O ensaio de resistência à tração é usado principalmente para determinar a capacidade dos materiais metálicos de resistir a danos durante o processo de alongamento e é um dos indicadores importantes para avaliar as propriedades mecânicas dos materiais.
1. Ensaio de tração
O ensaio de tração baseia-se nos princípios básicos da mecânica dos materiais. Ao aplicar uma carga de tração à amostra do material sob certas condições, ela causa deformação por tração até a ruptura da amostra. Durante o ensaio, a deformação da amostra experimental sob diferentes cargas e a carga máxima no momento da ruptura da amostra são registradas, a fim de calcular a resistência ao escoamento, a resistência à tração e outros indicadores de desempenho do material.
Tensão σ = F/A
σ é a resistência à tração (MPa)
F é a carga de tração (N)
A é a área da seção transversal da amostra
2. Curva de tração
Análise de várias etapas do processo de alongamento:
a. No estágio OP com uma carga pequena, o alongamento está em uma relação linear com a carga, e Fp é a carga máxima para manter a linha reta.
b. Após a carga exceder Fp, a curva de tração começa a assumir uma relação não linear. A amostra entra no estágio inicial de deformação, a carga é removida e a amostra pode retornar ao seu estado original e se deformar elasticamente.
c. Após a carga exceder Fe, a carga é removida, parte da deformação é restaurada e parte da deformação residual é retida, o que é chamado de deformação plástica. Fe é chamado de limite de elasticidade.
d. Quando a carga aumenta ainda mais, a curva de tração apresenta um dente de serra. Quando a carga não aumenta nem diminui, o fenômeno de alongamento contínuo da amostra experimental é denominado escoamento. Após o escoamento, a amostra começa a sofrer deformação plástica evidente.
e. Após o escoamento, a amostra apresenta aumento na resistência à deformação, encruamento e endurecimento por deformação. Quando a carga atinge Fb, a mesma parte da amostra sofre forte retração. Fb é o limite de resistência.
f. O fenômeno de contração leva a uma diminuição da capacidade de suporte da amostra. Quando a carga atinge Fk, a amostra se rompe. Isso é chamado de carga de fratura.
Limite de escoamento
A resistência ao escoamento é o valor máximo de tensão que um material metálico pode suportar desde o início da deformação plástica até a fratura completa, quando submetido a uma força externa. Este valor marca o ponto crítico em que o material transita do estágio de deformação elástica para o estágio de deformação plástica.
Classificação
Limite de escoamento superior: refere-se à tensão máxima da amostra antes que a força caia pela primeira vez quando ocorre o escoamento.
Limite de escoamento inferior: refere-se à tensão mínima no estágio de escoamento, ignorando o efeito transitório inicial. Como o valor do limite de escoamento inferior é relativamente estável, ele é geralmente usado como um indicador da resistência do material, denominado limite de escoamento ou limite de escoamento.
Fórmula de cálculo
Para resistência ao escoamento superior: R = F / Sₒ, onde F é a força máxima antes que a força caia pela primeira vez no estágio de escoamento, e Sₒ é a área da seção transversal original da amostra.
Para menor resistência ao escoamento: R = F / Sₒ, onde F é a força mínima F ignorando o efeito transitório inicial, e Sₒ é a área da seção transversal original da amostra.
Unidade
A unidade de resistência ao escoamento é geralmente MPa (megapascal) ou N/mm² (Newton por milímetro quadrado).
Exemplo
Tomemos como exemplo o aço de baixo carbono, cujo limite de escoamento é geralmente de 207 MPa. Quando submetido a uma força externa superior a esse limite, o aço de baixo carbono sofrerá deformação permanente e não poderá ser restaurado; quando submetido a uma força externa inferior a esse limite, o aço de baixo carbono pode retornar ao seu estado original.
A resistência ao escoamento é um dos indicadores importantes para avaliar as propriedades mecânicas de materiais metálicos. Ela reflete a capacidade dos materiais de resistir à deformação plástica quando submetidos a forças externas.
