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8/18/2019 Propriedades Mecânicas Dos Metais
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PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EMENGENHARIA DE MECÂNICA
COMPORTAMETO MECÂNICO EMECANISMO DE FRATURA DOS METAIS
8/18/2019 Propriedades Mecânicas Dos Metais
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TÓPICOS A SEREM ABORDADOS NA DISCIPLINA
Parte 1 - Prof Fra!"#!$ A%&e' (a Co'taCo)*orta)e!to Me"+!#"o (o' Mater#a#'
Parte 1A , Meta#' e Cer+)#"a'
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BIBLIOGRAFIA
#%%#a) D Ca%%#'ter .r/ C#0!"#a e E!e!2ar#a (o'
Mater#a#'3 4)a #!tro(456o , 7a E(#56o/ LTCE(#tora/ 8999:
La;re!"e H
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COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS MATERIAIS
METAIS E CERÂMICAS
Prof Fra!"#!$ A%&e' (a Co'ta
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METAIS
I)*ort+!"#a(a a4%a
Oet#&o(a a4%a
I Co!2e"er *ro*r#e(a(e' )e"+!#"a' (o')eta#' J4a!(o '4)et#(o' a a*%#"a56o(e "ara o4 for5a:
II A''o"#ar e''a' *ro*r#e(a(e' a
a*%#"a5Ke' e'*e">f#"a' e rea#'
I E't4(ar o "o)*orta)e!to te!'6o -(efor)a56o (o' )eta#' e a'
*ro*r#e(a(e' )e"+!#"a' re%a"#o!a(a':
II A*re'e!tar o4tra' *ro*r#e(a(e')e"+!#"a' #)*orta!te'
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INTRODUÇÃO
A (efor)a56o re'4%ta!te e) 4) "o)*o!e!te )e"+!#"o)ater#a% !6o (e&e 'er e"e''#&a !e) )4#to )e!o' *ro&o"ar '4afrat4ra
O "o)*orta)e!to )e"+!#"o (e 4) )ater#a% ref%ete a
re%a56o e!tre a '4a re'*o'ta o4 (efor)a56o a 4)a "ara o4 for5a J4e e'tea 'e!(o a*%#"a(a
Pro*r#e(a(e' )e"+!#"a' #)*orta!te'3 re'#'t0!"#a/ (4rea/
(4"t#%#(a(e/ te!a"#(a(e e a r##(e
Fatore' "o!'#(era(o' #)*orta!te' *ara ote!56o (a'*ro*r#e(a(e' )e"+!#"a'3 !at4rea (a "ara a*%#"a(a: (4ra56o (a'4a a*%#"a56o: "o!(#5Ke' a)#e!ta#' e a te)*erat4ra (e o*era56o
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F
F
Tração
F
F
θ
A0
Cisalhamento
F
Fφ
Torção
F
F
Compressão
NATUREA DA CARGA APLICADA
Co!'ta!te ao %o!o (o te)*o
F%4t4a!(o "o!t#!4a)e!te
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DURAÇÃO DA APLICAÇÃO DA FORÇA OU CARGA
U)a fra56o (e a%4!' 'e4!(o'
U) *er>o(o (e )4#to' a!o'
CONDIÇES AMBIENTAIS
Nor)a#'
Are''#&a'
TEMPERATURA DE OPERAÇÃO
A)#e!te
E%e&a(a
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O e!e!2e#ro e'tr4t4ra% tem a função de determinaras tensões e as distribuições de tensões dentro doscomponentes ou elementos submetidos a cargas bem definidas.
O' e!e!2e#ro' (e )ater#a#' e )eta%r#"o' preocupam-se com a produção e fabricação de materiais(componentes) que atendam as exigências de serviçosconforme previsto pelas análises de tensão.
