O documento discute por que é importante estudar as propriedades mecânicas dos metais e descreve algumas propriedades mecânicas comuns como limite de resistência à tração, limite de escoamento e ductilidade. Também explica o ensaio de tração, que é usado para medir essas propriedades e fornece informações importantes para o projeto de estruturas e componentes.

2. Por que estudar as propriedades mecânicas
dos metais ?
É obrigação dos Engenheiros e Técnicos compreender como as várias
propriedades mecânicas são medidas e o que essas propriedades
representam; elas serão necessárias para projeto de
estruturas/componentes.
O conhecimento dessas propriedades é importante para que não ocorram
falhas e/ou níveis inaceitáveis de deformação.

3. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO – MÁXIMA TENSÃO DE
TRAÇÃO QUE PODE SER SUPORTADA SEM QUE HAJA
FRATURA.
LIMITE DE ESCOAMENTO – TENSÃO NECESSÁRIA PARA
INICIAR A DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DE UM MATERIAL
TRACIONADO.
DUCTILIDADE – CAPACIDADE DE UM MATERIAL DEFORMAR
ELASTICAMENTE SEM SOFRER FRATURA.

4. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
TENACIDADE – QUANTIDADE DE ENERGIA ABSORVIDA POR
UM MATERIAL À MEDIDA QUE SE FRATURA (DEFORMAÇÃO
PLASTICA).
DUREZA – MEDIDA DE RESISTÊNCIA DE UM MATERIAL À
DEFORMAÇÃO PELA INDENTAÇÃO DA SUA SUPEFÍCIE OU
POR ABRASÃO.
RESILIÊNCIA – CAPACIDADE DE UM MATERIAL EM ABSORVER
ENERGIA QUANDO ELE É DEFORMADO ELASTICAMENTE.

5. Considerações - Ensaio de Tração
Ensaio amplamente utilizado na indústria de componentes
mecânicos como teste para controle das especificações da entrada de
matéria-prima.
Ensaio relativamente simples e de realização rápida além de
fornecer informações significativas para o projeto e fabricação de peças e
componentes.
Consiste na aplicação de carga de tração uniaxial crescente em
corpo-de-prova até a ruptura.
Objetivo compreender como reage o material devido aos esforços de
tração, avaliando as deformações, limites de resistência e a ruptura do material.

6. Definição do Ensaio de Tração
O ensaio de tração consiste em submeter o material a um
esforço que tende a alongá-lo até a ruptura. Os esforços ou
cargas são medidos na própria máquina de ensaio.
No ensaio de tração o corpo é deformado por
alongamento, até o momento em que se rompe.
Os ensaios de tração permitem conhecer como os
materiais reagem aos esforços de tração, quais os limites de
tração que suportam e a partir de que momento se rompem.

7. Deformação Antes da Ruptura
Imagine um corpo preso numa das extremidades, submetido a uma força,
como na ilustração ao lado. Quando esta força é aplicada na direção do
eixo longitudinal, se diz que se trata de uma força axial.
Observe novamente a ilustração anterior. Repare que a força axial está
dirigida para fora do corpo sobre o qual foi aplicada. Quando a força axial
está dirigida no sentido mostrado, trata-se de uma força axial de tração.
A aplicação de uma força axial de tração num corpo preso produz uma
deformação, isto é, um aumento no seu comprimento com diminuição da
área da seção transversal.

8. Fatores de influência
Os resultados fornecidos pelo ensaio de tração são fortementes
influenciados pela:
Composição química da liga (AISI 1020, AISI 1040...)
Temperatura do ensaio
Velocidade de deformação
Anisotropia do material (é a característica que uma substância possui em que
uma certa propriedade física varia com a direção).
Tamanho de grão
Tratamento térmico

9. Influência da Composição Química
Quanto maior a quantidade de carbono existente no aço maior a sua resistência
mecânica e, conseqüentemente, menor a sua ductilidade e tenacidade.

