Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial

1. Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Tensão e deformação • Ensaios: • Tração • Compressão • Cisalhamento • Torção

2. Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Tensão e Deformação Cálculo da tensão (Para tração e compressão): Onde: σ= Tensão F= Força normal à seção transversal Ao= Área original da seção transversal Cálculo da deformação (Para tração e compressão): Onde: ∈= Deformação li= Comprimento instantâneo lo= Comprimento original

3. Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Deformação Elástica Resiliência Onde: σ= Tensão E= Módulo de elasticidade (ou módulo de Young) ∈= Deformação

4. Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Deformação Plástica Tensão Limite de Escoamento

5. Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Deformação Plástica Tensão Limite de Resistência à Tração Localização da Deformação plástica através da estricção. Empescoçamento. Critério de Considère dσ/dε = σ

6. Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Deformação Plástica %AL Ductilidade x Tenacidade Onde: %AL= Alongamento percentual lf= Comprimento na fratura lo= Comprimento original Onde: %RA= Redução de área percentual Af = Área final Ao= Área original

7. Curvas de Tração para o Ferro Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial

8. Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Deformação Plástica Tensão verdadeira Tensão verdadeira e deformação verdadeira σv Deformação verdadeira ∈v Onde: σv = Tensão verdadeira F= Força normal à seção transversal Ai= Área instantânea da seção transversal ∈v = Deformação verdadeira li= Comprimento instantâneo lo= Comprimento original

9. Propriedades Mecânicas Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial

10. Efeito do Sistema Deformante Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial • Um gráfico carga vs. deslocamento (Pivs. lTi)produzido por um ensaio de tração é influenciado pela elasticidade do sistema deformante; • Entende-se por sistema deformante toda a região fora do comprimento útil da amostra (l0), compreendendo parte do corpo de prova, garras, travessão de aplicação de carga, etc; • A influência da elasticidade do sistema (Ks) será tão maior quanto menor for sua rigidez (resistência à deformãção elástica); • Traçar uma curva tensão nominal vs. deformação nominal sem excluir os valores elásticos do sistema deformante resulta em erros. OBS: Exemplos baseados em resultados reais para um ensaio de traçãoem uma liga de alumínio D16T.

11. Gráfico Carga vs. Alongamento Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial (mm)

12. ( ) P P l + D e p l i i o a i k A E s o D l Ti Tratamento Matemático Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial Alongamento elásto-plástico da amostra Alongamento elasto-plástico total Alongamento elástico total Alongamento elástico da amostra

13. Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial

14. Tensão Verdadeira vs. Deformação Verdadeira Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial • Uma vez que a deformãção elástica é não permanente, a deformação verdadeira é considerada somente a parcela plástica da deformação; • Os valores são obtidos a partir da curva tensão nominal vs. deformação nominal.

15. Tratamento Matemático Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial • A partir dos valores obtidos, obtem-se um polinômio que melhor se ajuste à curva original; • A partir desse polinômio, traça-se uma nova curva tensão verdadeira vs. deformação verdadeira ajustada; • Os cálculos da cinética da deformação plástica são obtidos a partir da curva ajustada.

16. Comparação Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial • A seguir aparecem 3 exemplos práticos; • A curva não corrigida A inclui as informações elasto-plásticas tanto da amostra quanto do sistema deformante; • Aplicando a correção, mas ainda deixando os valores elásticos da amostra, gera a curva não corrigida B; • A curva corrigida leva em conta somente valores plásticos.

17. Comparação Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial

18. Tratamento Matemático Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial • Equações empíricas buscam descrever o comportamento do material durante a deformação plástica; • São determinados matematicamente os estágios de encruamento; • As equações mais utilizadas são as de Hollomon, Ludwig e Swift.

19. Tratamento Matemático Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial • Hollomon -  = Ken • Normalmente descreve curvas que apresentam um único estágio de encruamento; • Em um gráfico logarítmico o traço é uma reta; • K representa um coeficiente de resistência enquanto n é o expoente de encruamento. • Ludwig -  = 0 + Ken • Descreve um ou mais estágios de encruamento; • Em um gráfico logarítmico o traço é parabólico ou linear; • 0 representa uma tensão de escoamento. • Swift -  = K(ε+ ε0)n • Descreve um ou mais estágios de encruamento; • Em um gráfico logarítmico o traço é hiperbólico ou linear; • ε0 representa uma deformação inicial.

20. Obtenção dos Estágios de Encruamento Propriedades Mecânicas: O Ensaio de Tração Uniaxial • A partir da curva tensão verdadeira vs. deformação verdadeira ajustada, aplicar o logarítimo nos dois eixos (Hollomon) e depois traçar a derivada (Ludwig e Swift); • Fazer ajustes lineares convenientes; • A partir das equações constitutivas linearizadas, identificar os valores de inclinação (m) das retas ajustadas e de b. Equação da reta: y – y0 = m(x – x0) Hollomon linearizada: lnσ = ln K + n * lnε Ludwig derivada - linearizada: ln dσ/dε = ln(n*K) + (n-1)*lnε Swift derivada – linearizada: ln dσ/dε = ln(n) + 1/n * ln(k) + ((n-1)/n) * ln (σ)

22. Monocristais III Estágio I– Deslizamento Fácil Estágio II– Encruamento Estágio III– Recuperação Dinâmica II  I 

23. Estágios de Encruamento • Estágio I – Deslizamento Fácil • Baixa densidade de discordâncias, logo, há pouca restrição à movimentação das mesmas (não há interação entre discordâncias). A tensão cresce muito pouco com a deformação; • Estágio II – Encruamento • A densidade de discordâncias aumenta muito rápido, as discordâncias começam a interagir, encruando o material. A tensão cresce muito com a deformação; • Estágio III – Recuperação Dinâmica • A densidade de discordâncias está próxima a de saturação, podendo formar arranjos que minimizem a energia total do sistema (sub-grãos). A tensão cresce menos com a deformação.

24. Policristais σn III II SÓ POSSUEM OS ESTÁGIOS II E III (em alguns casos apresentam um estágio de comportamento semelhante ao de deslizamento fácil e há estudos sobre estágios IV e V em ensaios em temperaturas elevadas) εn

25. Arranjos de Discordâncias

26. Dureza • Resistência do material à deformação plástica localizada • Dureza: • Qualitativa: • Mohs: Talco: 1; Diamante: 10 • Quantitativas: • Uso de indentadores, carga aplicada com certa taxa • Indentação: profundidade ou diâmetro • Testes simples e rápido, não destrutivo, correlacionável com parâmetros de tração e outros

27. Técnicas de Medida de Dureza espessura Mais simples e popular 20<Dureza<100

28. Escalas de Dureza Al2O3 + Fe, Ti, Cr KAlSi3O8 Apatita Topázio Ca3(PO4)2(OH, F, Cl) Al2SiO4(F,OH)2