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COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS SOB TENSÃO

Prof. Rubens Caram

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TENSÃO X DEFORMAÇÃO

O EFEITO DE TENSÕES NA ESTRUTURA DE METAIS PODE SER OBSERVADO NA FORMA DE DEFORMAÇÕES:

EM ESTRUTURAS DE ENGENHARIA, ONDE A DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

ESTÁ PRESENTE

EM PEÇAS CONFORMADAS PLASTICAMENTE

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DEFINIÇÕES

APLICAÇÃO DE FORÇAS EM UM OBJETO GERA TENSÕES

TENSÃO=FORÇA/ÁREA OU σ=F/A

UNIDADES: psi=lb/in2 OU N/m2=Pa

APLICAÇÕES DE TENSÕES GERA DEFORMAÇÕESDEFORMAÇÃO=

VARIAÇÃO NO COMPRIMENTO/COMPRIMENTO INICIALOU ε=∆L/LO

UNIDADES: in/in OU m/mDEFORMAÇÕES:

ELÁSTICAPLÁSTICA

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PROPRIEDADES MECÂNICAS

ASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALSAISI – AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTESAE – SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERSENSAIO DE TRAÇÃOPERMITE DETERMINAR:

MÓDULO DE ELASTICIDADERESISTÊNCIA À TRAÇÃOLIMITE DE ESCOAMENTOPLASTICIDADE/FRAGILIDADE

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ENSAIO DE TRAÇÃOTe

nsão

, σ

Deformação, ε

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ENSAIO DE TRAÇÃO

Tens

ão, σ

Deformação, ε

LIMITE DE RUPTURA

LIMITE DE RESISTÊNCIA

LIMITE DE ESCOAMENTO

REGIÃO PLÁSTICA

REGIÃO ELÁSTICA

E=σ/ε

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ENSAIO DE TRAÇÃOTe

nsão

, σ

Deformação, ε

Tens

ão, σ

Deformação, ε

Tens

ão, σ

Deformação, ε0,2%

MATERIAL DÚCTIL

MATERIAL DÚCTIL

MATERIAL FRÁGIL

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EXERCÍCIO

UM ENSAIO DE TRAÇÃO DE UMA LIGA DE ALUMÍNIO RESULTOU NOS DADOS A SEGUIR:

O CORPO DE PROVA EXIBIA 1,28 cm DE DIÂMETRO E 5,08 cm DE COMPRIMENTO ÚTIL. OS DIÂMETROS DO CORPO DE PROVA NA CARGA MÁXIMA E NA FRATURA ERAM 1,23 cm E 1,20 cm, RESPECTIVAMENTE. DESENHE A CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO, CALCULE O MÓDULO DE ELASTICIDADE, A TENSÃO DE ESCOAMENTO A 0,2% DE DEFORMAÇÃO, A % DE ALONGAMENTO E A % DE REDUÇÃO EM ÁREA.

0,0675,42053870,82

0,0505,33155272,54

0,0255,20855272,54

0,0105,13148363,56

0,0075,11644859,02

0,0065,11041454,48

0,0055,10634545,40

0,0045,10027636,32

0,0025,09013818,16

0,05,08000

DEFORMAÇÃOCOMPRIMENTO (cm)TENSÃO (MPa)CARGA (kN)

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CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO

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TIPOS DE MATERIAIS

MATERIAL FRÁGIL E RESISTENTE (VIDRO, CERÂMICO)

Tens

ão, σ

Deformação, ε

MATERIAL DÚCTIL E RESISTENTE (METAIS)

MATERIAL MUITO DÚCTIL E POUCO RESISTENTE (POLÍMEROS)

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DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

TIPO DE DEFORMAÇÃO NÃO PERMANENTE QUE DESAPARECE COM A RETIRADA DO ESFORÇO MECÂNICOLEI DE HOOK: RELAÇÃO ENTRE TENSÃO APLICADA E DEFORMAÇÃO RESULTANTE: E=σ/εUNIDADES: psi=lb/in2 ou N/m2=Pa“E” É CONHECIDO COMO MÓDULO DE YOUNG

