relatorio de tração, Provas de Cultura

Baixe relatorio de tração e outras Provas em PDF para Cultura, somente na Docsity!

Introdução

Os materiais possuem diferentes propriedades e isso atribui aos mesmos diferentes características de comportamento, de acordo com as forças que interagem. Determinar qual material deve ser usado e com qual finalidade implica no custo de produção, manutenção, vida útil do produto, entre outros aspectos.

As propriedades mecânicas, físicas e químicas são as principais que atendem ao interesse da engenharia. Essas propriedades são avaliadas de através de diferentes testes o foco deste relatório aborda o ensaio de tração.

O ensaio de tração é um método que geralmente é fraturada ou deformada permanentemente a peça, tornando essa inutilizável. Esse teste consiste em aplicar uma carga fazendo tensão até que o material se deforme ou frature.

O ensaio mecânico assim como o ensaio de tração tem como principal finalidade determinar a qualidade do material e consequentemente a qualidade do produto.

Objetivos

Este relatório tem como principal objetivo compreender como é feito um estudo do ensaio de tração. Será realizada uma analise com base no modulo Young, resiliência e tenacidade.

Desenvolvendo uma analise mais técnica dos materiais que fazem parte do objeto de estudo.

Modulo de Young

O modulo de Young(homenagem ao físico Thomas Young) ou modulo da elasticidade, determina a resistência a deformação elástica (deformação elástica é aquela que em o material sofre deformação mas não permanente e caso a tensão cesse o material retorna ao seu estado). O metais, polimeros e ceramicos possuem diferentes modulos de elasticidade porque eles possuem diferentes tipos de ligações.

O módulo de yuong diminue para todos os materiais com excessão de alguns elastômeros. O módulo da elasticidade é expresso pela equção:

Onde: E é módulo da elasticidade, σ tensão aplicada e ε é a deformação sofrida pelo corpo de prova.

Para melhorar os resultados foi feita uma média e o desvio padrão.

Módulo de Young do aço

No primeiro teste o material foi o aço, com o fundo de escala de 1000 Mpa e 1 mm/mm.

Gráfico 1:Tensão em função da deformação. Amostra de aço submetida a ensaio de tração.

O gráfico 1, mostra o inicio do ensaio até o momento de fratura, a deformação elástica e toda a deformação plástica, para encontrar a deformação elástica, é preciso diminuir a deformação e determinar o módulo de Young é necessário ter o valor da tensão e da deformação, onde o gráfico deixa de ser linear, para isso é necessário diminuir o valor da deformação para 0,003 mm/mm e selecionando os valores antes da tensão estar constante.

Gráfico 2: Tensão em função da deformação. Amostra de aço. Deformação elástica.

No Gráfico 2 a o fundo de escala foi reduzido para 500Mpa e a deformação foi reduzida para 0,003 com essa mudança fica visível a deformação e assim facilitando o calculo

do módulo de Young aplicando os valores: E=205/0,00114= 179824,6 MPa. Esse procedimento foi feito com outras 4 amostras os valores seguem na tabela abaixo.

Módulo de Young em Mpa 179824, 192105, 186842, 190350, 190350, Tabela 1: Módulo de Young para diferentes amostras de aço.

Através da media dos valores foi possível determinar um módulo de Young médio e com um desvio padrão pode se concluir que o módulo da elasticidade é 187894,7 MPa e o desvio padrão de 6463 MPa

Módulo de Young do Alumínio

Como foi verificado no material anterior o módulo de elasticidade é a primeira parte do gráfico onde a deformação é linear. O material a ser analisado agora é o alumínio na primeira amostra foi usada uma tensão de 1000 MPa e uma deformação de 1 mm/mm.

Gráfico 3: Tensão X deformação. Amostra de Alumínio, submetida ao ensaio de tração.

O ensaio foi refeito devido essa analise ser um método destrutivo, agora com outra peça e deformação de 0,003 mm/mm e tensão de 500 MPa no Gráfico 4 o ponto deformação elástica é mais visível.

Gráfico 4: Tensão X deformação. Amostra de alumino. Deformação elástica.

Com o valor da tensão no termino da deformação elástica fica simples calcular o modulo de Young. E= Tensão/Deformação = = 68518,5 MPa, esse procedimento foi realizado com outras 4 amostras e com os valores obtidos foi determinado o modulo de Young, feita uma média cujo valor é de 67845,8.