Isto exige a compreensão das relações entre a
microestrutura (caractersticas internas) dos materiais e as sua propriedades mec!nicas.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS Q ENSAIO DETRAÇÃO
Re%at#&a)e!te S#)*%e':
Per)#te a a&a%#a56o (e (#&er'a' *ro*r#e(a(e' )e"+!#"a'
E!'a#o Nor)a' T$"!#"a'ASTM e ABNT
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PROPRIEDADES MECÂNICAS Q ENSAIODE TRAÇÃO
De'e!2o E'J4e)t#"o (e 4) E!'a#o (e Tra56o
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PROPRIEDADES MECÂNICAS Q ENSAIODE TRAÇÃO
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T E N S Ã O
DEFORMAÇÃO
T E N S Ã O
DEFORMAÇÃO
PESCOÇO
RESISTNCIA TRAÇÃO
PESCOÇO NAREGIÃOFRATURADA
ENSAIO DE TRAÇÃO Q CUR
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ENSAIO DE TRAÇÃO Q CUR
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CONCEITOS
σ te!'6o "o!&e!"#o!a% MPa/ fV")8/fV))8/ NV ))8
F for5a "ara a*%#"a(a N o4 %f
A9 rea (a 'e56o reta tra!'&er'a% ")8/ ))8
%# - %9V%9 %V%9
σ FVA9
(efor)a56o re%at#&a/ e'*e">f#"a o44!#tr#a
%9 "o)*r#)e!to #!#"#a% (a a)o'tra
%# "o)*r#)e!to #!'ta!t+!eo
Te!'6o e Defor)a56o
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ENSAIO DE COMPRESSÃO
"sado para con#ecer o comportamento de um materialsubmetido a deformações grandes e permanentes$
%aso de aplicações de fabricação ou
&uando o material ' frágil sob tração
τ FVAonde representa a carga ou força aplicada paralelamente *sfaces superior e inferior+ cada uma com uma área de Ao
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CONSIDERAÇES GEOMWTRICAS ARESPEITO DO ESTADO DE TENSÃO
estado de tensão ' uma função das orientações dos planos sobre os quais as tensões atuam.
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REGIMES DE COMPORTAMENTO DOSMATERIAIS ESTRUTURAIS
"m material constituinte de uma peça estruturalsubmetida a um con,unto de solicitações externas pode sedeformar sob dois regimes de comportamento distintos.
Re#)e (e Co)*orta)e!to E%'t#"o3 ocorre quando ao se
retirar de sob a peça o con,unto de cargas deformadoras+ elavolta inteiramente a forma e dimensões primitivas.lasticidade/
Re#)e (e Co)*orta)e!to P%'t#"o3 ocorre quando ao se
retirar de sob a peça o con,unto de cargas deformadoras+ ela nãoretorna a forma e dimensões primitivas ficando entãocaracteri0ada por apresentar deformações irreversveiscon#ecidas pelas denominações de deformações permanentes ou
residuais.
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DEFORMAÇÃO ELXSTICA
T e ! ' 6 o Y
Z
Plástica
Defor)a56o Y Z
Elástica
%12345164 4678-9315:8
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σ E
MÓDULO DE ELASTICIDADE
[E]
GPa 106 Psi
Magnésio 45 6.5
A!"#nio 6$ 10
La%&o $' 14
Ti%(nio 10' 15.5Co)*+ 110 16
,-!+ /0' 0
Ao 207 0
T!ngs%2nio 407 5$
3 1 si 6$0 7 108 MPa '0 7 1084 9g:""/
E )[(4%o (e e%a't#"#(a(e módulo de Young
De"%#&e (a re#6oe%'t#"a !a "4r&ate!'6o-(efor)a56o
le pode ser considerado como sendo uma rigide0+ou uma resistência do material * deformaçãoelástica
DEFORMAÇÃO ELXSTICA
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σ FVA9%omo e %V%9
7abendo que no regime elástico onde as tensões são proporcionais
as deformações (;ei de ltima encontramos aseguinte relação
% F%9VEA9
?. 5 lei de
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τ
G γ
nde G representa o m@dulo de cisal#amento (ou m@dulo
transversal)
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A!e%a't#"#(a(e Te)*o (e re"4*era56o (o )ater#a%
E de materiais cer!micas ] materiais metálicos ] materiais polim'ricos
DEFORMAÇÃO ELXSTICAVCOEFICIENTE DE
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DEFORMAÇÃO ELXSTICAVCOEFICIENTE DEPOISSON
Coef#"#e!te (e Po#''o! ν $ (ef#!#(o "o)o a ra6o !eat#&a
e!tre a' (efor)a5Ke' %atera#' / *e%a (efor)a56o
%o!#t4(#!a% o4 a#a%/ (o )ater#a%:
Tere)o' J4a!(o o )ater#a% $ #'otr[*#"o e a te!'6o