10. Influência da temperatura e da taxa de deformação
no ensaio de tração

11. Influência da temperatura no ensaio de
tração
Aumento de resistência e perda de ductilidade em
baixas temperaturas.

12. Anisotropia
EM MATERIAS DEFORMADOS TERMOMECANICAMENTE (LAMINAÇÃO,
FORJAMENTO, EXTRUSÃO, ETC...) AS PROPRIDADES MECÂNICAS VARIAM
DE ACORDO COM A DIREÇÃO.
POR ESTE MOTIVO É IMPORTANTE A DIREÇÃO QUE É EXTRAÍDO O CORPO DE
PROVA.
Direção
Direção Transversal Direção
Longitudinal Laminação

13. Anisotropia
Bandeamento microestrutural influencia na resistência a tração. Sentido
longitudinal a direção de laminação possui maior resistência a tração do
que no sentido transversal.

14. Orientação dos Corpos-de-Prova

15. Ensaio de Tração
magnitude da carga aplicada
alongamento

16. Máquina do Ensaio

17. Corpo-de-prova padrão1
Diâmetro padrão 12.8 mm;
Onde o comprimento da seção reduzida deve ser no mínimo 4 vezes seu
diâmetro, 60 mm é o valor comum;
O comprimento útil é 50 mm.
Os corpos-de-prova também podem ter seção retangular (chapa, placa ou perfil)
1 ASTM Standards E 8 and E 8M, “Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials.”

18. Especificações dos Corpos-de-Prova
A parte útil do corpo de prova, identificada no desenho anterior por Lo, é a região onde
são feitas as medidas das propriedades mecânicas do material.
As cabeças são as regiões extremas, que servem para fixar o corpo de prova à máquina
de modo que a força de tração atuante seja axial. Devem ter seção maior do que a parte
útil para que a ruptura do corpo de prova não ocorra nelas.
Suas dimensões e formas dependem do tipo de fixação à máquina. Os tipos de fixação
mais comuns são:
Entre as cabeças e a parte útil há um raio de concordância para evitar que a ruptura
ocorra fora da parte útil do corpo de prova (Lo).
Segundo a ABNT, o comprimento da parte útil dos corpos de prova utilizados nos ensaios
de tração deve corresponder a 4 vezes o diâmetro da seção da parte útil.

19. Especificações dos Corpos-de-Prova
Por acordo internacional, sempre que possível um corpo de prova deve
ter 10 mm de diâmetro e 50 mm de comprimento inicial. Não sendo
possível a retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adotar um
corpo com dimensões proporcionais a essas.
Corpos de prova com seção retangular são geralmente retirados de
placas, chapas ou lâminas. Suas dimensões e tolerâncias de usinagem
são normalizadas pela ISO/R377 enquanto não existir norma brasileira
correspondente. A norma brasileira (NBR 6152, dez./1980) somente
indica que os corpos de prova devem apresentar bom acabamento de
superfície e ausência de trincas.

20. Alongamento
Aumento de comprimento que ocorre quando se
realiza um ensaio de tração.

21. Curva Tensão-Deformação Convencional/Engenharia
σ
x
ε

22. Tipos de Deformação
Deformação elástica: não é permanente. Uma vez
cessados os esforços, o material volta à sua forma
original.
Deformação plástica: é permanente. Uma vez cessados
os esforços, o material recupera a deformação elástica,
mas fica com uma deformação residual plástica, não
voltando mais à sua forma original.

23. Curva Tensão-Deformação Convencional/Engenharia
σ Tensão máxima, após ela
começa a estricção !
σu x
x Ruptura !
σp = σe
2
Mostrar vídeo !
1
ε
1. Regime elástico – Lei de Hooke σ = Eε Resiliência = área da região 1 da curva
2. Regime plástico – deformações permanentes Tenacidade = área total da curva (1+2)

25. Materiais Dúcteis e Frágeis
Materiais Dúcteis: Qualquer material que possa ser submetido
a grandes deformações antes da ruptura é chamado de
material dúctil. Freqüentemente, os engenheiros escolhem
materiais dúcteis para o projeto, pois estes são capazes de
absorver choque ou energia e, quando sobrecarregados,
exibem, em geral, grande deformação antes de falhar.
Materiais Frágeis: Os materiais que apresentam pouco ou
nenhum escoamento são chamados de materiais frágeis.