Módulo de young do Alumínio (MPa)

Módulo de Young para Cerâmica

O material a ser analisado é cerâmico, e é característico dos cerâmicos não possuírem deformação plástica (deformação permanente) o próximo gráfico demonstra esse comportamento.

Gráfico 7: Tensão X Deformação: Amostra Cerâmica, deformação elástica.

Como já mencionado anteriormente os cerâmicos tem esse comportamento, e esse formato do gráfico linear com uma queda rápida, indica que a deformação é elástica. A deformação usada 0,003 mm/mm e a tensão foi de 1000 MPa.

Para se calcular o módulo de Young da cerâmica é feito o mesmo procedimento E=Tensão/ Deformação=473/0, 00159= 303205,1.

Os testes foram realizados com 5 amostras diferentes, pois o ensaio é destrutivo. Os valores seguem na tabela abaixo:

Módulo de Young (MPa) 335256, 333333, 303205, 358333, 323076, Tabela 4: Módulo de Young calculado com base em diferentes amostras de cerâmica.

Com base nos valores citados na tabela 4, foi calculado o valor médio é de 330641 MPa e o desvio padrão 20033,4 MPa.

Módulo de Young para amostra X

Nas amostras anteriores o material das mesmas foi especificado, porém nessa atual amostra, objeto de estudo não foi especificado se a amostra é um metal, cerâmica ou outros, por esse motivo a denominação usada para essa amostra é amostra X, mas com base em uma comparação em com outros estudos já realizados em relação ao módulo de Young é possível ter uma base sobre qual material ela é composta. Com base nas medições realizadas no ensaio de tração foi construído o gráfico, com fundo de escala foi de 100 MPa e a deformação 4mm/ mm.

Gráfico 8: Tensão X Deformação. Amostra X, submetida ao ensaio de tração.

Para calcular o Módulo de Young a deformação foi reduzida no novo ensaio pra 0,1 mm/mm assim fica mais visível o ponto limite da elasticidade, não foi reduzido o fundo de escala, pois já estava próximo do ponto máximo da elasticidade.

Com os novos valores foi construído o gráfico a seguir:

Gráfico 9: Tensão X Deformação: Amostra X, deformação elástica.

E assim pode se obter o ultimo ponto onde ainda há deformação elástica e através da equação E= Tensão/Deformação é encontrado o módulo de Young. Esse processo foi refeito com outras amostras seguem os valores na tabela abaixo:

Módulo de Young (MPa) 2521, 2625 2583, 2500 2529,

Tabela 5: Módulo de Young calculado com base em diferentes amostras do material X.

Foi calculado o valor médio da do módulo de Young 2529,3 MPa e desvio padrão de 80,1 MPa.

No Gráfico 6, é possível observar que o material se deforma bastante com baixa tensão e os valores do módulo de Young são pequenos se comparados com os metais anteriores e a amostra X possui deformação plástica indicando que não é um cerâmico, portanto é necessário pesquisar em outras referencias.

Tabela 6. Valor do módulo de elasticidade para alguns materiais.

Os valores do módulo de Young tem valor similar aos da amostra X, portanto pode-se concluir que se enquadram como na mesma classificação e se a amostra X é um polímero provavelmente a amostra Y também é um polímero.

Resiliência

A resiliência é área do gráfico onde a deformação é elástica, ela foi calculada usando valores já obtidos nos gráficos são referentes a deformação elástica. O gráfico foi dividido em vários trapézios e a soma dessas áreas é resiliência.

Gráfico 12: Modelo de como foi calculada a resiliência em um gráfico tensão deformação.

Por exemplo, no Gráfico 8 somente os pontos iniciais foram marcados porem o calculo da resiliência é feito com a soma dos trapézios de toda a área do gráfico. Através da equação A=(T4 mais T3) vezes (D4 menos D3) dividido por 2 é encontrada a área de cada trapézio e com a soma de todos os trapézios se obtém a resiliência. Esse procedimento foi refeito para 5 amostras.

Resiliência MJ/M³ 0, 0, 0, 0, 0, Tabela 8: Resiliência de amostras do material Aço.

Valor médio da resiliência do Aço 0,093 MJ/m³ e desvio padrão 0,005 MJ/m³.

O processo anterior foi refeito com o Alumínio segue abaixo a tabela com os valores das resiliências calculados para 5 amostras.

Resiliência do Alumínio MJ/m³ 0, 0, 0, 0, 0, Tabela 9: Resiliência de amostras do material Alumínio.

