Propriedades mecânicas dos materiais

Question 1

Quais as propriedades mecânicas dos materiais que são mais importantes para um projeto?

Answer 1

Rigidez, resistência, dureza, ductilidade e tenacidade.

Question 2

O que significa ASMT?

Answer 2

Sociedade Americana para Ensaios e Materiais
(ASTM — American Society for Testing and Materials).

Question 3

Ensaios tensão-deformação são mais comumente conduzidos para ____________.

Answer 3

os metais a temperatura ambiente.

Question 4

Se uma carga é estática ou se varia de uma maneira relativamente lenta ao longo do tempo e está sendo aplicada uniformemente sobre uma seção transversal ou sobre a superfície de um elemento, o comportamento mecânico pode ser averiguado por?

Answer 4

Um simples ensaio de tensão-deformação.

Question 5

Porque o corpo de prova do ensaio de tração tem formato de osso de cachorro?

Answer 5

Para garantir que a deformação fique confinada à região central mais estreita (que possui uma seção transversal uniforme ao longo do seu comprimento) e, ainda, para reduzir a probabilidade de fratura nas extremidades do corpo de prova.

Question 6

Os alongamentos resultantes das cargas aplicadas no ensaio de tração são medidos por qual equipamento?

Answer 6

Extensômetro.

Question 7

Quais as fórmula de tensão e deformação de engenharia que são utilizadas nos ensaios de tração?

Answer 7

Tensão:
σ = F / A0 [Pa ou N/m^2]
‘
Deformação:
ϵ = (li - l0) / l0 = ∆l / l0
‘
Tensão cisalhante
τ = F / A0

Question 8

Qual a diferença entre tensão e deformação?

Answer 8

Tensão é a resistência interna de um corpo a uma força externa aplicada por unidade de área. A Deformação é a variação de uma dimensão qualquer desse corpo por unidade de comprimento quando o corpo é submetido a um esforço.

Question 9

Em um plano de tensão p-p’ orientado com um ângulo θ em relação a extremidade do corpo de prova, como mostrado no livro na pág 159, como calculamos a tensão de tração normal e a tensão cisalhante?

Answer 9

Tensão normal de tração
‘
σ’ = σ . cos^2 θ = σ [ ( 1 + cos 2θ) / 2 ]
‘
Cisalhante:
‘
τ’ = σ . sen θ cos θ = σ [ (sen 2θ) / 2 ]

Question 10

Qual é a fórmula da lei de Hooke?

Answer 10

σ = E.ϵ = E . (∆l / l0)
‘
onde:
E = Módulo de Young / Módulo de elasticidade / Constante de proporcionalidade
ϵ = deformação longitudinal (eixo z)

Question 11

No gráfico tensão-deformação, ordenada e abscissa representam respectivamente?

Answer 11

ordenada (y) - representa a tensão aplicada
‘
abscissa (x) - representa a deformação

Question 12

Na deformação elástica qual é o comportamento do gráfico?

Answer 12

O gráfico tem comportamento linear pois a tensão e deformação são proporcionais, obedecendo a lei de Hooke de elasticidade.
Se não forem proporcionais, então, será deformação plástica.

Question 13

Como obtemos o módulo de elasticidade a partir do gráfico?

Answer 13

A partir da inclinação da curva, pois, o coeficiente angular corresponde ao módulo de elasticidade. Quanto mais alta a curva, maior o ângulo e consequentemente, maior o módulo de deformação.

Question 14

O modo de elasticidade é considerado como o que?

Answer 14

Rigidez ou como uma resistência do material à deformação elástica.

Question 15

Módulo de elasticidade (E) elevado implica em quê?

Answer 15

Quanto maior for o módulo, mais rígido será o material, ou menor será a deformação elástica resultante da aplicação de uma dada tensão.

Question 16

O módulo tangente ou o módulo secante são utilizados em quais casos?

Answer 16

São utilizados para determinar o módulo de elasticidade em casos nos quais a porção elástica da curva tensão-deformação não é linear, como em ferro fundido cinzento, concreto e polímeros.

