Processos de Fabricação

Processos de Fabricação

(Parte 3 de 6)

Lo - comprimento inicial do CP [m, cm,]
Lf - comprimento final do CP [m, cm,]

Embora a deformação é uma razão do alongamento com o comprimento inicial, sendo portanto adimensional, é muito comum entre técnicos a unidade m/m pois dá uma idéia rápida do alongamento de um corpo com 1 metro de comprimento.

Há dois tipos de deformação que ocorrem quando um material é submetido a um esforço: a elástica e a plástica. A deformação elástica não é permanente. Uma vez cessados os esforços, o material volta a sua forma original. Esta afirmação tem caráter macroscópico, visto que ocorrem discordâncias irreversíveis após a aplicação de uma carga.; A deformação plástica é permanente. Cessado os esforços, o material não volta a sua forma original.

2.3.1.1 - Diagrama tensão - deformação

Durante o ensaio de tração, as máquinas de ensaio realizam a relação F x D (força x alongamento) na qual ocorre variação da carga aplicada e conseqüentemente o alongamento

(Lf - L0) do corpo de prova e se considerar que a área da seção transversal é invariável, pode- se fazer a razão da força pela área da secção transversal inicial ( F

comprimento inicial (

-), resultando o diagrama tensão - deformação (s x e). A0 é

área de secção transversal inicial [mm2, cm2, ...]

O diagrama tensão - deformação varia muito de material para material, e ainda, para uma mesmo material podem ocorrer resultados diferentes devido a variação de temperatura do corpo de prova e da velocidade da carga aplicada, e principalmente pela anisotropia. Entre os diagramas s x e de vários grupos de materiais é possível, no entanto, distinguir algumas características comuns; elas nos levam a dividir os materiais em duas importantes categorias, que são os materiais dúteis e os materiais frágeis.

FIGURA 2.5 - Comportamento dos materiais através do diagrama ssx e.

Os materiais dúcteis, como o aço, alumínio, cobre, bronze, latão, níquel e outros, são caracterizados por apresentarem escoamento à temperaturas normais. O corpo de prova é submetido a carregamento crescente, e com isso seu comprimento aumenta, de início lenta e proporcionalmente ao carregamento. Desse modo, a parte inicial do diagrama é uma linha reta com grande coeficiente angular. Entretanto, quando é atingido um valor crítico de tensão

(tensão de escoamento - sE ), o corpo de prova sofre uma grande deformação com pouco aumento da carga aplicada. Quando o carregamento atinge um certo valor máximo, o diâmetro do CP começa a diminuir, devido a perda de resistência local. A esse fenômeno é dado o nome de estricção:

onde: y - estricção [%]

A0 - área de secção transversal inicial [mm2, cm2,]

Af - área da secção transversal final [mm2, cm2, ...]

Após ter começado a estricção, um carregamento mais baixo é o suficiente para a deformação do corpo de prova, até a sua ruptura. A tensão ssE correspondente ao início do escoamento é chamada de tensão de escoamento do material; a tensão ssR correspondente a carga máxima aplicada ao material é conhecida como tensão de resistência, e a tensão ssr correspondente ao ponto de ruptura é chamada tensão de ruptuta.

a) b) FIGURA 2.6 - Material dúctil. a) diagrama s x e; b) aspecto da fratura.

Materiais frágeis, como ferro fundido, vidro e pedra, são caracterizados por uma ruptura que ocorre sem nenhuma mudança sensível no modo de deformação do material. Então para os materiais frágeis não existe diferença entre tensão de resistência e tensão de ruptura. Além disso, a deformação até a ruptura é muito menor nos materiais frágeis do que nos materiais dúcteis. Não há estricção nos materiais frágeis e a ruptura se dá em uma superfície perpendicular ao carregamento.

a) b) FIGURA 2.7 - Material frágil. a) diagrama s x e; b) aspecto da fratura.

