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
é dada por
onde
é a força aplicada e
é a área inicial da seção transversal. A deformação de engenharia
é
onde
é o alongamento e
o comprimento inicial.
Passo 3
Na região inicial do diagrama,
cresce linearmente com
. Essa parte obedece à lei de Hooke, ou seja,
onde
é o módulo de Young do aço (tipicamente em torno de
). 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
, obtido pela interseção da curva tensão–deformação com uma linha paralela à porção elástica deslocada de
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
. Nessa fase, ocorre endurecimento do material devido ao movimento e empilhamento de discordâncias.
Passo 6
Chegando em
, 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
), 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:
- Região elástica linear onde
, retornando ao estado inicial se descarregado. - Limite de escoamento, marcado por um patamar ou definido por
(offset de ). - Zona de encruamento em que a tensão cresce até a resistência à tração
. - Estricção após
, com queda de carga e redução de seção. - Fratura, que indica a ductilidade do material.