Question 17

O módulo de elasticidade diminui com o aumento da temperatura?

Answer 17

Sim, o material fica menos rígido, mais maleável.

Question 18

A tensão e a deformação cisalhante são proporcionais uma à outra, de acordo com qual expressão?

Answer 18

τ = G.γ
‘
onde:
G = módulo de cisalhamento
γ = deformação cisalhante

Question 19

O que é componente anelástica ou anelasticidade?

Answer 19

É a componente da deformação que é dependente do tempo, ou seja, a deformação elástica permanece após a aplicação da
tensão e liberação da carga, sendo necessário um tempo finito para haver uma recuperação
completa.

Question 20

Uma peça de cobre originalmente com 305 mm (12 in) de comprimento é tracionada por uma tensão de 276 MPa (40.000 psi). Se a deformação é inteiramente elástica, qual será o alongamento resultante? Dado: Ecobre = 110 GPa

Answer 20

0.77 mm (0.03 in.) pág 162

Question 21

O que é o coeficiente de Poisson (ν) ?

Answer 21

O coeficiente de Poisson (ν) mede a deformação transversal (lateral) de um material, a relação estabelecida é entre deformações ortogonais.
‘
Se a tensão aplicada for uniaxial (apenas na direção z) e o material for isotrópico, então ex = ey.
‘
V = - deformação lateral / deformação longitudinal
V = - ex / ez ou
V = - ey / ez
‘

’
CUIDADO: Cesgranrio já cobrou pegadinha nisso dizendo: “Avaliar a taxa de deformação perpendicularmente à seção transversal do corpo de prova.”
‘
Isso está errado pq o Poisson quer medir a deformação lateral, ou seja transversal a aplicação da tensão. Quando ele diz perpendicular à seção transversal, em outras palavras ele quer dizer sentido longitudinal, por isso está errado.

Question 22

Qual o valor máx para o coeficiente de Poisson? E quais os valores típicos para metais?

Answer 22

O valor máximo é de 0,50 e os valores típicos para metais se encontram na faixa de 0,25 e 0,35.

Question 23

Para os materiais isotrópicos, os módulos de cisalhamento e de elasticidade estão relacionados entre si e com o coeficiente de Poisson, de acordo com a expressão?

Answer 23

E = 2G (1 +V)
‘
E = módulo de elasticidade
G = módulo de cisalhamento
V = coeficiente de Poisson
‘
dessa forma, se o valor de um dos módulos
for conhecido, o outro pode ser aproximado.

Question 24

Nos materiais anisotrópicos o comportamento elástico varia em função da ?

Answer 24

Direção cristalográfica.

Question 25

Para a maioria dos materiais metálicos, a deformação elástica ocorre apenas até deformações de aproximadamente ?

Answer 25

Até 0,005 o material é deformado elasticamente, além desse ponto, a deformação não é
mais proporcional à tensão aplicada, ou seja, não obedece mais a lei de Hooke, a deformação se torna plástica.

Question 26

O que é deformação plástica?

Answer 26

Deformação permanente, não recuperável.

Question 27

Como ocorre graficamente a transição do comportamento elástico para o plástico ?

Answer 27

A transição do comportamento elástico para o plástico é gradual para a maioria dos metais; ocorre uma curvatura no início da deformação plástica, que aumenta mais rapidamente com o aumento da tensão.

Question 28

No gráfico tensão-deformação como identificamos o ponto de escoamento ou limite de proporcionalidade do material?

Answer 28

O ponto de escoamento pode ser determinado
como aquele onde ocorre o afastamento inicial da linearidade na curva tensão-deformação; esse ponto é algumas vezes chamado de limite de proporcionalidade, indicado pelo ponto P.

Question 29

Qual a diferença entre limite de proporcionalidade (P) e limite de resistência ao escoamento (σl) ?

