Explique o diagrama tensão-deformação convencional referente ao aço.

Passo 1

O enunciado pede para explicar o diagrama tensão–deformação convencional de um aço submetido a um ensaio de tração. O conteúdo envolve mecânica dos materiais e comportamento plástico, e vamos precisar entender as definições de tensão e deformação, a lei de Hooke, o limite de escoamento, a zona de encruamento, a resistência máxima, a estricção e a fratura.

Passo 2

Primeiro definimos as grandezas básicas do ensaio de tração. A tensão de engenharia sigma é dada por
sigma = FA0
onde F é a força aplicada e A0 é a área inicial da seção transversal. A deformação de engenharia varepsilon é
varepsilon = De<a LL0
onde De<a L é o alongamento e L0 o comprimento inicial.

Passo 3

Na região inicial do diagrama, sigma cresce linearmente com varepsilon. Essa parte obedece à lei de Hooke, ou seja,
sigma = E,varepsilon
onde E é o módulo de Young do aço (tipicamente em torno de 210,GPa). Até o limite de proporcionalidade, tensão e deformação são proporcionais e o material retorna ao estado original se descarregado.

Passo 4

Logo após a proporcionalidade, chega-se ao limite de escoamento. No aço de baixo carbono aparece um patamar, onde a tensão praticamente se mantém constante mesmo com aumento de deformação. Para a engenharia costuma-se adotar o limite de escoamento convencional sigma0,2, obtido pela interseção da curva tensão–deformação com uma linha paralela à porção elástica deslocada de 0,2% de deformação.

Passo 5

Após o escoamento, inicia-se a zona de encruamento (ou strain hardening), em que a tensão aumenta novamente até um valor máximo, chamado de resistência à tração ou tensão última sigmau. Nessa fase, ocorre endurecimento do material devido ao movimento e empilhamento de discordâncias.

Passo 6

Chegando em sigmau, inicia-se a estricção: a seção transversal entra em deformação localizada e a carga suportada começa a cair apesar do aumento da deformação. Essa queda dá origem à curva descendente até o ponto de fratura. A deformação na fratura indica a ductilidade do aço.

Passo 7

Em resumo, o diagrama tensão–deformação convencional de um aço possui as seguintes regiões principais: elasticidade linear (módulo de Young), limite de escoamento (convencional de 0,2%), encruamento até tensão última, estricção e fratura. Desses parâmetros extraem-se características mecânicas como rigidez, resistência e ductilidade.

Resposta

O diagrama tensão–deformação convencional do aço, obtido em ensaio de tração, apresenta as seguintes fases:
  1. Região elástica linear onde sigma=E,varepsilon, retornando ao estado inicial se descarregado.
  2. Limite de escoamento, marcado por um patamar ou definido por sigma0,2 (offset de 0,2%).
  3. Zona de encruamento em que a tensão cresce até a resistência à tração sigmau.
  4. Estricção após sigmau, com queda de carga e redução de seção.
  5. Fratura, que indica a ductilidade do material.

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