Resistência à tracção
Resistência à tração é a capacidade de um material de resistir a danos sob carga de tração, expressa especificamente como o valor máximo de tensão que o material pode suportar durante o processo de tração. Quando a tensão de tração sobre o material excede sua resistência à tração, o material sofre deformação plástica ou fratura.
Fórmula de cálculo
A fórmula de cálculo para resistência à tração (σt) é:
σt = F / A
Onde F é a força de tração máxima (Newton, N) que a amostra pode suportar antes de quebrar, e A é a área da seção transversal original da amostra (milímetro quadrado, mm²).
Unidade
A unidade de resistência à tração é geralmente MPa (megapascal) ou N/mm² (Newton por milímetro quadrado). 1 MPa é igual a 1.000.000 Newtons por metro quadrado, que também é igual a 1 N/mm².
Fatores de influência
A resistência à tração é afetada por muitos fatores, incluindo a composição química, a microestrutura, o processo de tratamento térmico, o método de processamento, etc. Diferentes materiais têm diferentes resistências à tração, portanto, em aplicações práticas, é necessário selecionar materiais adequados com base nas propriedades mecânicas dos materiais.
Aplicação prática
A resistência à tração é um parâmetro muito importante no campo da ciência e engenharia de materiais, sendo frequentemente utilizada para avaliar as propriedades mecânicas dos materiais. Em termos de projeto estrutural, seleção de materiais, avaliação de segurança, etc., a resistência à tração é um fator que deve ser considerado. Por exemplo, na engenharia de construção, a resistência à tração do aço é um fator importante para determinar se ele pode suportar cargas; na indústria aeroespacial, a resistência à tração de materiais leves e de alta resistência é fundamental para garantir a segurança das aeronaves.
Resistência à fadiga:
Fadiga de metal refere-se ao processo no qual materiais e componentes produzem gradualmente danos cumulativos permanentes locais em um ou vários lugares sob estresse cíclico ou deformação cíclica, e rachaduras ou fraturas completas repentinas ocorrem após um certo número de ciclos.
Características
Repentinidade no tempo: a falha por fadiga do metal geralmente ocorre repentinamente em um curto período de tempo, sem sinais óbvios.
Localização na posição: A falha por fadiga geralmente ocorre em áreas onde o estresse está concentrado.
Sensibilidade ao ambiente e defeitos: A fadiga do metal é muito sensível ao ambiente e a pequenos defeitos dentro do material, o que pode acelerar o processo de fadiga.
Fatores de influência
Amplitude da tensão: A magnitude da tensão afeta diretamente a vida de fadiga do metal.
Magnitude da tensão média: Quanto maior a tensão média, menor a vida útil de fadiga do metal.
Número de ciclos: Quanto mais vezes o metal estiver sob tensão ou deformação cíclica, mais grave será o acúmulo de danos por fadiga.
Medidas preventivas
Otimize a seleção de materiais: selecione materiais com limites de fadiga mais altos.
Redução da concentração de tensões: reduza a concentração de tensões por meio de métodos de projeto ou processamento estrutural, como uso de transições de cantos arredondados, aumento das dimensões da seção transversal, etc.
Tratamento de superfície: polimento, pulverização, etc. na superfície do metal para reduzir defeitos de superfície e melhorar a resistência à fadiga.
Inspeção e manutenção: inspecione regularmente os componentes metálicos para detectar e reparar prontamente defeitos, como rachaduras; faça a manutenção de peças propensas à fadiga, substituindo peças desgastadas e reforçando os elos fracos.
A fadiga do metal é um modo comum de falha do metal, caracterizado por sua rapidez, localização e sensibilidade ao ambiente. A amplitude da tensão, a magnitude média da tensão e o número de ciclos são os principais fatores que afetam a fadiga do metal.
Curva SN: descreve a vida de fadiga dos materiais sob diferentes níveis de estresse, onde S representa o estresse e N representa o número de ciclos de estresse.