Answer 29

• Limite de proporcionalidade (P):
• Representa o valor máximo da tensão abaixo da qual o material obedece a Lei de Hooke, ou seja, a partir desse ponto o material não tem mais deformação sendo proporcional a tensão aplicada.
• Para um material frágil, não existe limite de proporcionalidade (o diagrama não apresenta parte reta).
  ‘
• Limite de elasticidade:
• Existe um ponto na curva tensão x deformação ao qual corresponde o limite de elasticidade; representa a tensão máxima que pode ser aplicada a barra sem que apareçam deformações residuais ou permanentes após a retirada integral da carga externa.
• Para muitos materiais, os valores dos limites de elasticidade e proporcionalidade são praticamente iguais, sendo usados como sinônimos
  ‘
• Limite de escoamento ou resistência ao escoamento (σl):
• refere-se a tensão máxima que pode ser aplicada a um material sem causar deformação plástica, em outras palavras, é a resistência á deformação plástica.

Question 30

Qual o procedimento para encontrarmos no gráfico o limite de escoamento do material?

Answer 30

Uma linha reta é construída paralelamente à porção elástica da curva tensão-deformação em alguma pré-deformação especificada, que, geralmente, é de 0,002. A tensão correspondente à interseção dessa linha com a curva tensão-deformação (conforme esta se inclina na região plástica) é definida como o resistência ao escoamento σl.
‘
pág 166 e na pasta do celular

Question 31

Cite as principais diferenças entre os comportamentos das deformações elástica, anelástica e plástica.

Answer 31

Deformação elástica – é aquela em que removidos os esforços atuando sobre o corpo, ele volta a sua forma original.
‘
Deformação plástica – é aquela em que removidos os esforços, não há recuperação da forma original.
‘
Deformação anelástica - é aquela em que removidos os esforços não volta-se de imediato ao comprimento original, há um intervalo de tempo transcorrido desde o fim da aplicação da carga até o retorno ao comprimento original – esse comportamento dependente do tempo é conhecido como anelasticidade. Para os metais, a componente anelástica é pequena, sendo comumente desprezada, mas, para alguns
polímeros, por exemplo, ela pode ser muito relevante.

Question 32

O ponto máximo (M) da curva de tensão-deformação representa o que?

Answer 32

Representa o limite de resistência a tração (LRT), capacidade máxima de suportar carga. Nesse ponto se a tensão aplicada for mantida, ocorrerá fratura.
‘
Toda deformação até esse ponto está uniformemente distribuída por toda a região estreita do corpo de prova de tração. Contudo, nessa tensão máxima, uma pequena constrição, ou pescoço, começa a se formar em algum ponto, e toda deformação subsequente fica confinada nesse pescoço.

Question 33

O que é estricção?

Answer 33

É uma pequena constrição ou pescoço que começa a se formar em algum ponto a partir do LRT e toda deformação subsequente fica confinada nesse pescoço

Question 34

O que é ductilidade? E como expressamos esta variável de forma quantitativa?

Answer 34

Ductilidade é a capacidade que o material tem de suportar tensão sem se romper. É a medida do grau de deformação plástica desenvolvida até a fratura.
‘
Quantitativamente é expressa tanto como um alongamento percentual quanto como uma redução (estricção) percentual na área.
‘
O alongamento percentual, %AL, é a porcentagem de deformação plástica na fratura
‘
%AL = ϵ.100 = [ (lf - l0) / l0 ] . 100

Question 35

O material frágil tem ausência de ductilidade ou não?

Answer 35

Sim.

Question 36

Plote um gráfico de tensão-deformação de um material frágil vs um material dúctil.

Answer 36

pág 168 e celular.

Question 37

Como calculamos o alongamento percentual e a redução percentual de área?

Answer 37

Alongamento percentual:

%AL = [ (lf - lo) / lo ] .100
‘
Redução percentual de área:

%RA = [ (Ao - Af) / Ao ] .100

Question 38

Em relação aos processos de fabricação, porque é importante conhecer o nível de ductilidade do material?

Answer 38

Porque ela indica o grau que uma estrutura irá se deformar antes de fraturar e especifica o grau de deformação permitido durante as operações de fabricação.

Question 39

Porque materiais relativamente dúcteis são conhecidos como “generosos” ?

Answer 39

Porque eles podem apresentar deformação local sem fraturar, caso exista um erro de magnitude no calculo de tensão do projeto.

