1-. Esboce as curvas de engenharia a serem obtidas a partir de um ensaio de tração dos aços A e B . Considere que esses aços apresentam a mesma composição, mas a liga A apresenta uma temperatura de transição dúctil /frágil inferior à da liga B, e é mais adequada para ser utilizada como mola, devido ao fato dessas ligas terem sido submetidos a diferentes tratamentos termomecânico. Justifique os esboços realizados indicando nas curvas os parâmetros que indicam as propriedades mecânicas. Considere que nas curvas o escoamento não é bem definido.
Passo 1
O enunciado pede que eu esboce as curvas de engenharia (tensão-deformação) obtidas num ensaio de tração para dois aços A e B e que justifique os esboços indicando, nas curvas, os parâmetros que mostram as propriedades mecânicas. Informações dadas (resuma comigo para ficar claro):
- Os aços A e B têm a mesma composição química.
- A liga A tem uma temperatura de transição dúctil→frágil menor que a da liga B (ou seja, à mesma temperatura de ensaio A tende a ser mais dúctil que B).
- A liga A é mais adequada para molas (resposta elástica/recoverability melhor), e as duas ligas receberam tratamentos termomecânicos diferentes.
- Nas curvas o escoamento não é bem definido (não há um ponto de escoamento bem marcado; portanto devemos usar critério como 0,2% offset para definir limite de escoamento).
O que preciso mostrar nas curvas (devem ser indicados/justificados): - Módulo de Young
(inclinação inicial). - Limite de escoamento prático (ex.:
). - Resistência máxima ou tensão de ruptura na tração
. - Deformação uniforme e deformação total até fratura
, . - Região plástica / encruamento / estricção (necking) e queda da tensão de engenharia após
. - Energia absorvida (tenacidade: área sob a curva) e resiliência (área elástica).
Nada deve ser resolvido aqui; só identifiquei o que pediram e os dados fornecidos.
Passo 2
Primeiro, uma mini-aula sobre como é uma curva de tração de engenharia e o que cada coisa significa (calma, passo a passo, sem pressa):
- Eixo vertical: tensão de engenharia
(força aplicada dividida pela área inicial). Eixo horizontal: deformação de engenharia (variação de comprimento dividida pelo comprimento inicial). - Região elástica (linha quase reta inicial): a inclinação dá o módulo de Young
. Fórmula que usamos:
onde
é o aumento de tensão na região linear e
a variação de deformação correspondente. Para um mesmo material (mesma composição),
será praticamente igual para A e B.
- Limite de escoamento real: quando o escoamento não é bem definido, usamos o limite de escoamento por offset de
( ). Isso é traçar uma linha paralela à reta elástica deslocada para e ver onde intersecta a curva. - Encruamento / trabalho a frio: após o início da plasticidade, o material pode endurecer e a tensão aumenta até um máximo (
, ultimate tensile strength). - Estricção (necking) e fratura: para curvas de engenharia, depois de
a tensão nominal decresce até a fratura. A deformação uniforme é até ; a deformação até fratura inclui região não uniforme. - Energia/tenacidade: área sob a curva de engenharia até a fratura — quanto maior, mais tenaz o material.
- Resiliência (energia recuperável elástica até o escoamento) para um material linear-elástico é
onde
é o limite elástico considerado (no nosso caso
). Note:
aumenta com
— importante para molas.
Passo 3
Como desenhar as curvas (instrução prática para a prova):
- Comece dois eixos: vertical
, horizontal . - Trace uma reta inicial com mesma inclinação para A e B (mesmo
). - Como o escoamento não é bem definido, desenhe a transição elástico→plástico suave (sem degrau).
- Marque a linha de 0,2% offset e marque
para cada curva. - Trace a ascensão por encruamento até um pico
, depois a queda para a fratura. - Indique
(em ) e (na fratura), e a área sob a curva.
Na prova, descreva cada marcação com seu significado (como fiz no passo anterior) — não esqueça de rotular
,
,
,
, área (tenacidade) e aréola elástica (resiliência).
Passo 4
Interpretação dos dados do enunciado para escolher as diferenças entre A e B:
- Mesma composição →
praticamente igual para A e B. - A tem temperatura de transição dúctil→frágil menor que B. Isso significa que, na mesma temperatura de ensaio (imagine temperatura ambiente), A estará numa condição mais dúctil comparada com B (B tende a ser mais frágil/menos plástico).
- A é mais adequada para mola → isso indica que A tem maior capacidade de armazenamento de energia elástica (maior resiliência) e limite elástico prático mais alto (ou melhor razão escoamento/ruptura), e mantém ductilidade suficiente para não fraturar ao ser solicitada ciclicamente.