Fórmula do coeficiente de resistência à fadiga:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Onde (Ka) é o fator de carga, (Kb) é o fator de tamanho, (Kc) é o fator de temperatura, (Kd) é o fator de qualidade da superfície e (Ke) é o fator de confiabilidade.
Expressão matemática da curva SN:
(\sigma^m N = C)
Onde (\sigma) é a tensão, N é o número de ciclos de tensão e m e C são constantes do material.
Etapas de cálculo
Determine as constantes do material:
Determine os valores de m e C por meio de experimentos ou consultando literatura relevante.
Determine o fator de concentração de tensão: considere o formato e o tamanho reais da peça, bem como a concentração de tensão causada por filetes, rasgos, etc., para determinar o fator de concentração de tensão K. Calcule a resistência à fadiga: de acordo com a curva SN e o fator de concentração de tensão, combinados com a vida útil do projeto e o nível de tensão de trabalho da peça, calcule a resistência à fadiga.
2. Plasticidade:
Plasticidade refere-se à propriedade de um material que, quando submetido a uma força externa, produz deformação permanente sem ruptura quando a força externa excede seu limite elástico. Essa deformação é irreversível, e o material não retornará à sua forma original mesmo que a força externa seja removida.
Índice de plasticidade e sua fórmula de cálculo
Alongamento (δ)
Definição: Alongamento é a porcentagem da deformação total da seção de medição após a amostra ser fraturada por tração até o comprimento de medição original.
Fórmula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Onde L0 é o comprimento de referência original da amostra;
L1 é o comprimento de referência após a quebra da amostra.
Redução segmentar (Ψ)
Definição: A redução segmentar é a porcentagem da redução máxima na área da seção transversal no ponto de estreitamento após a amostra ser quebrada na área da seção transversal original.
Fórmula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Onde F0 é a área da seção transversal original do espécime;
F1 é a área da seção transversal no ponto de estreitamento após a quebra da amostra.
3. Dureza
A dureza do metal é um índice de propriedade mecânica que mede a dureza dos materiais metálicos. Indica a capacidade de resistir à deformação no volume local da superfície metálica.
Classificação e representação da dureza dos metais
A dureza dos metais possui uma variedade de métodos de classificação e representação, de acordo com diferentes métodos de ensaio. Os principais são:
Dureza Brinell (HB):
Âmbito de aplicação: Geralmente usado quando o material é mais macio, como metais não ferrosos, aço antes do tratamento térmico ou após o recozimento.
Princípio do teste: Com um determinado tamanho de carga de teste, uma esfera de aço temperado ou esfera de carboneto de um determinado diâmetro é pressionada na superfície do metal a ser testado, e a carga é descarregada após um tempo especificado, e o diâmetro da indentação na superfície a ser testada é medido.
Fórmula de cálculo: O valor da dureza Brinell é o quociente obtido pela divisão da carga pela área da superfície esférica da indentação.
Dureza Rockwell (HR):
Âmbito de aplicação: Geralmente usado para materiais com maior dureza, como dureza após tratamento térmico.
Princípio do teste: Semelhante à dureza Brinell, mas usando sondas diferentes (diamante) e métodos de cálculo diferentes.
Tipos: Dependendo da aplicação, existem HRC (para materiais de alta dureza), HRA, HRB e outros tipos.
Dureza Vickers (HV):
Âmbito de aplicação: Adequado para análise microscópica.
Princípio do teste: Pressione a superfície do material com uma carga de menos de 120 kg e um indentador cônico quadrado de diamante com um ângulo de vértice de 136° e divida a área da superfície do poço de indentação do material pelo valor da carga para obter o valor de dureza Vickers.
Dureza Leeb (HL):
Características: Testador de dureza portátil, fácil de medir.
Princípio do teste: use o salto gerado pela cabeça da bola de impacto após o impacto na superfície de dureza e calcule a dureza pela razão entre a velocidade de rebote do punção a 1 mm da superfície da amostra e a velocidade do impacto.
Horário da publicação: 25/09/2024
