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Objetivo Realizar ensaios de tração para diferentes tipos de materiais, analisando o gráfico de tensão X deformação. Introdução O ensaio de tração consiste em submeter um corpo de prova (figura 1) a um aumento de tensão até que o corpo sofra ruptura. Com a realização do experimento pode ser construída a curva relacionado tensão por deformação, nesta curva podem ser analisadas algumas das principais características do material como o seu regime elástico e resistência a tração. Figura 1: Corpo de prova Na zona de ruptura pode ser observado certo escoamento do material. A aplicação de uma força axial de tração num corpo preso produz uma deformação no corpo, isto é, um aumento no seu comprimento com diminuição da área da seção transversal. Este aumento de comprimento recebe o nome de alongamento. Elasticidade de um material é a sua capacidade de voltar à forma original em ciclo de carregamento e descarregamento. A deformação elástica é reversível, ou seja, desaparece quando a tensão é removida. A deformação elástica é consequência da movimentação dos átomos constituintes da rede cristalina do material, desde que a posição relativa desses átomos seja mantida. 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. Limite de Ruptura (σr) O limite de ruptura corresponde à tensão na qual o material se rompe. 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. 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%. Módulo de Resiliência Resiliência é a capacidade de um material absorver energia quando deformado elasticamente, e quando descarregado da tensão que provocou a deformação, devolver esta energia. Materiais e Métodos O técnico Hamilton realizou os ensaios de tração numa máquina universal de ensaios de tração, conectada a um computador que, simultaneamente ao ensaio, ia plotando o gráfico e nos fornecendo os dados. Foram utilizados três corpos de prova(como o da figura 1), todos com as mesmas especificações porém com materiais distintos. Todos tinham 50mm de comprimento útil e 10mm de diâmetro, conforme a norma. Porém, o primeiro corpo era de aço com baixo teor de carbono, o segundo com médio teor de carbono e o último com médio teor de carbono temperado. Ao final de cada experimento, foram observados os gráficos e os dados plotados no software. Resultados e Discussões No gráfico 1 a seguir, mostraremos o gráfico tensão x deformação do ensaio de tração de um aço de baixo teor de carbono. Gráfico 1: Tensão x deformação, aço baixo teor de carbono.
Tensão x Deformação
(Aço com baixo teor de carbono)
0,00E+ 5,00E+ 1,00E+ 1,50E+ 2,00E+ 2,50E+ 3,00E+ 3,50E+ 4,00E+ 4,50E+ 1 145289433577721865 1009115312971441158517291873201721612305 De form a çã o (10-³m m ) Tensão (N/m m ²)
No gráfico 3 a seguir, mostraremos os dados obtidos no ensaio de um aço com médio teor de carbono temperado. Gráfico 3: Tensão x deformação aço com médio teor de carbono temperado. Do gráfico 3, obtemos os seguintes dados: Fratura= 801E-03mm Tensão máxima= 1,5E09N/mm² Força máxima= 117000N Tensão de escoamento= 1,4 E09N/mm² Tensão de elasticidade Tensão de proporcionalidade=tg 22º x 1121 E-03= 0,46 E09= 4,6 E08 N/mm² Ângulo≈ 22º Conclusão Com esse experimento, pudemos observar como a microestrutura de um material se comporta a altos níveis de tensão. Concluímos que há diferenças entre os resultados de cada material, devido às diferenças de teor de carbono e tratamentos térmicos. O de baixo teor de carbono se comportou numa curva com limite linear elástico bem definido, escoamento visível e região plástica alta e longa, porém não resistiu a tensões muito altas. O de médio teor de carbono, teve uma zona elástica menor, escoamento um pouco menos visível e região plástica menor, ocorrendo a fratura mais rapidamente. Já o de médio teor de carbono temperado, não apresentou região elástica bem definida, o escoamento não foi visível e a região plástica foi bem pequena, porém ele aguentou tensões mais altas que os outros. No nosso experimento, ocorreram vários erros, tanto nos gráficos como na obtenção de dados, pois havia folga na máquina. Com essa folga, nós pudemos ver nos gráficos que a linearidade da linha da região elástica se perde, ficando como uma curva.
Tensão x Deformação
(Aço com médio teor de carbono temperado)
0,00E+ 2,00E+ 4,00E+ 6,00E+ 8,00E+ 1,00E+ 1,20E+ 1,40E+ 1,60E+ 1 81 161241321401481561641721801881961 104111211201 De form a çã o (10-³m m ) Tensão (N/m m ²)
Com isso, nós desconsideramos essa “curva”, interpretando-a como uma reta e considerando a origem do gráfico no zero e não onde a curva começa a ficar mais linear. Devido a esse problema, também tivemos dificuldades na determinação das tensões de proporcionalidade e elasticidade. Bibliografia [1]Callister, William D., Ciência e Engenharia dos materiais: uma introdução , Editora LTC, São Paulo, Brasil. 2000 [2]Souza, Sérgio Augusto de; Ensaios Mecânicos em materiais metálicos ,Editora Edgard Blucher Ltda, São Paulo, Brasil, 1974