26. Tipos de Falhas

27. Tipos de Falhas
(a) Fratura frágil: pouca deformação, superfícies praticamente paralelas
entre si.
(b) Fratura muito dúctil: muita deformação, superfícies em forma de
cones.
(c) Fratura dúctil: há deformação considerável, porém menor do que no
exemplo (b).

28. Relações de Tensão e Deformação
Com os dados registrados no ensaio, se determina a tensão nominal ou de
engenharia dividindo a carga aplicada P pela área da seção transversal inicial do
corpo de prova So.
P

So
A deformação normal ou de engenharia é encontrada
dividindo-se a variação no comprimento de referência L,
pelo comprimento de referência inicial Lo.
L
 
Lo

29. Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young
σ
σp
y = a.x σ = E.ε
E
E=σ/ε
ε
Fornece uma indicação da rigidez do material, e depende fundamentalmente das
forças de ligação interatômica do material;
Varia com a temperatura;
Aumenta com o aumento da temperatura de fusão do material (avaliando materiais
diferentes);

30. Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young

31. Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young
O módulo de elasticidade do aço (Eaço= 210 GPa) é cerca de três vezes maior
que o correspondente para ligas de alumínio (EAl = 70 GPa), conseqüentemente,
quanto maior o módulo de elasticidade, menor a deformação elástica resultante
da aplicação de uma determinada carga.

32. Coeficiente de Poisson (v):
Esse coeficiente mede a rigidez do material na direção perpendicular à
direção de aplicação da carga uniaxial, considerando εx = εy; O valor
numérico desse coeficiente é determinado conforme segue:
εy
εx

33. Coeficiente de Poisson (v):

34. Escoamento
A maioria dos metais apresenta nas curvas tensão/deformação, uma
transição do comportamento elástico para o comportamento plástico.
Curva tensão-deformação: não apresenta Curva tensão-deformação: transição elastoplástica é
um limite de escoamento nítido. muito bem definida e ocorre de forma abrupta.

35. Tensão de Escoamento
O limite de escoamento pode ser contínuo ou descontínuo.
σe = ???
σp σp = σe
contínuo descontínuo

36. Escoamento Contínuo
Metodologia para determinação do limite de escoamento
Adotar a tensão correspondente a uma
deformação permanente igual ao valor “n”.
σe
O valor de n pode assumir:
Metais e ligas em geral
n = 0,2 % (e = 0,002);
Cobre e suas ligas
n = 0,5 % (e = 0,005);
Ligas metálicas muito duras.
n = 0,1 % (e = 0,001);
0,002
contínuo

37. Comportamento tensão-deformação Material Dúctil e
Frágil

38. Corpo de Prova após Ensaio
No ensaio de tração, pode-se observar na superfície
fraturada três regiões distintas, denominadas zona
fibrosa, radial e de cisalhamento.
A zona fibrosa, no centro do corpo-de-prova,
corresponde à propagação lenta da fratura,
predominantemente pelo mecanismo de coalescimento
de microcavidades.

39. Corpo de Prova após Ensaio
Na zona radial, predomina a fratura
frágil, de propagação rápida, que produz
marcas radiais na superfície, apontando
para a origem da fratura. A fratura frágil
produz pouca deformação plástica
associada.
A zona de cisalhamento se forma sempre
junto à superfície livre, em conseqüência
da diminuição da seção resistente do
corpo-de-prova. Isto causa a diminuição
de sua rigidez e maior possibilidade de
deformação plástica. Nesta região, nota-
se o coalescimento das microcavidades.

40. Corpo de Prova após Ensaio
Um corpo-de-prova após fratura, num ensaio de tração, apresenta os
aspectos típicos onde a fratura dúctil é denominada “taça e cone”. A zona
fibrosa forma a “taça” e a zona de cisalhamento formando o “cone”.