulo de resiliência é a energia de deformação por unidade de volume necessária para tensionar o metal até o final da região elástica. Esse valor corresponde a área total abaixo do gráfico até o final da região elástica.
2.1.9) Alongamento Total (A)
Corresponde ao aumento percentual de comprimento na região útil do corpo de prova observado até a ruptura do corpo de prova. Pode ser determinado pela expressão:
A = ( Lf – L0) / L0 x 100
2.1.10) Estricção (F 0 6 6)
É uma medida do estrangulamento da seção. Também pode caracterizar a ductilidade do material, pois quanto maior for a estricção mais dúctil será o metal. É obtida pela fórmula:
F 0 6 6= (S0 – Sf) / S0 x 100
3) MATERIAIS UTILIZADOS
Devido ao problema ocorrido na maquina de tração da universidade não foi possível fazer o levantamento dos dados e também descrever como realizar o ensaio, porém o Prof. Alcindo passou um levantamento utilizado anteriormente para aplicação neste relatório, portanto os materiais utilizados e o procedimento informado abaixo fazem parte da pesquisa.
- Corpo de prova conforme figura abaixo:
Figura 6.2 do Callister
- Maquina de tração conforme exemplo abaixo:
Figura Telecurso 2000, aula 4
4) PROCEDIMENTO
O primeiro procedimento consiste em identificar o material do corpo de prova. Corpos de prova podem ser obtidos a partir da matéria-prima ou de partes específicas do produto acabado.
Depois, deve-se medir o diâmetro do corpo de prova em dois pontos no comprimento da parte útil, utilizando um micrômetro, e calcular a média.
Por fim, deve-se riscar o corpo de prova, isto é, traçar as divisões no comprimento útil. Num corpo de prova de 50 mm de comprimento, as marcações devem ser feitas de 5 em 5 milímetros.
Figura Telecurso 2000, aula 4
Segue abaixo a curva característica do material testado:
Em um ensaio de tração, a primeira parte do diagrama apresenta-se como
uma reta e é chamada de fase linear. O módulo de elasticidade (E) é o coeficiente
angular desta reta e também pode ser escrito como o quociente entre a tensão e a
deformação.
Logo “ E” é: 58,9 GPa
Limite de Escoamento é determinado a partir da curva obtida no ensaio de
deformação, traçando-se uma paralela ao regime elástico com início no ponto de
deformação 0,002 e encontrando o ponto em que esta intercepta a curva.
Logo “σe” é: 250 MPa
O limite de resistência mecânica corresponde a tensão referente ao ponto
máximo da curva obtida.
Logo “σu” é: 369,1 MPa
Para o limite de ruptura, esse corresponde a tensão referente no ponto de
ruptura do corpo de prova, ou seja, “σu” é 282,9 MPa.
A dutilidade pode ser expressa quantitativamente tanto como porcentagem de
elongação quanto como porcentagem de redução de área. A porcentagem de
elongação, %EL, é a porcentagem de deformação plástica na fratura:
%EL = [ (lf - l o ) / l o ] x 100
Porcentagem de Redução de Área %RA é definida como:
%RA = [(Ao - Af)/Ao] x 100
Efetuando os cálculos acima obtemos:
%EL = [(59,182-50,8)/50,8] x 100 = 16,5% (Alongamento Total)
%RA = [(128,7-32,2)/128,7] x 100 = 75% (Estricção)
6) CONCLUSÃO
Observando o gráfico do material ensaiado (alumínio) podemos observar que
trata-se de um material dutil.
O ensaio foi bastante útil para verificação como retirar de um corpo de prova
todas as propriedades necessárias à engenharia de determinado material.
Abaixo seguem os dados calculados e valores de propriedades mecânicas
pesquisadas em diversos sites da internet.
Propriedades Mecânicas Valor Experimental Valor Pesquisado na
Internet
Módulo de Elasticidade 58,9 GPa 70 GPa
Limite de Escoamento 250 MPa 255 MPa
Limite de Resistência 369,1 MPa 320 MPa
Limite de Ruptura 282,9 MPa 230 MPa
Alongamento 16,5% 15%
Estricção 75% 65%
7) BIBLIOGRAFIA
Sites:
Portal CIMM
HTTP://www.cimm.com.br – Materiais didáticos
Acesso em 20/04/
Wikipedia
http://www.wikipedia.org.br - palavra chave: Ensaio de Tração
Acesso em 20/04/
University of Liverpool
http://www.matter.org.uk – AluMatter
Acesso em 21/04/
