Baixe Ensaio de Tração e outras Trabalhos em PDF para Engenharia de Produção, somente na Docsity! ESCOLA POLITÉCNICA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO PMR 2202 INTRODUÇÃO À MANUFATURA MECÂNICA Projeto 1 Caracterização Mecânica de Material Ensaio de Tração Professor Ricardo Cury Ibrahim Data: 19/09/06 Turma 01 Grupo C Integrantes Nº USP Deborah Okuno 5434664 Filipe Batista 5437080 Gabriel Madureira 5434650 Laís Paixão 5437072 Raphael Brito 5177998 Nome de Guerra: IFIFI Índice F0 66 1. Introdução O ensaio de tração foi realizado com uma chapa de aço 1020 a qual foi recebida pelo grupo na primeira aula. Essa chapa foi usinada de acordo com as normas para preparação de um corpo de prova. Então foi feito um ensaio de tração em que plotamos um gráfico de força por alongamento. A partir desse gráfico iremos obter algumas propriedades mecânicas como o módulo de elasticidade, limite de escoamento, limite de resistência mecânica, limite de ruptura, módulo de elasticidade, módulo de resiliência, alongamento total, estricção e determinação dos coeficientes da curva verdadeira. Na realização do ensaio deve-se seguir as normas adequadas ao procedimento e usinagem das dimensões do corpo de prova. Isso é necessário para que os valores possam ser usados de forma comparativa e para que seja garantida segurança em um futuro uso do material. 2. Objetivos Como objetivo do projeto tem-se a obtenção de valores específicos do material utilizado e a comparação desses com valores teóricos. Além disso, 3.3..Propriedades a serem obtidas do ensaio de tração Após realizarmos o ensaio utilizamos as medidas e o gráfico para determinarmos as propriedades mecânicas do material, são elas: 3.3...1... 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. Para determinarmos experimentalmente esta propriedade utilizamos os dados obtidos através da leitura do relógio ao aplicarmos uma carga. Através da fórmula o módulo de elasticidade será 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. 3.3...2... 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%. 3.3...3... Limite de Resistência Mecânica (σu) Corresponde a tensão máxima obtida durante o ensaio de tração tendo pouca importância na resistência dos metais dúcteis. 3.3...4... Limite de Ruptura (σr) O limite de ruptura corresponde à tensão na qual o material se rompe. 3.3...5... 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. 3.3...6... 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. 3.3...7... 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 3.3...8... Estricção (F 06 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 3.3...9... Curva Verdadeira Curva verdadeira é a curva que representa tensão Verdadeira x Deformação verdadeira. A tensão verdadeira (σv) corresponde a força dividida pela área da seção reta instantânea do pescoço sobre a qual a deformação está ocorrendo (após o limite de resistência a tração). Já a deformação verdadeira (φ) é dada por: φ= ln (Li / Lo) , onde Li corresponde ao comprimento instantâneo. 3.3...10... Coeficiente da Curva Verdadeira São considerados constantes em um material, mas podem variar de acordo com os tratamentos. Tais coeficientes estão relacionados pela equação F 07 3v= K. φ n. Essa expressão aproxima a curva real no trecho que se inicia a deformação plástica até o empescoçamento. O valor de K indica o nível de resistência do material, já n fornece uma medida da capacidade do material poder distribuir a deformação uniformemente. O n é uma grandeza adimensional e K tem dimensão de tensão(F 07 3 ). 0,002 Para encontrar o limite de Escoamento, pegamos os 4 primeiros pontos do gráfico de Tensão X Deformação e somamos 0,002 às deformações mantendo constantes as tensões. Desta maneira encontramos um gráfico paralelo que depois de linearizado gerou a reta azul acima. No encontro das 2 curvas encontramos o limite de escoamento (σe= 174,86 MPa). 