Aula 06- Ensaio de Tração em Materiais Metálicos
Análise completa do comportamento mecânico de materiais metálicos sob forças axiais crescentes.
Mecatrônica - IFSP - Campus Guarulhos
Prof. Valdemir Alves Junior
Introdução ao Ensaio de Tração
Importância do Ensaio
O ensaio de tração é um dos mais importantes para caracterizar o comportamento mecânico dos materiais.
Metodologia
Consiste em aplicar uma força axial crescente até a ruptura do material.
Finalidade
Objetivo: Determinar propriedades como resistência, elasticidade e ductilidade.
Veja um ensaio
Entenda como funciona um ensaio de tração.
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Propriedades dos materiais no ensaio de tração
Resistência
Capacidade de um material suportar cargas externas sem falhar. Pode ser medida em diferentes aspectos, como:
  • Resistência à tração (capacidade de resistir a forças que tendem a esticar o material).
  • Resistência à compressão (capacidade de suportar forças que tendem a esmagá-lo).
  • Resistência ao cisalhamento (capacidade de resistir a forças que tentam deslizar uma parte do material sobre outra).
Elasticidade
Capacidade de um material retornar à sua forma original após a remoção da carga. É descrita pela Lei de Hooke, onde a deformação é proporcional à força aplicada até um certo limite (limite elástico).
  • Materiais altamente elásticos: borracha, molas metálicas.
  • Exemplo: Uma mola metálica retorna ao seu estado inicial após ser esticada, desde que não ultrapasse o limite elástico.
Ductilidade
Capacidade de um material sofrer deformação plástica significativa antes de romper. Materiais dúcteis podem ser alongados ou moldados sem quebrar, como o cobre, alumínio e aço doce.
  • Materiais frágeis, como vidro e ferro fundido, apresentam baixa ductilidade e rompem sem deformação significativa.
Alguns dos Materiais Testados
Aço
Alta resistência mecânica, usado em estruturas e automóveis.
Alumínio
Leve e resistente à corrosão, usado na indústria aeroespacial.
Ferro fundido
Material rígido, usado em máquinas e motores.
Máquinas de Ensaio de Tração
Os ensaios mecânicos são fundamentais para avaliar o comportamento dos materiais sob diferentes tipos de carregamento. Para realizá-los, utilizamos máquinas de ensaios, que podem ser classificadas em dois tipos principais: máquinas universais de ensaios e máquinas específicas.
Máquina Universal de Ensaios
A máquina universal de ensaios é um equipamento versátil projetado para realizar diferentes tipos de testes mecânicos em materiais diversos, como aço, alumínio, polímeros e compósitos.
Principais Ensaios Realizados:
  • Ensaio de Tração: Mede a resistência do material ao ser esticado até a ruptura.
  • Ensaio de Compressão: Avalia o comportamento do material quando submetido a forças de esmagamento.
  • Ensaio de Flexão: Determina a resistência do material a esforços de dobramento.
As máquinas de ensaio são equipadas com sistemas precisos de medição de força e deformação para garantir resultados confiáveis.
Máquinas de Ensaio de Tração
Máquinas Específicas de Ensaios
Além das máquinas universais, existem máquinas específicas, projetadas para testar determinados materiais e aplicações. Elas oferecem maior precisão e controle para certos tipos de ensaios.
Principais Tipos de Máquinas Específicas:
Máquina de ensaio para fios metálicos: Mede a resistência e ductilidade de fios usados em cabos elétricos e estruturas metálicas.
Máquina de ensaio para polímeros: Avalia a resistência mecânica de plásticos, essenciais na fabricação de peças automotivas e embalagens.
Máquina de ensaio de impacto: Testa a tenacidade de materiais ao choque, como em capacetes e para-choques de automóveis.
As máquinas de ensaios mecânicos desempenham um papel essencial na engenharia, permitindo a seleção adequada de materiais para diversas aplicações. Enquanto as máquinas universais oferecem versatilidade, as máquinas específicas garantem precisão em testes dedicados. Ambas são fundamentais para a qualidade e segurança de componentes mecânicos.
Dependendo da aplicação, os corpos de prova podem ter formatos diferentes.
Corpos de Prova
Geometrias Padronizadas
Fabricados com geometrias padronizadas (cilíndricos ou retangulares).
Normas Técnicas
Devem seguir normas técnicas, como ASTM E8 e ISO 6892.
Marcação
Marcação para medição da deformação ao longo do ensaio.
Procedimento do Ensaio
Fixação
Fixação do corpo de prova na máquina.
Aplicação de Força
Aplicação da força axial gradualmente.
Registro de Dados
Registro da deformação e força aplicada.
Análise
Análise do comportamento mecânico do material até a ruptura.
Gráfico Tensão x Deformação
O gráfico acima representa o comportamento do material ao longo do ensaio, com a deformação (%) no eixo X e a tensão (MPa) no eixo Y.
Regiões do Gráfico de Tração
1
Limite de proporcionalidade
Região elástica linear.
2
Limite de elasticidade
Último ponto antes da deformação permanente.
3
Limite de escoamento
Início da deformação plástica.
4
Resistência à tração
Máxima tensão suportada.
5
Tensão de ruptura
Momento em que o material se rompe.
Deformação e Estricção de Ruptura
Deformação de ruptura
Indica a capacidade de um material se alongar antes de quebrar.
Estricção de ruptura
Redução da seção transversal do corpo de prova antes da ruptura.
Comparação
Materiais dúcteis têm alta estricção, materiais frágeis não.
Aplicações Práticas do Ensaio
Engenharia Civil
Determinação de resistência de vigas metálicas.
Indústria Automotiva
Teste de resistência de componentes estruturais.
Aeroespacial
Seleção de ligas de alumínio para fuselagens de aeronaves.
Normas e Padrões Técnicos
ASTM E8/E8M
Especificações para ensaios em materiais metálicos.
ISO 6892
Diretrizes internacionais para ensaios de tração.
Conclusão e Discussão
Discussão
Como os materiais analisados impactam seu uso em engenharia mecânica e mecatrônica?
Seleção de Materiais
Auxilia no projeto e seleção de materiais para diferentes aplicações industriais.
Dados Essenciais
O ensaio de tração fornece dados essenciais sobre o comportamento dos materiais.
Simulador de Ensaio de Tração
Faça uma simulação de um ensaio de tração, escolhendo entre os materiais:
  • Aço
  • Alumínio
  • Cobre
Bibliografia de Referência
BOTELHO, M. H. C. Resistência dos Materiais: Para Entender e Gostar. São Paulo: Blucher, [ano de publicação].
ASSAN, A. E. Resistência dos Materiais - Vol. 1. Campinas: Editora da Unicamp, 2010.
GARCIA, A. Ensaios dos Materiais. 2. ed. [Local de publicação]: [Editora], [Ano de publicação].
SOUZA, S. A. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. São Paulo: Blucher, [ano de publicação].
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