Relatório de tração PMR 2202

Relatório de tração PMR 2202

ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO PMR 2202 – INTRODUÇÃO À MANUFATURA MECÂNICA

PROJETO 1 – CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE MATERIAL

Ensaio de tração “Nome de Guerra: BREJA”

São Paulo Setembro de 2008

PMR 2202 – Introdução à Manufatura Mecânica 2 SUMÁRIO

1 Introdução3
1.1 Descrição do projeto3
1.2 Objetivo do projeto3
1.3 Resumo das normas3
2 Materiais e métodos4
2.1 Descrição dos equipamentos4
2.2 Procedimentos4
2.3 Descrição das propriedades5
3 Resultados6
4 Discussão e conclusões8
1 Introdução

PMR 2202 – Introdução à Manufatura Mecânica 3 1.1 Descrição do projeto

O projeto consiste em determinar as características mecânicas de certo material. No caso desse relatório, será estudado o alumínio, e para isso neste projeto foram feitos ensaios de tração e de dureza.

No ensaio de tração normas foram levantadas e analisadas primeiramente, para que pudéssemos trabalhar com peças com dimensões padronizadas.

De acordo com as normas estudadas, um corpo de prova padronizado foi feito com os equipamentos disponíveis, para depois ser usado no ensaio de tração. Neste ensaio uma peça metálica é alongada por uma máquina através da aplicação de uma carga de tração até o seu rompimento, e durante o ensaio a máquina descreve uma curva da força por variação do comprimento num papel.

Com os dados obtidos podem-se estudar várias propriedades do material, por exemplo: módulo de elasticidade, limite de escoamento, limite de resistência mecânica, limite de ruptura, módulo de tenacidade e módulo de resiliência.

1.2 Objetivos do projeto

O projeto 1 (ensaio de tração) visa o aprendizado dos estudantes quanto à metodologia e como realizar um ensaio de tração seguindo padrões especificados pelas respectivas normas.

O aluno é levado a familiarizar-se com equipamentos para a preparação do corpo de prova e é submetido à uma experiência prática que é a utilização da máquina de ensaio de tração.

Através do ensaio o aluno deve compreender os dados obtidos e com isso calcular as propriedades mecânicas do material em questão.

1.3 Resumo das normas

A norma utilizada para o ensaio de tração é a NBR 6152. De acordo com essa norma, era necessário um corpo de prova de 20 m de largura no local de fixação das garras da máquina e de 12,5 m na parte central. A parte central é unida às extremidades por meio de curvas de concordância, com raio mínimo de 10 m. O comprimento total pode variar.

Figura 1: Dimensões do corpo de prova

2 Materiais e métodos

PMR 2202 – Introdução à Manufatura Mecânica 4

2.1 Descrição dos equipamentos

O material utilizado foi o alumínio. Para preparar o corpo de prova, foi utilizada a guilhotina e a fresa de modelo X.

Para a realização do ensaio foi utilizada uma máquina de ensaio universal modelo X conectada a um plotter da marca HP modelo X. Durante o ensaio, para a medida do deslocamento do corpo de prova, foi utilizado um extensômetro.

2.2 Procedimentos

Para realizar a preparação do corpo de prova, a chapa do material foi cortada com a guilhotina, obtendo-se assim uma peça retangular de 200 m de comprimento e 20 m de largura. Essa peça então foi fresada para que ficasse com a largura especificada de 12,5 m na parte central. Na fresa foi utilizada uma broca com 12,5 m de raio. O procedimento era simples, bastava fixar o corpo de prova na máquina, avançar 3,75 m em direção ao centro da peça, após isso acionar o movimento automático ao longo do comprimento da peça e fazer o mesmo do outro lado.

Para a realização do ensaio, primeiramente, a máquina de ensaio de tração universal é calibrada e feita a escala dos eixos ortogonais em papel milimetrado. Foi preso o corpo de prova na máquina e, antes de dar início ao procedimento, foi aplicada uma pré-carga estabelecida pela norma NBR 6152, para retirar possíveis folgas e com isso eliminar possíveis erros de medição.

No começo do procedimento, o extensômetro foi colocado junto ao corpo de prova e quatro medidas de deslocamento foram obtidas, para depois ficar mais simples calcular o módulo de elasticidade. A partir daí, era aumentada continuamente a força aplicada ao corpo até que o mesmo se rompesse, e durante isso o plotter desenhava o gráfico força(Kgf) por deslocamento(m). E, a partir do gráfico obtido pelo plotter, foi possível retirar as propriedades referentes ao material.

Figura 2: Máquina de Tração

PMR 2202 – Introdução à Manufatura Mecânica 5

2.3 Descrição das propriedades

Módulo de Elasticidade [Young] (E)

É a resistência do material à deformação elástica. Quanto maior for o módulo de Young, menor será a deformação elástica resultante da aplicação de uma dada tensão.