2.3.1.2 - Propriedades mecânicas avaliadas

inclusões não-metálicas (Fe3C, AlSi,) em aços e algumas ligas de alumínio, mostra algumas

A figura abaixo, que representa um diagrama tensão - deformação de um material com propriedades significantes que são:

FIGURA 2.8 - diagrama s x e para ligas do tipo aço baixo carbono.

ssp - Tensão Limite de Proporcionalidade: Representa o valor máximo da tensão, abaixo do qual o material obedece a lei de Hooke.

ssE - Tensão Limite de Escoamento: A partir deste ponto aumentam as deformações sem que se altere, praticamente, o valor da tensão. Quando se atinge o limite de escoamento, diz-se que o material passa a escoar-se.

ssR - Tensão Limite de Resistência: A tensão correspondente a este ponto recebe o nome de limite de resistência ou resistência a tração, pois corresponde a máxima tensão atingida no ensaio de tração.

ssr - Tensão de Ruptura: A tensão correspondente a este ponto recebe o nome de limite de ruptura; é a que corresponde a ruptura do corpo de prova.

Região Elástica: O trecho da curva tensão - deformação, compreendido entre a origem e o limite de proporcionalidade, recebe o nome de região elástica. Região Plástica: Chama-se região plástica o trecho compreendido entre o limite de proporcionalidade e o ponto correspondente a ruptura do material.

A tenacidade e o módulo de elasticidade longitudinal, geralmente representada pela letra “E”, são duas outras propriedades mecânicas que podem ser tiradas deste diagrama através de cálculos. A tenacidade pode ser determinada através da área da curva de tensão - deformação com a abcissa (deformação), enquanto que o módulo de elasticidade longitudinal é determinado através de: Etg=a. O módulo de elasticidade longitudinal só é válido para a região que obedece a Lei de Hooke, ou seja, no regime elástico.

Lei de Hooke

No trecho inicial do diagrama da figura acima, a tensão “s” é diretamente proporcional à deformação “e” e pode-se escrever: E= s e . Essa relação é conhecida como Lei de Hooke, e se deve ao matemático inglês Robert Hooke (1.635-1.703). O coeficiente “E” é chamado módulo de elasticidade longitudinal, ou módulo de Young (cientista inglês, 1.773-1.829), que é determinado pela força de atração entre átomos dos materiais, isto é, quando maior a atração entre átomos, maior o seu módulo de elasticidade. Exemplos: Eaço = 2,1 x 104 kgf/mm2,

Ealumínio = 0,7 x 104 kgf/mm2, etc. Esta propriedade também é anisotrópica, pois depende do material ser monocristalino, direção de crescimento do cristal, material, e no caso de policristalino, a orientação e tamanho dos cristais (grãos). A tabela abaixo mostra o módulo de elasticidade longitudinal de alguns materiais de engenharia.

MetalMódulo de

Elasticidade Longitudinal

LigaMódulo de

Elasticidade Longitudinal

Ferro, níquel, cobalto21.000Aços-carbono e aços-liga 21.0

Molibdênio,tungstênio 35.0 Aços inoxidáveisausteníticos

Cobre 1.900 Ferro FundidoNodular 14.0

Alumínio7.000Bronzes e latões7.700 - 1.900

Magnésio4.550Bronzes de manganêse ao silício 10.500

Zinco9.800Bronzes de alumínio8.400 - 13.300 Zircônio10.150Ligas de alumínio7.0 - 7.450 Estanho4.200Monel13.0 - 18.200 Berílio25.700Hastelloy18.900 - 21.500 Ósmio 56.0 Invar (níquel-ferro) 14.0 Titânio 10.0 Inconel 16.0 Chumbo 1.750 Illium 18.700 Ródio29.750Ligas de titânio11.200 - 12.100 Nióbio10.500Ligas de magnésio4.550 Ouro, prata7.850Ligas de estanho5.100 - 5.400 Platina18.800Ligas de chumbo1.400 - 2.950

Sendo E= s

e e se=×E e também que s=

A e e=

, pode-se tirar a

alongamento será positivo, quando a carga aplicada tracionar a peça, e será negativo quando a carga aplicada comprimir a peça.

Lf Þ Þ Ü

Peça tracionadaPeça comprimida FIGURA 2.9 - Alongamentos na tração e na compressão.

A lei de Hooke, em toda a sua amplitude, abrange também a deformação transversal

que, em caso de CP cilíndrico, é dado por: et=

, onde “D” é a medida nominal do diâmetro do corpo de prova submetida a ação de carga normal. O coeficiente de Poisson (n) é determinado pela relação n e e= t . Observe que o coeficiente de poisson terá um valor negativo tanto para a tração quanto para a compressão em virtude dos sinais contrários da deformação longitudinal e deformação transversal.

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