Question 40

Os materiais frágeis são considerados, de maneira aproximada, como aqueles que possuem uma deformação de fratura menor que cerca de ?

Answer 40

5%

Question 41

As magnitudes abaixo aumentam ou diminuem com o aumento da temperatura?

• Módulo de elasticidade
• Resistência ao escoamento
• LRT
• Ductilidade

Answer 41

Diminui com o aumento da temperatura:
- Módulo de elasticidade
- Resistência ao escoamento
- LRT

Aumenta com o aumento da temperatura
- Ductilidade

Question 42

O que é resiliência do material e como é medida?

Answer 42

Ela é a capacidade de um material de absorver energia quando deformado elasticamente (sem sofrer deformação permanente) e de liberar essa energia com a remoção da carga. A medida dessa propriedade é dada pelo módulo de resiliência (Ur), que é a energia de deformação por unidade de volume necessária para tracionar o material da origem até o escoamento. Seu valor é igual a área sob o gráfico da região elástica (área verde no gráfico de tensão-deformação - foto no celular).
‘
Ur = ( σl . ϵl ) / 2
Ur = ( σl . (σl/E) ) / 2
Ur = σl^2 / 2E
‘
onde:
ϵl - deformação no escoamento.

Question 43

Dê um exemplo de material resiliente.

Answer 43

Materiais resilientes são os que apresentam limite de escoamento elevado e e baixo módulo de elasticidade, ou seja, são menos rígidos. Um exemplo são as MOLAS.

Question 44

O que é tenacidade? Como a identificamos no gráfico?

Answer 44

É a capacidade de o material resistir à fratura mesmo após sofrer uma trinca ou qualquer outro defeito concentrador de tensões.
‘
Outra maneira de definir tenacidade é como a habilidade de um material absorver energia e se
deformar plasticamente antes de fraturar.
‘
O valor do módulo de tenacidade é igual a área abaixo de todo o gráfico de tensão-deformação (regiões verde, laranja, vermelho e roxo - foto no celular). A tenacidade também pode ser obtida por ensaios de impacto.

Question 45

Para que um metal seja tenaz ele precisa exibir resistência ou ductilidade?

Answer 45

Precisa apresentar os dois, tanto resistência quanto ductilidade.

Question 46

No gráfico tensão-deformação a tensão parece diminuir após o ponto máximo M, isso de fato acontece ou não?

Answer 46

Não, na verdade após o ponto M o material oferece mais resistência ainda para continuar se deformando, porém devido ao pescoço formado na estricção a área da seção transversal diminui rapidamente, isso resulta em uma redução na capacidade do corpo de prova de suportar carga, por isso a curva de tensão de engenharia desce. Mas a curva de tensão verdadeira é diferente ela continua subindo.
‘
pág. 171 ou celular

Question 47

Como calculamos a tensão e a deformação verdadeira?

Answer 47

A tensão verdadeira, σV, é definida como a carga F dividida pela área da seção transversal instantânea, Ai, na qual a deformação está ocorrendo (isto é, o pescoço, após o limite de resistência à tração).
‘
σV = F / Ai

’
Deformação verdadeira
‘
ϵv = ln (li / lo)

Question 48

O que é dureza?

Answer 48

Dureza é uma medida da resistência
de um material a uma deformação plástica localizada (por exemplo, uma pequena indentação ou um risco).

Question 49

Como é o ensaio de dureza Rockwell?

O que significa em termos de dureza 80 HRB e 60 HR30W ?