Limite de escoamento (σe) É a tensão máxima que pode ser aplicada ao corpo de modo que o mesmo tenha apenas deformação elástica.

Limite de resistência mecânica (σu) A partir do limite do escoamento a tensão para continuar a deformação plástica aumenta até chegar a um ponto máximo, este ponto é denominado limite de resistência mecânica. Esse limite representa a tensão máxima que determinado corpo pode suportar. As tensões se concentram na parte mais estreita do corpo de prova formando um empescoçamento.

Limite de ruptura (σr) É a tensão aplicada ao corpo no instante em que ocorre a fratura.

Módulo de tenacidade (Ut) É a área sob o gráfico de tensão por deformação até o ponto em que ocorre a fratura. Representa a energia gasta para provocar a ruptura do corpo sob tensão.

Módulo de resiliência (Ur) Representa a energia para tensionar o corpo desde o momento que está sem carga até o limite de escoamento. No ensaio pode ser determinado calculando-se a área sob o gráfico de tensão por deformação até o ponto em que representa o limite de escoamento.

Alongamento total (a) É o quanto o corpo se deformou até a sua ruptura. É dado em porcentagem pela fórmula ((Lf-Lo)/Lo)*100%.

Estricção (z)

É a variação percentual da área, dada pela fórmula ((Af-Ao)/Ao)*100%. A estricção também representa ductilidade.

Coeficientes da curva verdadeira (n) e (k)

O coeficiente de encruamento(n) é a capacidade com que o material distribui a deformação.

O coeficiente de resistência(k) é aquele associado ao nível de resistência que o material pode suportar. Sabe-se que na região plástica temos:

σv = k.Єvn , onde σv e Єv são tensão e deformação verdadeiras.

PMR 2202 – Introdução à Manufatura Mecânica 6

Tensão X Deformação

T e n s ã o ( M P a )

3 - Resultados

Tabela 1

Gráfico 1 – Tensão por deformação

PMR 2202 – Introdução à Manufatura Mecânica 7 Gráfico 2 – Tensão por deformação elástica

Dados obtidos através dos gráficos e da tabela 1:

Módulo de Elasticidade (E) 68 GPa.

Limite de escoamento (σe) 90 MPa.

Limite de resistência mecânica (σu) 186,5 MPa.

Limite de ruptura (σr) 158 MPa.

Módulo de tenacidade (Ut)

Foi utilizada a fórmula para materiais dúcteis: Ut

Com isso obtivemos 6,4 MPa.

Módulo de resiliência (Ur)

Área sob o gráfico até o escoamento: Ur = σe2/2E.

Alongamento total (a)

PMR 2202 – Introdução à Manufatura Mecânica 8

Estricção (z)

Coeficientes da curva verdadeira (n) e (k) σv = k.Єv n

Com isso temos: log σv = log k + n.log Єv Para este cálculo utilizamos dois pontos do gráfico no regime plástico e assim obtivemos as tensões e deformações verdadeiras a partir das relações:

4 - Discussão e conclusões

Depois de pesquisar em livros e em sites da internet, foi possível montar a seguinte tabela com os valores obtidos através do ensaio realizado e compará-los com os valores esperados já conhecidos:

Tabela 2: Comparação de resultados

A partir da Tabela 2 foi possível observar que o alumínio ensaiado, respeitados alguns desvios devido a imprecisões de medidas, variações de temperatura e abalos na máquina, está dentro das especificações.

O ensaio foi bastante útil para verificarmos como retirar de um corpo de prova todas as propriedades necessárias à engenharia de determinado material. E foi visto que seguindo normas, no caso a norma NBR 6152, mesmo que com alguns pequenos desvios, os valores obtidos em um ensaio são muito próximos dos valores reais dos materias.

Valores obtidos Valores esperados

Módulo de elasticidade 68 GPa 69 GPa Limite de Escoamento 90 Mpa 34 – 505 MPa Limite de Resistência Mecânica 186,5 MPa 90 - 572 MPa Limite de Ruptura 158 MPa 70 – 520 MPa Módulo de Tenacidade 6,4 MPa - Módulo de Resiliência 0,06 MPa - Alongamento Percentual 4,6 6 - 40 Estricção 4,45 10,7 - 15,7

Coeficientes da Curva Verdadeira n = 0,243 n = 0,17

5 - Referências bibliográficas

PMR 2202 – Introdução à Manufatura Mecânica 9

Callister, William D., Ciência e Engenharia dos materiais: uma introdução, Editora LTC, São Paulo, Brasil. 2000;

Site: http://www.abal.org.br/aluminio/propriedades_mecanicas.asp , data 28/09/2008;

Site: http://www.demec.ufmg.br/Grupos/labprojmec/Aluminio.htm data 28/09/2008

Comentários