4.3...2... Limite de Resistência Mecânica (σu) É obtido diretamente do gráfico pois é o ponto de máxima tensão. No nosso experimento obtivemos um valor de σu=315 MPa. 4.3...3... Limite de Ruptura (σr) É obtido diretamente a partir do ponto final do gráfico. σ r=240 MPa. 4.3...4... Módulo de Tenacidade (Ut) O Módulo de Tenacidade equivale à área debaixo da curva de Tensão X Deformação até o ponto de ruptura. Para calcular a área embaixo da curva até o ponto de ruptura, aproximamos pela área de retângulos a cada 2 pontos com altura igual à média das tensões e a largura igual à distância dos 2 pontos (Método dos Retângulos) o que gerou a tabela abaixo: Largura Altura Área 0,000171 24,52904 0,004196 0,000118 65,41078 0,007746 0,000132 98,11617 0,01291 0,000237 130,8216 0,030984 0,002632 163,5269 0,430334 0,003289 188,8924 0,621357 0,006579 207,0693 1,362298 0,006579 224,5928 1,477584 0,006579 239,0478 1,572683 0,006579 249,4972 1,641429 0,006579 258,6751 1,70181 0,006579 268,1392 1,764074 0,006579 274,8209 1,808032 0,006579 279,6466 1,83978 0,006579 286,1427 1,882518 0,013158 292,8244 3,852953 0,013158 298,3925 3,926218 0,013158 303,2182 3,989713 0,013158 306,9303 4,038556 0,013158 309,8999 4,077631 0,026316 312,4056 8,221199 0,026316 313,9832 8,262716 0,013158 313,9832 4,131358 0,013158 311,2919 4,095947 0,013158 304,3318 4,004366 0,006579 297,8357 1,959446 0,006579 290,226 1,909382 0,006579 273,7073 1,800706 0,010789 250,4783 2,702529 Soma: 73,13045 Com ela obtivemos Ut=73,13 MPa. 4.3...5... Módulo de Resiliência (Ur) É a área da região abaixo do gráfico até o limite de escoamento. Aproximando a área do gráfico no regime elástico por trapézios (Método dos Trapézios) de modo similar ao módulo de Tenacidade, obtivemos a tabela: ΔX ΔY Área (ΔX* ΔY/2) 0,000171 49,06 0,004196 0,000118 130,82 0,007746 0,000132 196,23 0,01291 0,000237 261,64 0,030984 0,002112 327,05 0,345386 Soma: 0,401222 E com ela obtivemos o módulo de Resiliência. Ur= 0,40 MPa. 4.3...6... Alongamento Total L0=76mm (medido no corpo de prova inicial) Lf=100,5mm (medido no corpo de prova final) Alongamento Total= 32,24% Primeiramente gostaríamos de comparar os valores obtidos experimentalmente com os valores teóricos encontrados. Todos os valores encontrados no ensaio estão abaixo dos da literatura, com exceção do alongamento. Algumas dessas diferenças podem ser explicadas devido às condições precárias da experiência, tais como o relógio comparador e a falta de manutenção da aparelhagem (ploter e máquina de tracionamento). O ploter apresentava uma caneta falha que dificultava a visualização do ponto de ruptura (essencial para os cálculos de limite de ruptura e módulo de tenacidade). Em relação à máquina de tracionamento, as garras, por demasiado uso, não apresentavam boa aderência ao material, o que permitia um escorregamento que refletiu nos valores calculados para o comprimento inicial. Além disso, por não termos uma garra adequada às normas tivemos que cortar um pedaço do corpo de prova para que ela pudesse segurar corretamente. Esse tipo de alteração é de caráter crítico e se refletiu na grande discrepância dos resultados. O relógio comparador apesar de elevada precisão, não possuía as divisões necessárias para uma observação precisa dos dados (o que gerou muitas mudanças no coeficiente angular da reta necessária para cálculo do módulo de Young), além de serem efetuadas apenas quatro medições usando esta aparelhagem, o que aumentou o erro na zona elástica. Fora os detalhes de execução no ensaio, também houve a dificuldade no consenso da norma a ser utilizada, quando primeiramente o professor disse que esta deveria ser uma escolha do grupo e posteriormente mudou de opinião. Também ocorreu uma prévia desorganização de vossa secretaria em disponibilizar os horários de aula para realização dos ensaios, atrasando assim alguns grupos. Por fim, apesar de todos os inconvenientes, a realização do trabalho foi importante de modo a acrescer em nossa carreira, pois trouxe a prova consultas de normas e conhecimentos práticos ao grupo, bem como toda teoria dos ensaios de tração. Cumprindo portanto seus objetivos. PAGE 20 6. Referências Bibliográficas [1]AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM). Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials [Metric], E18-90a, Estados Unidos da América,1989. [2]ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Determinação das Propriedades Mecânicas à Tração, NBR 6152, Brasil,1980. [3]Callister, William D., Ciência e Engenharia dos materiais: uma introdução, Editora LTC, São Paulo, Brasil. 2000 [4]Souza, Sérgio Augusto de; Ensaios Mecânicos em materiais metálicos,Editora Edgard Blucher Ltda, São Paulo, Brasil, 1974 PAGE 20