- Tratamentos termomecânicos diferentes: podem ter aumentado o limite de escoamento de A sem perder demasiada ductilidade (por exemplo, encruamento controlado, revenimento/tempera distinta, bainitização, etc.). Para B, o tratamento pode ter deixado microestruturas que aumentam a fragilidade à temperatura do ensaio.
Logo, ao esboçar:
- A: curva com mesma inclinação inicial,
mais alta que , boa região plástica antes da fratura (maior ), maior área sob a curva (maior tenacidade) e maior área elástica (maior resiliência). - B: mesma inclinação inicial,
menor (ou comparável), pouca zona plástica e fratura relativamente precoce — curva “mais curta” em deformação; menor área sob a curva (menos tenaz). Em situações muito próximas ao DBTT, B pode até mostrar quebra quase sem encruamento (quase comportamento frágil), ou uma subida rápida e fratura logo após.
Passo 5
Detalhe didático do que marcar nas curvas e por que — passo a passo de desenho para cada aço:
Para ambos (desenho comum):
- Trace o segmento elástico inicial com inclinação
e escreva . - Trace a linha de offset para
e marque onde intersecta a curva: . - Marque o pico
. - Marque o ponto de fratura (fim da curva) e escreva
. - Pinte/indique a área sob a curva até fratura — isso representa a tenacidade.
Especificamente para o aço A (desenho e justificativa):
- Inicial: mesmo
. - Ponto de escoamento (por offset) deslocado para outra tensão maior: marque
relativamente alto. Justificativa: tratamento termomecânico aumentou a resistência ao escoamento sem tornar o material frágil. - Região plástica pronunciada: a curva continua ascendendo por encruamento até
e atinge relativamente elevada. Justificativa: menor DBTT → comportamento dúctil → maior deformação antes da fratura. - Área elástica maior (entre
e de offset): maior resiliência porque é maior; lembre:
- Conclusão: A tem boa capacidade de armazenar energia e recuperar-se — por isso é melhor para molas.
Especificamente para o aço B:
- Inicial: mesmo
. -
menor (ou, em caso de material extremamente frágil, o 0,2% offset pode intersectar muito próxima ao início da curva). - Região plástica reduzida:
menor, curva curta no eixo de deformação. Justificativa: temperatura de transição dúctil→frágil mais alta faz com que, à temperatura de ensaio, B tenha menos capacidade plástica. -
pode ser próximo ou até maior que A em alguns tratamentos (não podemos afirmar sem dado numérico), mas o ponto essencial é que após a queda até fratura é rápida e a área sob a curva é menor → menor tenacidade. - Resultado prático: B é mais propenso a fraturar sem aviso (pouca deformação plástica), ruim para molas.
Passo 6
Explicação física curta e intuitiva (por que a diferença importa para molas):
- Mola precisa: grande resiliência (muito armazenamento elástico), alto limite elástico e boa fadiga (capacidade de sofrer ciclos sem fraturar). A ter maior
significa que podemos aplicar maior tensão sem entrar em deformação plástica permanente; como depende de , um pequeno aumento no limite elástico aumenta muito a energia elástica armazenada. - Se B é mais frágil, ao ser usada como mola ela poderia fraturar por fadiga ou por deslocamentos além do limite elástico com pouca deformação plástica visível (perigoso).
Passo 7
O que marcar no seu esboço quando entregar na prova (checklist para não esquecer nada):
- Para A: desenhar curva com
igual à de B, marcar , , e , sombrear área elástica (resiliência) e área total (tenacidade). - Para B: desenhar curva com mesma inclinação inicial, marcar
(menor), , (menor), sombrear áreas para comparar tenacidade e resiliência com A. - Escrever legendas curtas: “A: mais dúctil, maior resiliência → boa para mola”; “B: mais frágil, menor tenacidade”.
Passo 8
Resumo rápido do que escrever na justificativa (para a prova, 2–3 frases que valem ponto):
- “As curvas têm mesma inclinação inicial (
igual, pois mesma composição). A apresenta maior , maior e maior área sob a curva (maior tenacidade e resiliência), justificando sua aptidão para molas. B mostra deformação plástica reduzida e fratura com menor , indicando comportamento mais frágil à temperatura do ensaio (DBTT mais alto).”
Resposta
Curva do aço A: mesma inclinação inicial (
),
maior, subida por encruamento até
,
grande, maior área elástica (resiliência) e maior área total (tenacidade) — comportamento dúctil e adequado para molas.
Curva do aço B: mesma inclinação inicial ( ),
menor (ou escoamento pouco pronunciado), pequena região plástica,
reduzida, menor área sob a curva (menor tenacidade) — comportamento mais frágil à temperatura do ensaio.
Curva do aço B: mesma inclinação inicial (