EAÇO= 2,0x105 MPaELIGAS Al= 0,7x105 MPa

SEM DEFORMAÇÃO DEFORMAÇÃO POR TRAÇÃO

DEFORMAÇÃO POR COMPRESSÃO

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MÓDULO DE ELASTICIDADE

“E” VARIA COM A DIREÇÃO CRISTALOGRÁFICAEX.: FERRO

DIREÇÃO E[111] 2,83x105 MPa[100] 1,25x105 MPa

MÓ

DU

LO D

E EL

AST

ICID

AD

E

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DISTÂNCIAS INTERATÔMICAS

EXISTEM TRÊS TIPOS DE LIGAÇÕES FORTESAS FORÇAS NESSAS LIGAÇÕES ATRAEM DOIS OU MAIS ÁTOMOSQUAL É O LIMITE DESSA ATRAÇÃO ? FORÇA DE REPULSÃOOS ÁTOMOS TÊM UMA DISTÂNCIA DE SEPARAÇÃO ONDE A FORÇA DE REPULSÃO É IGUAL À FORÇA DE ATRAÇÃO.

NN

S

S

g

( )( )2ao4

e2Ze1ZAF

επ−=

a 1+nnb- = RF

a 1+nnb - 2ao4

e)Z2e)(Z1

(- = FT πε

Z: VALÊNCIA

εO=8,85X10-12C2/Nm2

a=DISTÂNCIA INTERATÔMICA

e=1,6x10-19C

LIGAÇÃO IÔNICA DO NaCl, n ASSUME VALORES ENTRE 7 E 9.

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FORÇAS INTERATÔMICAS

FR

FA

FT

Distância entreátomos ou íons, a

ao

ao=rcátion + rânion

F RF A

DISTÂNCIA INTERATÔMICA É RESULTADO DA INTERAÇÃO ENTRE

FORÇAS DE REPULSÃO E DE ATRAÇÃO

a 1+nnb - 2ao4

e)Z2e)(Z1

(- = FT πε

VARIAÇÃO DE FT COM A DISTÂNCIA LEVA À

ENERGIA DE LIGAÇÃO ENTRE ÁTOMOS OU

ÍONS. ESSA FORÇA ESTÁ ASSOCIADA À

TENSÃO NECESSÁRIA PARA SEPARAR DOIS

ÁTOMOS OU ÍONS.

MÓDULO DE ELASTICIDADE É OBTIDO PELA

DERIVAÇÃO DE FT EM RELAÇÃO À DISTÂNCIA,

EM POSIÇÕES PRÓXIMAS AO PONTO DE

EQUILÍBRIO.

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DEFORMAÇÃO POR CISALHAMENTO

MÓDULO DE ELASTICIDADE TRANSVERSAL (G)

G=τ/γ

τ = TENSÃO DE CISALHAMENTO

γ = DEFORMAÇÃO ELÁSTICA POR CISALHAMENTO

γ=tgα

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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

EXISTEM DOIS MECANISMOS:DESLIZAMENTO DE PLANOSMACLAÇÃO

DESLIZAMENTO É PROVOCADO POR TENSÕES DE CISALHAMENTO

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PLANOS COMPACTOS

ESTRUTURA CFC PLANOS {111} E DIREÇÕES <1-10> =12 SISTEMAS

ESTRUTURA CCCPLANOS {110} E DIREÇÕES <-111> = 12 SISTEMASPLANOS {211} E DIREÇÕES <-111> = 12 SISTEMASPLANOS {321} E DIREÇÕES <-111> = 24 SISTEMAS

ESTRUTURA HCPLANOS {0001} E DIREÇÕES <11-20> = 3 SISTEMASPLANOS {10-10} E DIREÇÕES <11-20> = 3 SISTEMASPLANOS {10-11} E DIREÇÕES <11-20> = 6 SISTEMAS

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BANDAS DE DESLIZAMENTO

VISTAFRONTAL

VISTALATERAL

MONOCRISTAL DE ZINCO

F

FPLANOS

BASAIS HC

PLANOS BASAIS HC

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DISCORDÂNCIAS E A DEFORMAÇÃO

MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIASO movimento de uma discordância pode ser comparado ao movimento de uma dobra em um tapete

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DISCORDÂNCIAS E A DEFORMAÇÃO

MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS

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DEFORMAÇÃO DE MONOCRISTAIS

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DEFORMAÇÃO DE MONOCRISTAIS

LEI DE SCHMID

τ= FORÇA DE CISALHAMENTO ÁREA DE DESLIZAMENTO

τ=Fs/As

τ=Fcos λ/Acosφ=F/A cos λ/cosφ=σcos λ/cosφ

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EXERCÍCIO

CONSIDERE UM MONOCRISTAL DE PRATA. A TENSÃO LIMITE DE CISALHAMENTO DESSE METAL É IGUAL A 0,48MPa. SUPONDO QUE TAL CRISTAL É SOLICITADO NA DIREÇÃO [001] POR UMA TENSÃO DE TRAÇÃO σ, DETERMINE O VALOR DESSA TENSÃO PARA QUE O PLANO (111) SOFRA DESLIZAMENTO NA DIREÇÃO [0-11]

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EXERCÍCIO

CONSIDERE O MESMO PROBLEMA, MAS COM TENSÃO DE TRAÇÃO NA DIREÇÃO [011], COM DESLIZAMENTO NO PLANO (111) E DIREÇÃO [-110].

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MACLAS

MACLAS PODEM SURGIR A PARTIR DE TENSÕES TÉRMICAS OU MECÂNICAS.

TAL DEFEITO OCORRE QUANDO PARTE DA REDE CRISTALINA É DEFORMADA, DE MODO QUE A MESMA FORME UMA IMAGEM ESPECULAR DA PARTE NÃO DEFORMADA.

PLANO CRISTALOGRÁFICO DE SIMETRIA ENTRE AS REGIÕES DEFORMADAS E NÃO DEFORMADA, É CHAMADO DE PLANO DE MACLAÇÃO.

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MACLAS

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MACLAS

MACLA

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ENSAIO DE DUREZA

MEDIDA DE RESISTÊNCIA DE UM MATERIAL A PENETRAÇÃO.DUREZAS SÃO MEDIDAS RELATIVAS E A COMPARAÇÃO ENTRE AS DIFERENTES ESCALAS DEVE SER FEITA DE MANEIRA CUIDADOSAENSAIOS DE DUREZA SÃO BASTANTE USADOS:

SIMPLES E BARATOSENSAIO NÃO DESTRUTIVOALGUMAS PROPRIEDADES PODEM SER ESTIMADAS A PARTIR DA DUREZA

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ENSAIO DE DUREZA

DUREZA BRINELL:TESTE ANTIGO E MAIS UTILIZADOBOLA DE AÇO OU CARBETO DE W É USADA PARA IMPRESSIONAR SUPERFÍCIECARGAS: 500 OU 3.000 kg POR 30 sMEDIDAS: DIÂMETRO DA IMPRESSÃO

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ENSAIO DE DUREZA

DUREZA VICKERS:SEMELHANTE À DUREZA BRINELLPIRÂMIDE DE DIAMANTE É USADA PARA IMPRESSIONAR SUPERFÍCIECARGAS: MENORES QUE A DUREZA BRINELLMEDIDAS: DIÂMETRO DO LOSÂNGO

25 µm

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ENSAIO DE DUREZA

DUREZA ROCKWELL:SEMELHANTE ÀS DUREZAS BRINELL E VICKERSCONE DE DIAMANTE OU ESFERA DE AÇO SÃO USADOS PARA IMPRESSIONAR SUPERFÍCIECARGAS: DE 15 A 150 kgMEDIDAS: PRODUNDIDADE DE PENETRAÇÃO

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PROPRIEDADES MECÂNICAS

ELASTICIDADE: CAPACIDADE EM SE DEFORMAR ELASTICAMENTE, SEM ATINGIR O CAMPO ELÁSTICO – RELAÇÃO ENTRE TENSÃO E DEFORMAÇÃO É DADA PELO MÓDULO DE ELASTICIDADEDUCTILIDADE: CAPACIDADE EM SE DEFORMAR PLASTICAMENTE, SEM ATINGIR A RUPTURAFRAGILIDADE: OPOSTO À DUCTILIDADEDUREZA: CAPACIDADE EM RESISTIR À PENETRAÇÃO EM SUA SUPERFÍCIETENACIDADE: CAPACIDADE EMN ARMAZENAR ENERGIA SEM SE ROMPERRESISLIÊNCIA: CAPACIDADE EM ARMAZENAR ENERGIA NO CAMPO ELÁSTICOFLUÊNCIA: CAPACIDADE EM SE DEFORMAR LENTAMENTE, QUANDO SUBMETIDO A TENSÕES MENORES QUE A DE ESCOAMENTO, SOB ALTAS TEMPERATURASRESISTÊNCIA: MÁXIMA CARGA SUPORTADA