a*%#"a(a for 4!#a#a% a*e!a' !a (#re56o ^_:
O' &a%ore' (e ν *ara (#&er'o' )eta#' e't6o e!tre 987 e 9`7:
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DEFORMAÇÃO ELXSTICAVCOEFICIENTE DEPOISSON
O "oef (e Po#''o! ta)$) $ 4'a(o !a re%a56o e!treo' )[(4%o' (e "#'a%2a)e!to G e (e e%a't#"#(a(e E (e
)ater#a#' ̂ #'otr[*#"o'_/ *e%a re%a56o
E /G ;1 <ν
= Para a )a#or#a (o' )eta#' G ≈ 9/@E
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DEFORMAÇÃO PLXSTICA
Mater#a#' D"te#'
Mater#a#' Fre#'
R ] 9/997
R 9/997
à X
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DEFORMAÇÃO PLXSTICA
DEFORMAÇÃO PLXSTICAVLIMITE DE
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DEFORMAÇÃO PLXSTICAVLIMITE DEESCOAMENTO
σ te!'6o (e e'"oa)e!to
#!(#"a a "a*a"#(a(e J4e
4) )ater#a% *o''4# (e
re'#'t#r (efor)a56o
*%'t#"a J4a!(o'4)et#(o a 4)
"arrea)e!to
C4r&a ^a_3 tra!'#56o e%'t#"oV*%'t#"o (o )eta% $ ra(4a%:
C4r&a ^_3 tra!'#56o e%'t#"oV*%'t#"o (o )eta% $ e) (ef#!#(a
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DEFORMAÇÃO PLXSTICAVLIMITE DERESISTNCIA TRAÇÃO
O ^L#)#te (e Re'#'t0!"#a Tra56o_ - LRT/ "orre'*o!(e
te!'6o )#)a *o!to M a*%#"a(a ao )ater#a% a!te' (a
r4*t4ra 'e e'ta te!'6o for )a!t#(a o"orrer a frat4ra (o
)ater#a%:
W "a%"4%a(a (#(#!(o-'e a "ara for5a )#)a J4e a
'4)ete o )ater#a% *e%a rea (e 'e56o reta #!#"#a%
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à Ã
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TENSÃO E DEFORMAÇÃO
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TENSÃO E DEFORMAÇÃO
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TENSÃO E DEFORMAÇÃO
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DUCTILIDADE
Po(e 'er e*re''a "o)o3
ALc %f - %9V%9 199
RAc A9 - Af VA9 199
Redução de Área Superficial:
Alongamento Percentual:
Defor)a56o
T e ! ' 6 o
Fr#%
D"t#%
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RESILINCIAPo(e 'er e*re''a atra&$' (o )[(4%o
(e Re'#%0!"#a Ur
U* 1:/ ;σ+ 7 += ;σ+=/ :/E
σ+
+
TENACIDADE
Corre'*o!(e "a*a"#(a(e (o
)ater#a% (e a'or&er e!er#a at$
'4a r4*t4ra
à X
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RECUPERAÇÃO ELXSTICA DURANTE UMADEFORMAÇÃO PLXSTICA
OUTRAS PROPRIEDADES MECÂNICAS
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9eformação D 9ure0a
OUTRAS PROPRIEDADES MECÂNICASIMPORTANTES
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RELAÇÃO ENTRE A DUREA E TENACIDADE
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RELAÇÃO DA DUREA COM A MICROESTRUTURA
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FATORES DE PRO.ETOVSEGURANÇA
σt σeVN
nde σt o4 σa() ' a tensão admissvel ou de tensão de trabal#o+σe ' a tensão de escoamento e N ' o fator de segurança.
s valores de N 'e '#t4a) e!tre 1/8 e @/9
&uestões econLmicas+ experiência pr'via+ a precisão com que asforças mec!nicas e as propriedades dos materiais podem serdeterminadas e+ mais importante+ as conseqMências das fal#as emtermos de perda de vidas eDou danos materiais.
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Ee)*%o 8
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Ee)*%o 8U)a te!'6o (e tra56o (e&e 'er a*%#"a(a ao %o!o (o e#o refere!te
ao "o)*r#)e!to (e 4) a't6o "#%>!(r#"o (e %at6o/ J4e *o''4# 4) (#+)etro
(e 19 )) 9/@ *o% Deter)#!e a )a!#t4(e (a "ara e##(a *ara *ro(4#r4)a a%tera56o (e 8/7 19-`19-@ *o% !o (#+)etro A (efor)a56o $
*4ra)e!te e%'t#"a
li lN
di
dN
ε0 O ∆l D lN O (li - lN) D lN
εx O ∆d D dN O (di - dN) D dN
Da(o'3
( 19 )) 19-` )
( 8/7 19-` ))
Ee)*%o 83 "o!t
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Ee)*%o 83 "o!t
( V (9 - 8/7 19-` V 19 - 8/7 19-@
O '#!a% ^-_ (e&e-'e re(456o !o (#+)etro (o )ater#a% - V ν - - 8/7 19-@ V 9/`@ /`7 19-@
Para o %at6o ν 9/`@ Tae%a d1 - Ca%%#'ter
σ E /`7 19-@ ? 19? 1/` MPa
Para o latão E ? GPa Tae%a d1 - Ca%%#'ter
F σA9 σ (9V88π 1/` 19d 19-8 V 88 π
F 7d99 N
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