O teste 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. Teste de tração
O teste de tração é baseado nos princípios básicos da mecânica dos materiais. Ao aplicar uma carga de tração à amostra de material sob certas condições, causa deformação por tração até que a amostra se quebre. Durante o ensaio, são registradas a deformação da amostra experimental sob diferentes cargas e a carga máxima quando a amostra quebra, para calcular a resistência ao escoamento, 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 diversas etapas do processo de alongamento:
um. No estágio OP com carga pequena, o alongamento está em relação linear com a carga, e Fp é a carga máxima para manter a linha reta.
b. Depois que a carga excede Fp, a curva de tração começa a assumir uma relação não linear. A amostra entra no estágio inicial de deformação e a carga é removida, e a amostra pode retornar ao seu estado original e deformar-se elasticamente.
c. Depois que a carga ultrapassa o 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 elástico.
d. Quando a carga aumenta ainda mais, a curva de tração mostra 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 óbvia.
e. Após o escoamento, a amostra apresenta aumento na resistência à deformação, endurecimento por trabalho e reforço à deformação. Quando a carga atinge Fb, a mesma parte da amostra encolhe acentuadamente. Fb é o limite de força.
f. O fenômeno de encolhimento leva a uma diminuição na capacidade de carga da amostra. Quando a carga atinge Fk, a amostra quebra. Isso é chamado de carga de fratura.
Força de rendimento
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 onde o material transita do estágio de deformação elástica para o estágio de deformação plástica.
Classificação
Resistência ao escoamento superior: refere-se à tensão máxima da amostra antes que a força caia pela primeira vez quando ocorre o escoamento.
Menor limite de escoamento: refere-se à tensão mínima no estágio de escoamento quando o efeito transitório inicial é ignorado. Como o valor do limite de escoamento inferior é relativamente estável, ele geralmente é usado como um indicador de resistência do material, denominado limite de escoamento ou resistência ao escoamento.
Fórmula de cálculo
Para limite de 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 limite de 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 limite de escoamento é geralmente MPa (megapascal) ou N/mm² (Newton por milímetro quadrado).
Exemplo
Tomemos como exemplo o aço de baixo carbono, seu limite de rendimento é geralmente 207MPa. Quando submetido a uma força externa superior a este limite, o aço de baixo carbono produzirá deformação permanente e não poderá ser restaurado; quando submetido a uma força externa inferior a este limite, o aço de baixo carbono pode retornar ao seu estado original.
O limite de escoamento é um dos indicadores importantes para avaliar as propriedades mecânicas dos materiais metálicos. Reflete a capacidade dos materiais de resistir à deformação plástica quando submetidos a forças externas.
Resistência à tracção
A resistência à tração é a capacidade de um material resistir a danos sob carga de tração, que é expressa especificamente como o valor máximo de tensão que o material pode suportar durante o processo de tração. Quando a tensão de tração no material excede sua resistência à tração, o material sofrerá deformação plástica ou fratura.
Fórmula de cálculo
A fórmula de cálculo da 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, o que também é igual a 1 N/mm².
Fatores de influência
A resistência à tração é afetada por muitos fatores, incluindo a composição química, microestrutura, processo de tratamento térmico, 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 do materiais.
Aplicação prática
A resistência à tração é um parâmetro muito importante no campo da ciência e engenharia de materiais e é frequentemente usada 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; no campo aeroespacial, a resistência à tração de materiais leves e de alta resistência é a chave para garantir a segurança das aeronaves.
Força de fadiga:
A fadiga do metal refere-se ao processo no qual materiais e componentes produzem gradualmente danos cumulativos locais permanentes em um ou vários locais sob tensão cíclica ou deformação cíclica, e rachaduras ou fraturas completas repentinas ocorrem após um certo número de ciclos.
Características
Repentinamente no tempo: A falha por fadiga do metal geralmente ocorre repentinamente em um curto período de tempo, sem sinais óbvios.
Localidade na posição: A falha por fadiga geralmente ocorre em áreas locais onde o estresse está concentrado.
Sensibilidade ao meio ambiente e defeitos: A fadiga do metal é muito sensível ao meio ambiente e aos pequenos defeitos no interior do material, o que pode acelerar o processo de fadiga.
Fatores de influência
Amplitude da tensão: A magnitude da tensão afeta diretamente a vida à fadiga do metal.
Magnitude média da tensão: Quanto maior a tensão média, menor será a vida à 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 elevados.
Redução da concentração de tensões: Reduza a concentração de tensões através de projetos estruturais ou métodos de processamento, como o 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 superficiais e melhorar a resistência à fadiga.
Inspeção e manutenção: Inspecione regularmente os componentes metálicos para detectar e reparar prontamente defeitos como rachaduras; manter peças propensas à fadiga, como substituir peças desgastadas e reforçar elos fracos.
A fadiga do metal é um modo comum de falha do metal, caracterizado pela rapidez, localização e sensibilidade ao meio ambiente. Amplitude de tensão, magnitude média de tensão e número de ciclos são os principais fatores que afetam a fadiga do metal.
Curva SN: descreve a vida em fadiga de materiais sob diferentes níveis de tensão, onde S representa a tensão e N representa o número de ciclos de tensão.
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 através de experimentos ou consultando a literatura relevante.
Determine o fator de concentração de tensão: Considere a forma e o tamanho reais da peça, bem como a concentração de tensão causada por filetes, rasgos de chaveta, etc., para determinar o fator de concentração de tensão K. Calcule a resistência à fadiga: De acordo com a curva SN e a tensão O fator de concentração, combinado com a vida útil do projeto e o nível de tensão de trabalho da peça, calcula a resistência à fadiga.
2. Plasticidade:
A plasticidade refere-se à propriedade de um material que, quando submetido a uma força externa, produz deformação permanente sem romper quando a força externa excede o seu limite elástico. Esta 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 referência após a amostra ser fraturada por tração até o comprimento de referência original.
Fórmula: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Onde L0 é o comprimento útil original do corpo de prova;
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 até a área da seção transversal original.
Fórmula: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Onde F0 é a área da seção transversal original do corpo de prova;
F1 é a área da seção transversal no ponto de estrangulamento após a quebra da amostra.
3. Dureza
A dureza do metal é um índice de propriedade mecânica para medir a dureza dos materiais metálicos. Indica a capacidade de resistir à deformação no volume local da superfície metálica.
Classificação e representação da dureza do metal
A dureza do metal possui uma variedade de métodos de classificação e representação de acordo com diferentes métodos de teste. Inclui principalmente o seguinte:
Dureza Brinell (HB):
Âmbito de aplicação: Geralmente utilizado quando o material é mais macio, como metais não ferrosos, aço antes do tratamento térmico ou após recozimento.
Princípio de teste: Com um certo tamanho de carga de teste, uma esfera de aço endurecido ou esfera de metal duro 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 do recuo na superfície a ser testada é medida.
Fórmula de cálculo: O valor da dureza Brinell é o quociente obtido pela divisão da carga pela área superficial esférica da indentação.
Dureza Rockwell (HR):
Âmbito de aplicação: Geralmente utilizado para materiais com maior dureza, como dureza após tratamento térmico.
Princípio de teste: Semelhante à dureza Brinell, mas usando diferentes sondas (diamante) e diferentes métodos de cálculo.
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 inferior a 120kg e um penetrador de cone 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 esférica de impacto após impactar a 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 de impacto.
Horário da postagem: 25 de setembro de 2024