Valor médio da resiliência do Alumínio 0,0094 MJ/m³ e o desvio padrão 0,0007 MJ/m³.

A resiliência também foi calculada para o Titânio da forma descrita anteriormente, dividindo em vários trapézios e através da soma da área do trapézio. O procedimento foi realizado com 5 amostras.

Resiliência do Titânio MJ/m³ 0, 0, 0, 0, 0, Tabela 10: Resiliência de amostras do material Titânio.

O valor médio da resiliência do Titânio é de 0,099 MJ/m³ e o desvio padrão é de 0,003 MJ/m³

Tenacidade

Tenacidade é a capacidade que um material tem de absorver energia mecânica até o ponto de rompimento. E pode ser calculada através da área do gráfico que contenha tanto a deformação elástica quanto a deformação plástica.

Uma forma de calcula a tenacidade é aplicando o mesmo processo já usado para calcular a resiliência dividindo em vários trapézios e somando a área desses trapézios, mas para calcular a tenacidade não será considerada apenas a deformação elástica será considerada também a deformação plástica, ou seja, toda a área do gráfico. O trapézio tem uma das bases inclinas e por esse motivo é uma forma geométrica para que sua soma seja a área de um gráfico abaixo da linha que defina o comportamento da tesão X deformação.

Os valores obtidos do peso máximo que os cabos conseguem suportar constam na tabela abaixo:

Material Aço Alumínio Titânio Peso (N) 283,5 54 156, Tabela 12: Peso máximo que os metais Aço, Alumínio e Titânio suportam.

Comportamento do módulo de Young em função da temperatura

nos metais Aço e Titânio

Calculando o módulo de Young paras a amostras de Aço a uma temperatura de 0°, 25°, 100°, 200° e 400° C e considerando o ponto de fusão como o módulo de Young igual a 0 GPa e inserindo uma linha tendência( a linha tendência descreve uma função que tenta representar o comportamento do gráfico) foi possível prever o módulo de Young a uma temperatura de 500° C.

Gráfico 14: Módulo de Young X Temperatura. Material Aço.

Considerando a temperatura como eixo das abcissas a o módulo de Young como a incógnita na função é possível encontrar um valor aproximado. O módulo de Young está em GPa( giga Pascal) que representa 1000 MPa dividido por 1000.

y = -3E-05x^2 - 0,0822x + 194,27 e x=500°

y = 145,6 GPa.

Portanto o módulo de Young do a aço a uma temperatura de 500° C é 145,6 MPa.

O processo anterior será feito novamente, agora para o titânio será calculado o módulo de Young das amostras a uma temperatura de 0°, 25°, 100°, 200° e 400° C e considerar o ponto de fusão como o módulo de Young igual a 0 GPa é possível fazer um gráfico e inserir a linha tendência, e substituir na formula x= 500° C, pode se obter um valor aproximado da temperatura.

Gráfico 15: Módulo de Young X Temperatura. Material Titânio.

y = 7E-06x^2 - 0,0767x + 108,77 x = 500° C

y = 72,1 GPa.

De acordo com a função o módulo de Young do titânio a uma temperatura de 500° C é de 72,1 GPa.

Conclusão:

Nesse relatório foi possível observar a importância da organização das informações a respeito do objeto de estudo e a importância de como se comportam alguns materiais. A deformação que um material sofre de acordo com a tensão aplicada e alguns materiais que possuem apenas deformação elástica.

O comportamento da curva tensão em função da deformação traz outras informações além da tensão em um determinado, também é possível calcular resiliência e a tenacidade.

O módulo de Young além de definir a tensão máxima elástica também auxilia no calculo de uma estimativa da temperatura. Também é possível encontrar o peso que uma cabo de um determinado material suporta.

Bibliografia:

http://emc5710.lago.prof.ufsc.br/experimentos/tracao/puxa.htm, acesso em: 29/07/2011.

http://www.urisan.tche.br/~lemm/arquivos/ensaios_mecanicos.pdf , acesso em:01/08/2011.

http://java.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_6991.htm, acesso em: 02/08/2011.

http://www.atcp.com.br/pt/produtos/caracterizacao-materiais/propriedades-materiais/tabelas- propriedades/polimero-fibrosos.html, acesso em: 05/08/2011.

http://www.mse.comell.edu/courses/engri111/modulus.htm, acesso em: 10/08/2011.