Answer 49

• A dureza Rockwell é o método de medição direta da dureza mais utilizado.
• Avalia desde metais mais moles até mais duros, podendo detectar pequenas diferenças de dureza em pequenas impressões.
• O valor de dureza (HR) é determinado pela diferença entre a profundidade de penetração resultante da aplicação de uma pequena carga (pré-carga), seguida por outra de maior intensidade.
• Os resultados são lidos diretamente na máquina de ensaio que já desconta a recuperação elástica do material, assim, elimina-se a probabilidade de erros humanos.
• É um método ágil e rápido.
• A carga menor aumenta a precisão do ensaio.
• Os penetradores são esférico de aço temperado ou cone de diamante, com impressão circular.
• A espessura do corpo de prova deve ser de pelo menos 10 vezes a profundidade da indentação e deve ser dado um espaçamento de pelo menos três diâmetros da indentação entre o centro de uma indentação e a borda do corpo de prova, ou até o centro de uma segunda indentação
  ‘
  Com base nas magnitudes das cargas menor e principal, existem dois tipos de ensaios: Rockwell e Rockwell superficial.
• No ensaio Rockwell, a carga menor é de 10 kg, enquanto as cargas principais são de 60, 100 e 150 kg.
  ‘
• Para os ensaios superficiais, a carga menor é
  de 3 kg, enquanto os valores possíveis para a carga principal são de 15, 30 e 45 kg
  ‘
  A leitura significa 80 HRB representa uma dureza Rockwell de 80 na escala B, enquanto 60 HR30W indica uma dureza superficial de 60 na escala 30 W.

Question 50

Como funciona o ensaio de dureza Vickers?

Qual a fórmula?

O que significa 440HV30/20?

Answer 50

• A dureza Vickers é o único método que mede qualquer valor de dureza, pois, possui uma escala contínua.
• O valor da dureza Vickers (HV), assim como no método Brinell é determinado pela razão entre a carga aplicada (kgf) e a área superficial da impressão (mm²), considerando as diagonais de impressão.
• Utiliza um único tipo de penetrador que consiste em uma pirâmide regular de diamante com base quadrada e ângulo entre as faces opostas igual a 136 °, deixando uma impressão de um quadrado.
• Pode-se utilizar qualquer carga durante o teste, pois, as impressões são sempre proporcionais a carga, logo o valor de dureza independe da carga utilizada.
  ‘
  Fórmula:
  Hv = (1,85 . F) / d^2

onde:

d = diâmetro médio da impressão: ( d1 + d2 ) / 2
‘
440HV30/20 - Dureza de 440 Vickers na carga de 30kgf pelo tempo de 20s.

Question 51

Como é o ensaio de dureza Brinell? Quais as fórmulas?

Answer 51

• A dureza Brinell consiste na utilização de um penetrador de formato esférico com 10 mm de diâmetro confeccionadas em aço temperado ou carbeto de tungstênio.
• A carga aplicada sobre o penetrador esférico produz uma calota esférica cuja a área de impressão é função do grau da dureza do material e da força aplicada.
• A carga aplicada durante o ensaio de dureza Brinell varia entre 1 a 3000 kgf e é mantida por um período entre 10 e 30 segundos.
• A carga aplicada é função do grau de carga (que varia de acordo com o material que será submetido ao ensaio) e do diâmetro do penetrador.
• As cargas-padrão variam entre 500 e 3000 kg, em incrementos de 500 kg.
• Só mede até 500 HB.

’
HB = 2F / πD (D - √(D^2-d^2 )
‘
TS (MPA) = 3,45 . HB

Question 52

Quais os pontos principais dos ensaios de Microdureza Knoop (HK) e Vickers (HV) ? Em quais materiais são utilizados?

Answer 52

• Utilizam um indentador de diamante muito pequeno e com geometria piramidal.
• As cargas aplicadas são muito menores, variam de 1 a 1000g.
• Pode ser necessária uma preparação cuidadosa da superfície do corpo de prova (lixamento e polimento).
  ‘
  O ensaio de dureza Knoop é utilizado em materiais frágeis, como cerâmicas e a impressão deste tipo de ensaio é uma pirâmide achatada.

Question 53

Como funciona o ensaio de dureza Shore?

Answer 53

• O método Shore é indicado na avaliação da dureza superficial de polímeros.
• Consiste em medir a profundidade da impressão deixada no material com a aplicação da carga localizada através de um penetrador.
• O resultado do ensaio é apresentado diretamente no indicador do durômetro e é dependente de outros fatores além da dureza, como das propriedades viscoelásticas e da duração do ensaio, uma vez que os materiais submetidos ao método Shore possuem grande capacidade de absorver energia e se adaptar à deformação.

Question 54

A dureza HB e o limite de resistência à tração
estão relacionados de acordo com qual equação?

Answer 54

LRT (MPa) = 3,45 HB

Question 55

Qual a diferença entre tenacidade, resiliência e ductilidade?

Answer 55

A tenacidade corresponde à capacidade que o material apresenta de absorver energia até a fratura, ou, em outras palavras, quantifica a dificuldade ou facilidade de levar o material à fratura. ENERGIA ABSORVIDA NA DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
‘
A resiliência é a capacidade de um material de absorver energia quando deformado elasticamente (sem sofrer deformação permanente) e de liberar essa energia com a remoção da carga. ENERGIA ABSORVIDA NA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
‘
A ductilidade é uma medida do grau de deformação plástica que foi suportado até a fratura. […] A ductilidade pode ser expressa quantitativamente tanto como um alongamento percentual quanto como uma redução percentual na área transversal.”

Question 56

O que é fluência?

Answer 56

A fluência é deformação plástica que ocorre quando um material é submetido a cargas ou tensões constantes por um longo período de tempo e temperaturas elevadas.
‘
Muitas fraturas de componentes que operam em altas temperaturas são derivadas da fluência ou de uma combinação de fluência e fadiga.
‘
Os fenômenos de difusão, escalagem de discordâncias e deslizamento dos contornos de grão contribuem para a fluência nos materiais metálicos. Em metais e ligas dúcteis sujeitos à fluência, a fratura é acompanhada por estricção, nucleação e coalescimento de vazios.

Question 57

A ductilidade é maior em aços com baixo ou alto teor de carbono? E a tenacidade?

Answer 57

Aços com baixo teor de carbono são materiais mais dúcteis e, assim, apresentam grande deformação antes de romper, incluindo uma grande fase de deformação plástica.
‘
Já os aços de alto teor de carbono são materiais frágeis, que rompem com pequenas deformações, com pouca ou nenhuma deformação plástica. São materiais que falham repentinamente, sem mudanças visíveis na forma, logo, possuem alongamentos menores.
‘
O valor do módulo de tenacidade é igual a área abaixo de todo o gráfico de tensão-deformação (regiões verde, laranja, vermelha e roxa). Como aços de alto carbono apresentam deformação antes da ruptura bem menores que os aços de baixo carbono, a área abaixo do gráfico tensão-deformação é menor e, consequentemente, eles têm menores tenacidades.

Question 58

Cite exemplos de materiais frágeis.

Answer 58

São exemplos de materiais frágeis os aços de alto carbono ou temperados, o ferro fundido, vidros e cerâmicas

Question 59

Qual tipo de ensaio de dureza é recomendável em casos que a impressão deve ser extremamente pequena e a peça não seja inutilizada após o ensaio? Deve ter grande precisão e aplicável a qualquer espessura de material.

Answer 59

Quando se fala em impressão pequena, sem inutilizar a peça, pensamos em Vickers e Rockwell.

Porém, quando se fala em ter alta precisão e medir a dureza em qualquer espessura do material empregado, pensamos em dureza Vickers, pois é a que se adequa melhor a este tipo de situação (inclusive, é usado para medir microdureza em peças bem pequenas e frágeis), além de não deixar a peça inutilizável e medir qualquer espessura.

Question 60

Classifique os tipos de ensaios de durezas que são feitos em metais, cerâmicas e polímeros.

Answer 60

• Brinell e Rockwell: Metais
• Vickers e Knoop: Metais e cerâmicas
• Shore: Polímeros.

Question 61

Qual a grande desvantagem do ensaio de dureza Brinell?

Answer 61

Erros na calota de impressão, devido ao retorno elástico da peça quando retirado a carga, alterando o diâmetro verdadeiro de impressão. E a limitação de medir até 500HB por conta da esfera de aço temperado.

Question 62

o coeficiente de Poisson mede a deformação em qual direção?

Answer 62

Poisson mede a deformação na direção perpendicular à carga aplicada, ou seja, perpendicular ao eixo longitudinal.